CN109782114B - 一种可控电压源全补偿接地故障状态判别方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种可控电压源全补偿接地故障状态判断方法及系统，系统单相接地后，可控电压源输出补偿电压进行接地电流补偿。在补偿过程中，可控电压源输出电压的幅值、相位均未发生变化，根据所述各线路零序电流相位角的差值绝对值中最大值和第二大值，判断是否出现的接地故障，当所述各线路零序电流相位角的差值绝对值序列中最大值≥2°，且第二大值≤1°，则各线路接地故障均消失，否则，各线路中仍存在故障相。在可控电压源接地电流全补偿的各种拓扑结构下均能快速准确地判断故障状态，为可控电压源接地电流全补偿的整体是实现提供一种根据跟各线路的零序电流即可判断接地故障状态判别方法。

Description

一种可控电压源全补偿接地故障状态判别方法及系统

技术领域

本申请涉及电网单相接地电流全补偿技术领域，尤其涉及一种可控电压源全补偿接地故障状态判别方法。

背景技术

电网系统中，尤其是中低压配电网系统中，单相接地故障占总故障总数的绝大多数。中低压配电网的中性点接地方式主要有中性点不接地方式、中性点经消弧线圈接地方式和中性点经低值电阻接地方式。中性点不接地方式下，接地电流没有得到补偿并带故障运行，存在人身触电风险。中性点经消弧线圈接地方式下，消弧线圈在单相接地后补偿接地容流，能够熄灭接地电弧，系统可带故障运行，但接地点仍然存在一定接地残流，仍存在人身触电风险。中性点经低值电阻接地方式下，通过继电保护装置的线路零序保护跳开接地电路，供电可靠性不能保障。

接地电流全补偿方式，能够在单相接地时，将接地点电流补偿到极小值，系统仍可带故障运行，消除了接地点的人身触电危险。基于可控电压源的接地电流全补偿方式，是通过可控电压源输出相位、幅值可调的补偿电压，从而产生补偿电流，进而实现接地电流全补偿。

但是，可控电压源进行接地电流全补偿后，无论单相接地故障是否消失，系统各相相电压、零序电压的幅值、相位关系与单相金属性接地现象相同，无法通过系统相电压、零序电压的幅值、相位关系判断接地故障是否消失。

发明内容

本申请提供了一种可控电压源全补偿接地故障状态判别方法，以解决可控电压源进行接地电流全补偿后，无法通过系统相电压、零序电压的幅值、相位关系判断故障是否消失的问题。

一种可控电压源全补偿接地故障状态判别方法，所述可控电压源全补偿接地故障状态判别方法包括以下步骤：

将配电系统单相接地，通过可控电压源输出补偿电压对各线路进行接地电流全补偿；

所述可控电压源对各线路进行接地电流全补偿后，控制可控电压源输出电压幅值和相位角恒定；

实时获取各线路的零序电流相位角，得到前一时刻各线路零序电流相位角和后一时刻各线路零序电流相位角；

计算前后时刻各线路零序电流相位角的差值绝对值；

对所述各线路零序电流相位角的差值绝对值按大小排序；

根据所述各线路零序电流相位角的差值绝对值中最大值和第二大值，判断是否出现的接地故障，当所述各线路零序电流相位角的差值绝对值序列中最大值≥2°，且第二大值≤1°，则各线路接地故障均消失，否则，各线路中仍存在故障相。

进一步地，将配电系统单相接地，通过可控电压源输出补偿电压对各线路进行接地电流全补偿，还包括：

将可控电压源并联消弧线圈，通过消弧线圈补偿接地容流。

进一步地，所述可控电压源输出补偿电压对各线路进行接地电流全补偿还包括：

通过获取各线路的电阻和电容，得到对应线路的阻抗；

根据各线路的阻抗，得到可控电压源输出补偿电压。

进一步地，所述可控电压源输出补偿电压对各线路进行接地电流补偿还包括：

通过获取各线路的电阻和电容，得到对应电流的阻抗；

通过获取消弧线圈的电感和电阻，以及各线路的电阻和电容，得到各线路对地参数和补偿参数的并联阻抗；

根据上述并联阻抗得到可控电压源输出的补偿电压。

一种可控电压源全补偿接地故障状态判别系统，包括计算机设备，所述计算机设备被编程以执行权利要求1所述可控电压源全补偿接地故障状态判别方法的步骤。

一种可控电压源全补偿接地故障状态判断系统，所述可控电压源全补偿接地故障状态判断系统包括：

电流全补偿程序单元，用于监测配电系统是否单相接地，并通过可控电压源输出补偿电压对各线路进行电流全补偿；

输出电压幅值和相位角程序单元，用于在所述可控电压源对各线路进行接地电流全补偿后，控制可控电压源输出电压幅值和相位角恒定；

零序电流相位角采集程序单元，用于实时获取各线路的零序电流相位角，得到前一时刻各线路零序电流相位角和后一时刻各线路零序电流相位角；

差值计算程序单元，用于计算前后时刻各线路零序电流相位角的差值绝对值；

大小排序程序单元，用于对所述各线路零序电流相位角的差值绝对值按大小排序；

接地故障判断程序单元，用于根据所述各线路零序电流相位角的差值绝对值中最大值和第二大值，判断是否出现的接地故障，当所述各线路零序电流相位角的差值绝对值序列中最大值≥2°，且第二大值≤1°，则各线路接地故障均消失，否则，各线路中仍存在故障相。

进一步地，所述电流全补偿程序单元还包括：

用于将可控电压源并联消弧线圈，通过消弧线圈补偿接地容流。

进一步地，所述电流全补偿程序单元还包括：

用于通过获取各线路的电阻和电容，得到对应线路的阻抗；

根据各线路的阻抗，得到可控电压源输出补偿电压。

进一步地，所述电流全补偿程序单元还包括：

用于通过获取各线路的电阻和电容，得到对应电流的阻抗；

通过获取消弧线圈的电感和电阻，以及各线路的电阻和电容，得到各线路对地参数和补偿参数的并联阻抗；

根据上述并联阻抗得到可控电压源输出的补偿电压。

本申请的有益效果是：

由以上技术方案可知，本申请提供了一种可控电压源全补偿接地故障状态判断方法及系统，系统单相接地后，可控电压源输出补偿电压进行接地电流补偿。在补偿过程中，可控电压源输出电压的幅值、相位均未发生变化，根据所述各线路零序电流相位角的差值绝对值中最大值和第二大值，判断是否出现的接地故障，当所述各线路零序电流相位角的差值绝对值序列中最大值≥2°，且第二大值≤1°，则各线路接地故障均消失，否则，各线路中仍存在故障相。在可控电压源接地电流全补偿的各种拓扑结构下均能快速准确地判断故障状态，为可控电压源接地电流全补偿的整体是实现提供一种根据跟各线路的零序电流即可判断接地故障状态判别方法。本发明具体实施方法简单，计算准确，实用性强，并且适用于可控电压源单独全补偿结构或可控电压源并联消弧线圈全补偿结构。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一种可控电压源全补偿接地故障状态判断方法的流程示意图；

图2为本申请一种可控电压源单独实现接地电流全补偿的电气回路图；

图3为本申请一种可控电压源并联消弧线圈实现接地电流全补偿的电气回路图。

具体实施方式

这里将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。

实施例一

参见图1为本申请一种可控电压源全补偿接地故障状态判断方法的流程示意图，图2为本申请一种可控电压源单独实现接地电流全补偿的电气回路图。

一种可控电压源全补偿接地故障状态判别方法，所述可控电压源全补偿接地故障状态判别方法包括以下步骤：

将配电系统单相接地，通过可控电压源输出补偿电压对各线路进行接地电流全补偿。

具体地，在中低压配低网中，单相接地故障占故障总数的绝大多数，接地分为多种类型，有间歇性弧光接地和金属性接地弧光接地。目前，对于间歇性弧光接地大多可依靠稳定装置避免。金属性接地是由于配电网中的电线与大地直接相连，电缆绝缘被挖破后者天线搭连，弧光接地是当某物体距离天线太近，达到放电距离产生。当配电网出现单相接地故障后，线路呈感性，对供电和用户都不利，可基于可控电压源对接地电流进行全补偿，但是，无论单相接地故障是否消失，系统各相相电压、零序电压的幅值、相位关系与单相金属性接地现象相同，因此无法通过系统各相相电压、零序电压的幅值、相位关系判断通过补偿方式后，单相接地故障是否消失，配电系统可靠正常运行。本申请实施例一中由中性点通过接地变压器接入一个可控电压源，可控电压源接地。通过接入可控电压源的方式，不用考虑消弧线圈电感参数与线路对地电容接近工频谐振的状态问题，并通过控制可控电压源的幅值和相位实现故障点电流熄灭，实现有效补偿故障电流，使故障点熄弧。接地变压器起到为中性线不接地的系统提供一个人为的中性点，从而减小配电网发生接地短路故障时的对地电容大小，提高配电系统的可靠性。

所述可控电压源输出补偿电压对各线路进行接地电流全补偿还包括：

通过获取各线路的电阻和电容，得到对应线路的阻抗；

根据各线路的阻抗，得到可控电压源输出补偿电压。

具体地，通过输出电压幅值和相位可控的电压源来对单相接地故障的接地电流进行全补偿，以达到熄弧的目的。在得到可控电压源输出电压之前，对是否发生单相接地故障进行检测，具体实施时，可通过零序电流的大小和零序电压的大小判断是否发生单相接地故障。由于各线路中每一相出现故障时对应的电压是不同的。当检测到接地故障时，需要针对各线路进行故障选相。故障选相有很多方式进行判断，但都是通过三相电压进行判断。通过测量三相电压的幅值和相位，判断各线路中出现的故障相。在线路中哪一相接地，哪一相电压会降低。得到可控电压源输出电压后对故障电流进行补偿，以熄灭产生电弧。

所述可控电压源对各线路进行接地电流全补偿后，控制可控电压源输出电压幅值和相位角恒定。

具体地，通过控制可控电压源输出电压幅值和相位角恒定，以保证可控电压源对各线路中各相电压、零序电压的幅值、相位关系不产生影响。

实时获取各线路的零序电流相位角，得到前一时刻各线路零序电流相位角和后一时刻各线路零序电流相位角。

具体地，当电路中发生触电或漏电故障时，回路中有触电电流流过，此时通过互感器的电流量不为零，此时向量和即为零序电流。对于10kV配电线路发生单相接地故障后，变电站10kV母线上的电压互感器会检测到零序电流。采用电流探头对各线路的零序电流相位角进行测量，通过电流探头连接示波器，从示波器上读取各线路中测量到的电流相位角。

计算前后时刻各线路零序电流相位角的差值绝对值；

对所述各线路零序电流相位角的差值绝对值按大小排序；

根据所述各线路零序电流相位角的差值绝对值中最大值和第二大值，判断是否出现的接地故障，当所述各线路零序电流相位角的差值绝对值序列中最大值≥2°，且第二大值≤1°，则各线路接地故障均消失，否则，各线路中仍存在故障相。

不对称运行和单相运行是零序电流产生的主要原因。在三相四线制电流中，三相电流的向量和等于零。如果在三相三线中接入一个电流互感器，此时对应的电流互感器的电流为零。当电路中发生触电或漏电故障时，回路中有漏电电流流过，这时穿过互感器的三相电流量和不等零，其相量和零序电流。前一时刻各线路零序电流相位角分别为

记后一时刻各线路零序电流相位角分别为

得到各线路前后时刻零序电流相位角的差值绝对值。通过将各线路零序电流相位角的差值绝对值进行排序，根据所述各线路零序电流相位角的差值绝对值中最大值和第二大值，判断是否出现的接地故障。具体地，当所述各线路零序电流相位角的差值绝对值序列中最大值≥2°，且第二大值≤1°，则各线路接地故障均消失，否则，各线路中仍存在故障相。

由以上技术方案可知，本申请提供了一种可控电压源全补偿接地故障状态判断方法，系统单相接地后，可控电压源输出补偿电压进行接地电流补偿。在补偿过程中，可控电压源输出电压的幅值、相位均未发生变化，根据所述各线路零序电流相位角的差值绝对值中最大值和第二大值，判断是否出现的接地故障，当所述各线路零序电流相位角的差值绝对值序列中最大值≥2°，且第二大值≤1°，则各线路接地故障均消失，否则，各线路中仍存在故障相。在可控电压源接地电流全补偿的各种拓扑结构下均能快速准确地判断故障状态，为可控电压源接地电流全补偿的整体是实现提供一种根据跟各线路的零序电流即可判断接地故障状态判别方法。本发明具体实施方法简单，计算准确，实用性强，并且适用于可控电压源单独全补偿结构或可控电压源并联消弧线圈全补偿结构。

实施例二

参见图3为本申请一种可控电压源并联消弧线圈实现接地电流全补偿的电气回路图。

一种可控电压源全补偿接地故障状态判别方法，所述可控电压源全补偿接地故障状态判别方法包括以下步骤：

将配电系统单相接地，通过可控电压源输出补偿电压对各线路进行接地电流全补偿；并且将可控电压源并联消弧线圈，通过消弧线圈补偿接地容流。

本申请实施二由中性点通过接地变压器接入一个可控电压源，并且可控电压源并联消弧线圈，消弧线圈由电感和电阻组成。可控电压源和消弧线圈分别接地。

消弧线圈能产生感性电流，大大减少了接地故障的容性电流，起到熄灭接地电弧的效果，这有利于故障相的自恢复，因而发生单相故障接地后电网仍可以持续供电，提高了配电网运行的可靠性。为了提高电容电流的补偿精度，消弧线圈需要实施测量电网的绝缘参数以满足跟踪补偿的要求。

通过获取各线路的电阻和电容，得到对应电流的阻抗；

通过获取消弧线圈的电感和电阻，以及各线路的电阻和电容，得到各线路对地参数和补偿参数的并联阻抗；

根据上述并联阻抗得到可控电压源输出的补偿电压。

所述可控电压源对各线路进行接地电流全补偿后，控制可控电压源输出电压幅值和相位角恒定；

实时获取各线路的零序电流相位角，得到前一时刻各线路零序电流相位角和后一时刻各线路零序电流相位角；

计算前后时刻各线路零序电流相位角的差值绝对值；

对所述各线路零序电流相位角的差值绝对值按大小排序；

根据所述各线路零序电流相位角的差值绝对值中最大值和第二大值，判断是否出现的接地故障，当所述各线路零序电流相位角的差值绝对值序列中最大值≥2°，且第二大值≤1°，则各线路接地故障均消失，否则，各线路中仍存在故障相。

实施例三

参见图2为本申请一种可控电压源单独实现接地电流全补偿的电气回路图。

一种可控电压源全补偿接地故障状态判别系统，包括计算机设备，所述计算机设备被编程以执行权利要求1所述可控电压源全补偿接地故障状态判别方法的步骤。

一种可控电压源全补偿接地故障状态判断系统，所述可控电压源全补偿接地故障状态判断系统包括：

电流全补偿程序单元，用于监测配电系统是否单相接地，并通过可控电压源输出补偿电压对各线路进行电流全补偿；

还用于通过获取各线路的电阻和电容，得到对应线路的阻抗；

根据各线路的阻抗，得到可控电压源输出补偿电压。

输出电压幅值和相位角程序单元，用于在所述可控电压源对各线路进行接地电流全补偿后，控制可控电压源输出电压幅值和相位角恒定；

零序电流相位角采集程序单元，用于实时获取各线路的零序电流相位角，得到前一时刻各线路零序电流相位角和后一时刻各线路零序电流相位角；

差值计算程序单元，用于计算前后时刻各线路零序电流相位角的差值绝对值；

大小排序程序单元，用于对所述各线路零序电流相位角的差值绝对值按大小排序；

接地故障判断程序单元，用于根据所述各线路零序电流相位角的差值绝对值中最大值和第二大值，判断是否出现的接地故障，当所述各线路零序电流相位角的差值绝对值序列中最大值≥2°，且第二大值≤1°，则各线路接地故障均消失，否则，各线路中仍存在故障相。

实施例四

参见图3为本申请一种可控电压源并联消弧线圈实现接地电流全补偿的电气回路图。

一种可控电压源全补偿接地故障状态判别系统，包括计算机设备，所述计算机设备被编程以执行权利要求1所述可控电压源全补偿接地故障状态判别方法的步骤。

一种可控电压源全补偿接地故障状态判断系统，所述可控电压源全补偿接地故障状态判断系统包括：

电流全补偿程序单元，用于监测配电系统是否单相接地，并通过可控电压源输出补偿电压对各线路进行电流全补偿；

还用于将可控电压源并联消弧线圈，通过消弧线圈补偿接地容流。

并且，通过获取各线路的电阻和电容，得到对应电流的阻抗；

通过获取消弧线圈的电感和电阻，以及各线路的电阻和电容，得到各线路对地参数和补偿参数的并联阻抗；

根据上述并联阻抗得到可控电压源输出的补偿电压。

还用于通过获取各线路的电阻和电容，得到对应线路的阻抗；

根据各线路的阻抗，得到可控电压源输出补偿电压。

输出电压幅值和相位角程序单元，用于在所述可控电压源对各线路进行接地电流全补偿后，控制可控电压源输出电压幅值和相位角恒定；

零序电流相位角采集程序单元，用于实时获取各线路的零序电流相位角，得到前一时刻各线路零序电流相位角和后一时刻各线路零序电流相位角；

差值计算程序单元，用于计算前后时刻各线路零序电流相位角的差值绝对值；

大小排序程序单元，用于对所述各线路零序电流相位角的差值绝对值按大小排序；

接地故障判断程序单元，用于根据所述各线路零序电流相位角的差值绝对值中最大值和第二大值，判断是否出现的接地故障，当所述各线路零序电流相位角的差值绝对值序列中最大值≥2°，且第二大值≤1°，则各线路接地故障均消失，否则，各线路中仍存在故障相。

由以上技术方案可知，本申请提供了一种可控电压源全补偿接地故障状态判断方法及系统，系统单相接地后，可控电压源输出补偿电压进行接地电流补偿。在补偿过程中，可控电压源输出电压的幅值、相位均未发生变化，根据所述各线路零序电流相位角的差值绝对值中最大值和第二大值，判断是否出现的接地故障，当所述各线路零序电流相位角的差值绝对值序列中最大值≥2°，且第二大值≤1°，则各线路接地故障均消失，否则，各线路中仍存在故障相。在可控电压源接地电流全补偿的各种拓扑结构下均能快速准确地判断故障状态，为可控电压源接地电流全补偿的整体是实现提供一种根据跟各线路的零序电流即可判断接地故障状态判别方法。本发明具体实施方法简单，计算准确，实用性强，并且适用于可控电压源单独全补偿结构或可控电压源并联消弧线圈全补偿结构。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种可控电压源全补偿接地故障状态判别方法，其特征在于，所述可控电压源全补偿接地故障状态判别方法包括以下步骤：

配电系统单相接地后，通过可控电压源输出补偿电压对各线路进行接地电流全补偿；

所述可控电压源对各线路进行接地电流全补偿后，控制可控电压源输出电压幅值和相位角恒定；

实时获取各线路的零序电流相位角，得到前一时刻各线路零序电流相位角和后一时刻各线路零序电流相位角；

计算前后时刻各线路零序电流相位角的差值绝对值；

对所述各线路零序电流相位角的差值绝对值按大小排序；

根据所述各线路零序电流相位角的差值绝对值中最大值和第二大值，判断是否出现的接地故障，当所述各线路零序电流相位角的差值绝对值序列中最大值≥2°，且第二大值≤1°，则各线路接地故障均消失，否则，各线路中仍存在故障相。

2.如权利要求1所述的可控电压源全补偿接地故障状态判别方法，其特征在于，配电系统单相接地后，通过可控电压源输出补偿电压对各线路进行接地电流全补偿，还包括：

将可控电压源并联消弧线圈，通过消弧线圈补偿接地容流。

3.如权利要求1所述的可控电压源全补偿接地故障状态判别方法，其特征在于，所述可控电压源输出补偿电压对各线路进行接地电流全补偿还包括：

通过获取各线路的电阻和电容，得到对应线路的阻抗；

根据各线路的阻抗，得到可控电压源输出补偿电压。

4.如权利要求2所述的可控电压源全补偿接地故障状态判别方法，其特征在于，所述可控电压源输出补偿电压对各线路进行接地电流补偿还包括：

通过获取各线路的电阻和电容，得到对应电流的阻抗；

通过获取消弧线圈的电感和电阻，以及各线路的电阻和电容，得到各线路对地参数和补偿参数的并联阻抗；

根据上述并联阻抗得到可控电压源输出的补偿电压。

5.一种可控电压源全补偿接地故障状态判别系统，包括计算机设备，其特征在于，所述计算机设备被编程以执行权利要求1所述可控电压源全补偿接地故障状态判别方法的步骤。

6.一种可控电压源全补偿接地故障状态判别系统，其特征在于，所述可控电压源全补偿接地故障状态判别系统包括：

电流全补偿程序单元，用于监测配电系统是否单相接地，并通过可控电压源输出补偿电压对各线路进行电流全补偿；

输出电压幅值和相位角程序单元，用于在所述可控电压源对各线路进行接地电流全补偿后，控制可控电压源输出电压幅值和相位角恒定；

零序电流相位角采集程序单元，用于实时获取各线路的零序电流相位角，得到前一时刻各线路零序电流相位角和后一时刻各线路零序电流相位角；

差值计算程序单元，用于计算前后时刻各线路零序电流相位角的差值绝对值；

大小排序程序单元，用于对所述各线路零序电流相位角的差值绝对值按大小排序；

接地故障判断程序单元，用于根据所述各线路零序电流相位角的差值绝对值中最大值和第二大值，判断是否出现的接地故障，当所述各线路零序电流相位角的差值绝对值序列中最大值≥2°，且第二大值≤1°，则各线路接地故障均消失，否则，各线路中仍存在故障相。

7.如权利要求6所述的可控电压源全补偿接地故障状态判别系统，其特征在于，所述电流全补偿程序单元还包括：

用于将可控电压源并联消弧线圈，通过消弧线圈补偿接地容流。

8.如权利要求6所述的可控电压源全补偿接地故障状态判别系统，其特征在于，所述电流全补偿程序单元还包括：

用于通过获取各线路的电阻和电容，得到对应线路的阻抗；

根据各线路的阻抗，得到可控电压源输出补偿电压。

9.如权利要求7所述的可控电压源全补偿接地故障状态判别系统，其特征在于，所述电流全补偿程序单元还包括：

用于通过获取各线路的电阻和电容，得到对应电流的阻抗；

通过获取消弧线圈的电感和电阻，以及各线路的电阻和电容，得到各线路对地参数和补偿参数的并联阻抗；

根据上述并联阻抗得到可控电压源输出的补偿电压。

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