CN110729737A - 一种自产供电源接地故障补偿系统及故障消失判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自产供电源接地故障补偿系统及故障消失判别方法，系统发生单相接地后，自产供电电源型接地故障补偿系统输出第一补偿电压和完全补偿接地电流，记录当前系统注入系统的电流为第一注入电流，记录任意线路零序电流为第一线路零序电流；然后计算第一线路零序电流与第一注入电流的相位差为第一相位差。调节自产供电电源型接地故障补偿系统输出电压为第二补偿电压，记录当前自产供电电源接地故障补偿系统注入系统的电流为第二注入电流；计算第二线路零序电流与第二注入电流的相位差为第二相位差；当第一相位差与第二相位差绝对值的差的绝对值在预设范围内时，认为系统单相接地故障未消失，否则认为接地故障消失。

Description

一种自产供电源接地故障补偿系统及故障消失判别方法

技术领域

本发明涉及配电网技术领域，尤其涉及一种自产供电源接地故障补偿系统及故障消失判别方法。

背景技术

国内外配电网单相接地故障占80％以上，严重影响电网及设备的安全运行，安全处理接地故障对社会及经济发展有重要作用。当系统的电容电流大于10A以上时，采用消弧线圈接地方式。消弧线圈能够在一定程度上减少故障电流，系统可带故障运行2小时，但消弧线圈不能实现全补偿，故障点依然存在小于10A的残流，残流的存在可引起人身触电、火灾事故，以及严重威胁电网和设备的安全稳定运行。当系统的电容电流较大时，多采用小电阻接地方式，当发生单相接地故障时，放大故障线路零序电流，继电保护装置快速切除故障线路，但此种接地方式供电可靠性难以保障，且存在高阻接地时，继电保护拒动的风险。当前，为能够彻底消除单相接地故障危害，同时保证供电可靠性，国内外提出了诸多完全补偿单相接地故障点电流的方法。

国内来说，专利CN102074950A公开了一种配电网接地故障消弧和保护方法，该方法与瑞典Swedish Neutral的消弧方法类似。通过向配网系统中性点注入电流将故障相电压电压抑制为零，该方法存在金属性接地时，其故障相电压为0，怎么控制故障电压为0的问题，该方法只对高阻接地故障有作用，且控制故障相电压，需要准确控制注入电流的幅值及相位，实现难度大。申请号为201710550400.3的专利公开了非有效接地系统接地故障主动降压安全处理方法，该方法在变压器系统侧绕组设置分接接头，通过将故障相绕组分接头对地短路或经阻抗短路，降低故障相电压，以达到限制接地故障点电流的目的。本质上该方法是在电网线路发生单相接地时，在系统母线侧制造另一个的接地点，对原单相接地电流进行分流，显然该方法对于金属性单相接地故障的补偿效果较差，甚至无效，且装置误动作将引起相间短路。申请号为201710544978.8和申请号201710544976.9的专利公开了非有效接地系统接地故障相降压消弧方法，两种方法均为在发生单相接地故障时，在非有效接地系统侧的母线与地、或线路与地、或中性点与地，或中性点非有效接地系统侧绕组的分接抽头与地之间外加电源，以期降低故障电压。两种方法的区别仅在于，外加电源其一为电压源，其二为电流源，无本质区别。同样存在电压源和电流源的控制系统相电压精度问题，及金属性短路时，相对地电压为零，无法控制的问题。两种方法实施中，如外加电源直接施加在母线或线路与地之间时，会改变系统线电压，造成该系统负载(如配电变压器)无法正常运行。综上，现有技术中尚无控制简便，精准、高效的单相接地故障电流完全补偿的方法，能兼顾配电系统供电可靠性和安全性的技术。

同时传统的通过系统零序电压幅值大小判断系统单相接地消失的方法不再适用于新的故障相电压抑制为零的全补偿系统。因此，目前在自产供电电源型接地故障补偿系统下尚无一种简便，经济的准确判断单相接地故障是否消失的技术。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种自产供电源接地故障补偿系统及故障消失判别方法，为了克服现有技术的缺陷，有效解决自产供电源接地故障补偿系统下接地故障消失难以判别的难题，本发明提出了一种自产供电源接地故障补偿系统及故障消失判别方法，通过调整一种自产供电电源的补偿电压，比较自产供电电源注入系统电流以及线路零序电流相角差的差值，能够准确判断单相接地故障是否消失。本方法的故障特征值明显，易于实施，是一种经济简便的自产供电电源型接地故障补偿系统下接地故障消失判别方法，保证了自产供电电源型接地故障补偿系统能够及时退出，减少损耗和对系统的影响。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

本发明的一种自产供电源接地故障补偿系统包括线相变换器、投切开关、电流采集器和控制器，所述线相变换器与母线连接，所述线相变换器与母线连接后通过投切开关接入系统的中性点，所述控制器的输入端与母线的电压互感器连接，所述电流采集器串接于投切开关与中性点之间，所述电流采集器的输出端与控制器的输入端连接，所述控制器的输出端分别与投切开关和线相变换器的输入端连接。

进一步，所述线相变换器将母线的线电压变为与母线的电压相位相反，幅值相同的反相电压，该电压即能够完全补偿接地故障点电流。所述线相变换器包括相供电电源产生器和供电电源相位补偿器，所述相供电电源产生器的联结形式为Dy或Zy或Yd或Yy的形式，所述相供电电源相位补偿器联结形式为Dyn或Zyn或Yyn。

进一步，所述控制器通过电压互感器判断母线的接地相，当发生接地故障时，控制器控制投切开关闭合相应的相，通过线相变换器输出的与母线的电压相位相反，幅值相同的反相电压来完全补偿接地故障点的电流。

本发明的一种自产供电源接地故障消失判别方法具体按以下步骤执行：

S1:系统发生单相接地后，电流采集器记录当前自产供电电源型接地故障补偿系统注入系统的电流为第一注入电流，记录任意线路零序电流为第一线路零序电流；

S2:控制器计算第一线路零序电流与第一注入电流的相位差为第一相位差；

S3:控制器调节线相变换器输出电压为第二补偿电压，电流采集器记录当前线相变换器注入系统的电流为第二注入电流；

S4:控制器计算第二线路零序电流与第二注入电流的相位差为第二相位差；

S5:当第一相位差与第二相位差绝对值的差的绝对值在预设范围内时，判定为系统单相接地故障未消失，保持开关闭合，否则判定为接地故障消失，断开开关，补偿结束。

进一步，所述自产供电电源型接地故障补偿系统输出第二补偿电压幅值为第一补偿电压幅值的50％-95％。

进一步，所述第一相位差与第二相位差绝对值的差的绝对值在预设范围为[5°,180°]。

需要说明的是，如何采集所述电压幅值和相位等，是业内已较为成熟的技术，本发明中对此不再赘述。

本发明的有益效果在于：

本发明首创性的提出了在自产供电电源型接地故障补偿系统补偿调节过程中，通过自产供电电源注入电流与线路零序电流相位差的差值这一明显有效的特征值，准确判断接地故障是否消失，及时退出系统，减少损耗和对系统的影响。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明的一种自产供电源接地故障补偿系统的故障消失判别方法流程图；

图3为本发明的实施过程各参量变化示意图；

其中：线相变换器1、投切开关2、控制器3和电流采集器4。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明，显然，所描述的实施例仅仅只是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，本发明的一种自产供电源接地故障补偿系统包括线相变换器1、投切开关2、控制器3和电流采集器4，所述线相变换器1与母线连接，所述线相变换器1与母线连接后通过投切开关2接入系统的中性点，所述电流采集器4串接于投切开关2与中性点之间，所述电流采集器4的输出端与控制器3的输入端连接，所述控制器3的输入端与母线的电压互感器连接，所述控制器3的输出端分别与投切开关2和线相变换器1的输入端连接。

本实施例中，所述线相变换器1将母线的线电压变为与母线的电压相位相反，幅值相同的反相电压，该电压即能够完全补偿接地故障点电流。所述控制器3通过电压互感器判断母线的接地相，当发生接地故障时，控制器3控制投切开关2闭合相应的相，通过线相变换器1输出的与母线的电压相位相反，幅值相同的反相电压来完全补偿接地故障点电流。

本实施例中，所述线相变换器包括相供电电源产生器和供电电源相位补偿器,所述相供电电源产生器的联结形式为Dy或Zy或Yd或Yy的形式，所述相供电电源相位补偿器联结形式为Dyn或Zyn或Yyn。

根据变压器原理，相供电电源产生器产生的供电相电源与电网系统供电电源相电压存在相位差

且

其中

为相供电电源产生器线电压与电网系统对应的线电压之间的相位差，n为[0,11]范围内的整数。

相供电电源产生器的额定电压对本发明的实现没有原理上的冲突或影响，但考虑现有成熟技术和更方便的实现本技术，推荐的相供电电源产生器二次绕组的额定线电压为0.4kV或以上，且在电网系统额定电压内。但相供电电源产生器一次绕组和二次绕组的电压比为k。

相供电电源相位补偿器补偿相供电电源产生器产生的相电压相位差；其输出线电压与输入线电压存在相位差

相供电电源相位补偿器的一次绕组额定电压为相供电电源产生二次次绕组额定电压，相供电电源相位补偿器二次绕组额定线电压为电网系统额定电压，其一次绕组和二次绕组的电压比为1/k。

为更方便的实施本技术，表1给出了部分相供电电源产生器可采用的联结组别以及相应的相供电电源相位补偿器应采用的联结组别。

表1部分相供电电源产生器可采用和相供电电源相位补偿器采用的联结组别

记母线供电电源线电压分别为U_AB、U_BC、U_CA，母线供电电源相电压分别为U_A、U_B、U_C；记相供电电源产生器输出的线电压分别为U_ab1、U_bc1、U_ca1，相电压分别为U_a1、U_b1、U_c1，根据变压器原理,Dy11联结组别的变压器，二次侧线电压超前于一次侧电压30°，即母线线电压经相供电电源产生器1传递后，将母线线电压U_AB、U_BC、U_CA转换为相电压U_a1、U_b1、U_c1，并且U_ab1、U_bc1、U_ca1相角分别超前U_AB、U_BC、U_CA角度30°如式1：

相供电电源产生器一次绕组与二次绕组的电压比为k；因此，有式2：

记相供电电源相位补偿器输出的线电压为U_ab2、U_bc2、U_ca2，相电压分别为U_a2、U_b2、U_c2，根据变压器原理,Dyn7联结组别的变压器，二次侧线电压滞后于一次侧线电压210°，即U_ab2、U_bc2、U_ca2相角分别滞后于U_ab1、U_bc1、U_ca1210°，可用公式表示为式3：

相供电电源相位补偿器一次绕组与二次绕组的电压比为1/k,因此如式4：

根据式1和式3，可得式5：

根据式2和式4，可得式6：

进一步的，由公式7可知:

本实施例中，母线线电压U_AB、U_BC、U_CA经过相供电电源产生器、相供电电源相位补偿器传递后的U_ab2、U_bc2、U_ca2相位相反，因此系统母线侧相供电电源电压U_A、U_B、U_C、与经过相供电电源产生器、相供电电源相位补偿器传递后的U_a2、U_b2、U_c2相位相反,幅值相等。

本实施例中，如图3所示，本发明的一种自产供电源接地故障消失判别方法，被补偿10kV系统对地分布电容为9uF，并使用0.9H消弧线圈补偿。使用线相变换器1进行补偿。当系统中性点电压达到5.73kV时，为全补偿状态，此时线相变换器1注入系统的第一补偿电流为9.5A∠-2°，任取一线路零序电流为第一线路零序电流为1.6A∠-179.9°。计算第一线路零序电流与第一注入电流的相位差为第一相位差为-179.9-(-2)＝-177.9；

本实施例中，接地故障未消失判断实例：

控制器3调整线相变换器1输出电压为5.4kV，即全补偿电压的95％，此时线相变换器1注入系统的第二补偿电流为8.2A∠-17°，第二零序电流为1.6A∠-179.9°，计算第二线路零序电流与第二注入电流的相位差为第二相位差为-179.9-(-17)＝-162.9；第一相位差与第二相位差绝对值的差的绝对值为||-179.9|-|-162.9||＝15°，在预设范围[5°,180°]内，因此，判断系统单相接地未消失。

本实施例中，接地故障消失判别实例：

控制器3调整线相变换器输出电压为5.4kV，即全补偿电压的95％，此时线相变换器1注入系统的第二补偿电流为9.2A∠-0.4°，第二零序电流为1.6A∠179.9°，计算第二线路零序电流与第二注入电流的相位差为第二相位差为179.9-(0.4)＝180.3；第一相位差与第二相位差绝对值的差的绝对值为||-179.9|-|180.3||＝0.4°，不在预设范围[5°,180°]内，因此，判断系统单相接地消失。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (6)

1.一种自产供电源接地故障补偿系统，其特征在于，包括线相变换器(1)、投切开关(2)、电流采集装置(4)和控制器(3)，所述线相变换器(1)与母线连接后通过投切开关(2)接入系统的中性点，所述电流采集装置(4)串接于投切开关与中性点之间，所述电流采集装置(4)还与控制器(3)连接，所述控制器(3)与母线的电压互感器连接，所述控制器(3)的输出端分别与投切开关(3)和线相变换器(1)的输入端连接。

2.一种自产供电源接地故障补偿系统，其特征在于，所述线相变换器(1)将母线的线电压变为与母线的相电压相位相反，幅值相同的反相电压。

3.一种自产供电源接地故障补偿系统的故障消失判别方法，具体按以下步骤执行：

S1:系统发生单相接地后，所述线相变换器(1)输出第一补偿电压，完全补偿接地电流，所述电流采集器(4)记录当前线相变换器(1)注入系统的电流为第一注入电流，记录任意线路零序电流为第一线路零序电流；

S2:控制器(3)计算第一线路零序电流与第一注入电流的相位差为第一相位差；

S3:控制器(3)调节线相变换器(1)输出电压为第二补偿电压，电流采集器(4)记录线相变换器(1)的电流为第二注入电流，记录当前线相变换器注入系统的电流为第二注入电流；

S4:控制器(3)计算第二线路零序电流与第二注入电流的相位差为第二相位差；

S5:当第一相位差与第二相位差绝对值的差的绝对值在预设范围内时，判断为系统单相接地故障未消失，保持开关闭合，否则判断为接地故障消失，断开开关，补偿结束。

4.根据权利要求3所述的一种自产供电源接地故障补偿系统的故障消失判别方法，其特征在于，所述线相变换器(1)输出第一补偿电压将系统在单相接地时故障点的电压和电流抑制为零，即故障相相电压为零。

5.根据权利要求3所述的一种自产供电源接地故障补偿系统的故障消失判别方法，其特征在于，在步骤S3中，所述控制器(3)控制线相变换器(1)输出第二补偿电压幅值为第一补偿电压幅值的50％-95％。

6.根据权利要求3所述的一种自产供电源接地故障补偿系统的故障消失判别方法，其特征在于，在步骤S5中，所述第一相位差与第二相位差绝对值的差的绝对值在预设范围为[5°,180°]。

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