CN110896214B - 一种主动干预型消弧装置选相方法 - Google Patents

一种主动干预型消弧装置选相方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种主动干预型消弧装置选相方法及选相系统，当零序电压低于设定阈值时，依据对地参数变化导致的系统阻抗特征进行选相，否则，采用基于三相电压幅值进行选相。本发明能够避免主动干预型消弧装置把线路故障引入站内的风险，提高选相选线的准确率，以免发展为两相短路故障。

Description

一种主动干预型消弧装置选相方法
技术领域
本发明属于电力系统保护技术领域，涉及电力系统小电流接地保护方法，具体涉及一种主动干预型消弧装置选相方法及选相系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本申请相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
随着电缆线路的广泛使用，我国配电网电容电流不断增大，甚至达到200A，当消弧线圈采用5％～10％过补偿时，故障点残余电流仍然很大，严重时超过10A，不利于故障点电弧的熄灭；此外，由于电容电流的准确测量有一定难度，消弧线圈的测量误差将会导致补偿结果达不到理想的运行条件，从而进一步增大了残余电流；同时，电缆线路永久性故障占比较高，即便在消弧线圈作用下，故障电流在过零点后由于故障并未恢复，快速的故障电压恢复过程会使电弧迅速重燃从而形成间歇性接地过电压，严重时将导致电缆燃烧。针对上述问题，主动干预型消弧装置为应对永久性接地故障、改善现有消弧线圈系统的不足提供了解决方案。
主动干预型消弧装置在配电网发生单相弧光接地故障时，通过在母线处投入选相接地开关，旁路故障点，将弧光接地故障转化为金属性接地故障，实现接地故障转移，钳制故障相电压接近为零，从而阻止故障点电弧重燃以及弧光过电压的产生。
主动干预型消弧装置的基本功能包含判断故障相及故障所在线路。其中，判断故障相是指在A/B/C三相中找到发生单相接地故障的相别；判断故障线路是指在变电站多条出线中找到故障所在的线路。故障相的正确判断是故障电流转移的基础，而选线功能为故障排查及处理提供支撑。选相的正确性是该类装置应用的关键，一旦选相错误，将导致线路故障点与母线处主动干预型消弧装置的接地点形成相间短路，主动干预型消弧装置在母线处的接地点，造成故障扩大的风险。
装置选相选线判断的难易度与故障环境有关，当发生金属性接地等低阻接地故障时，故障零序特征量明显，选相较为简单，而发生高阻接地故障时(零序电压二次值小于20V时)，特别是单相弧光高阻接地时，故障零序特征量不明显，存在发生误选相的可能。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种主动干预型消弧装置选相方法，能够避免主动干预型消弧装置把线路故障引入变电站内的风险，提高装置选相的准确率，保证系统安全可靠运行。
为实现上述发明目的，本发明具体采用如下技术方案：
一种主动干预型消弧装置选相方法，其特征在于：
当小电流接地系统的中性点电压值大于设定值时，采用基于三相电压幅值的方法进行选相，否则，采用基于对地参数跟踪测量的方法进行选相。
一种主动干预型消弧装置选相方法，其特征在于，所述选相方法包括以下步骤：
步骤1：采集并计算母线三相电压以及零序电压值；
步骤2：当系统中性点电压二次值大于第一阈值时，判定电网发生接地故障；中性点电压二次值大于第一阈值小于第二阈值进入步骤3；如果中性点电压二次值大于第二阈值则进入步骤4；
步骤3：在小电流接地系统中性点处通过开关将附加电阻R1连接在中性点和地之间，测量接地故障发生后，中性点接入电阻R1前后的中性点电压，按照以下计算公式和判据选出接地故障相，然后进入步骤5；
构造相电压矢量
Figure RE-GDA0002350710870000021
其中，
Figure RE-GDA0002350710870000022
为故障前且未加入附加电阻时的中性点电压，
Figure RE-GDA0002350710870000023
为故障后且未加入附加电阻时的中性点电压，C∑、G∑为故障前系统对地电导、电容值，C′∑、 G′∑为故障后系统对地电导、电容值；
将构造相电压矢量
Figure RE-GDA0002350710870000024
的相位和三相电源电压的相位进行比较，哪一相电源电压的相位与构造相电压矢量
Figure RE-GDA0002350710870000025
的相位最接近，判断该相即为故障相；
步骤4：判断发生接地故障后的母线三相电压值中是否有一相低于选相设定值，将电压值低于选相设定值的一相判定为接地故障相，然后进入步骤5。
步骤5：闭合根据步骤3或步骤4所判断出来的故障相的母线接地开关；
步骤6：经过设定时间后，断开故障相的母线接地开关，判断是否仍存在接地故障信号，如果是，则判断发生了永久性接地故障，再次闭合故障相的母线接地开关；否则，认为暂时性接地故障消失，电网正常运行。
本发明进一步包括以下优选方案：
在步骤2中，所述第一阈值取值为8-15V；第二阈值的取值为15-30V，优选第一阈值为10V，第二阈值为20V。
在步骤3中，所述附加电阻R1在判断发生接地故障后，通过开关连接在系统的中性点和地之间；其取值范围为300ohm-600ohm。
在步骤4中，所述选相设定值为额定电压值的50％。
在步骤6中，所述设定时间为100-200ms，优选值为150ms。
本申请公开公开了一种基于前述选相方法的主动干预型消弧装置选相系统，包括信号采集单元、信号计算单元、第一选相判断单元、第二选相判断单元、装置开关动作单元和装置复归单元；其特征在于：
信号采集单元采集母线三相电压、系统中性点电压；
信号计算单元计算系统中性点电压即中性点PT二次侧电压幅值；
所述故障判断单元根据系统中性点电压幅值判断系统是否发生接地故障，并选择采用第一选相判断单元还是第二选相判断单元进行故障选相；
第一故障判断单元接收信号计算单元计算并上送的中性点电压幅值和构造相电压矢量判断故障相；第二故障判断单元接收信号计算单元上送的母线三相电压幅值判断出故障相；
所述装置开关动作单元根据第一故障判断单元或第二故障判断单元选出的故障相结果闭合故障相的母线接地开关；
所述装置复归单元通过瞬时性装置复归判断系统是否发生永久性接地故障，如果是则再次闭合故障相的母线接地开关；否则，认为暂时性接地故障消失，电网正常运行。
所述信号采集单元所采集的系统中性点电压包括系统正常运行状态下的中性点电压，以及发生故障接地接入附加电阻R1后的中性点电压。
一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的主动干预型消弧装置选相选线方法。
一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的主动干预型消弧装置选相选线方法。
与现有技术相比，本公开的有益效果为：
本公开提高主动干预型消弧装置的选相准确率，减小发生误选相的几率，避免由单相接地故障发展为两相接地故障，将线路故障引入站内的风险。利用零序特征量的选线方法能正确辨识出具体的故障出线，提供信息供故障运维人员参考。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本发明主动干预型消弧装置选相方法的流程示意图；
图2是本实施例的基于三相电压幅值变化的选相流程图；
图3是本实施例的基于对地参数测量的选相控制流程图；
图4是本发明主动干预型消弧装置选相选线系统的结构框图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。
本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。
为避免主动干预型消弧装置把线路故障引入站内的风险，提高选相选线的准确率，以免发展为两相短路故障，本发明提出了一种选相选线方法。新方法包括两种选相方案，两种方案的配合使用能达到对低阻接地、高阻接地、弧光接地故障相的准确识别。
图1是本发明主动干预型消弧装置选相方法的流程示意图，
所述选相选线方法包括以下步骤：
步骤1：采集并计算系统三相电压以及零序电压值；
步骤2：当系统中性点电压即中性点PT二次侧电压大于第一阈值时，判定电网发生接地故障；中性点PT二次侧电压大于第一阈值小于第二阈值进入步骤 3；否则进入步骤4；
所述第一阈值取值为8-15V；第二阈值的取值为15-30V。
在本申请的实施例中，优选第一阈值为10V，第二阈值为20V。
步骤3：在小电流接地系统中性点处通过开关将附加电阻R1连接在中性点和地之间，测量接地故障发生后，中性点接入电阻R1前后的中性点电压，按照以下计算公式和判据选出接地故障相，然后进入步骤5；其中，附加电阻的取值范围为300ohm-600ohm。
如附图3所示为本实施例的基于对地参数测量的选相控制流程图。
小电流接地系统正常运行情况下，测量中性点电压，记为
Figure RE-GDA0002350710870000051
发生接地故障并在中性点接入阻值为R1的接入电阻后，继续测量中性点电压，记为
Figure RE-GDA0002350710870000052
通过以下公式计算出系统对地参数：
Figure RE-GDA0002350710870000053
Figure RE-GDA0002350710870000061
其中，U0,U1为
Figure RE-GDA0002350710870000062
的幅值，
Figure RE-GDA0002350710870000063
为
Figure RE-GDA0002350710870000064
的相角；G1＝1/R1；CΣ、GΣ分别为所有线路对地电容之和与所有线路对地电导之和；
令
Figure RE-GDA0002350710870000065
Figure RE-GDA0002350710870000066
B2(A+1)2+(A-1)2＝C
2(A+1)G1B2-2G1(A-1)＝D
Figure RE-GDA0002350710870000067
计算出小电流系统正常运行情况下对地电导和对地电容值如下：
Figure RE-GDA0002350710870000068
Figure RE-GDA0002350710870000069
当系统中性点二次侧电压超过第一阈值，即认为发生接地故障。然后在中性点接入阻值为R1的附加电阻，继续测量中性点电压，记为
Figure RE-GDA00023507108700000610
对上述的公式进行相应替换，即可得故障情况下的对地电导和对地电容值：
Figure RE-GDA00023507108700000611
Figure RE-GDA00023507108700000612
构造相电压矢量
Figure RE-GDA00023507108700000613
其中，
Figure RE-GDA00023507108700000614
为故障前且未加入附加电阻时的中性点电压，
Figure RE-GDA00023507108700000615
为故障后且未加入附加电阻时的中性点电压。C∑、G∑为故障前系统对地电导、电容值，C′∑、 G′∑为故障后系统对地电导、电容值。
故障相的判断逻辑为：利用构造的相电压矢量
Figure RE-GDA00023507108700000616
的相位和三相电源电压的相位进行比较，哪一相电源电压的相位与之最接近，可判断该相即为故障相。立即闭合故障相的接地开关。
步骤4：判断发生接地故障后的母线三相电压值中是否有一相低于选相设定值，将电压值低于选相设定值的一相判定为接地故障相，然后进入步骤5。
附图2所示为本实施例的基于三相电压幅值变化的选相流程图，在本申请的优选实施例中，件选相设定值优选为额定电压值的50％。
步骤5：闭合根据步骤3或步骤4所判断出来的故障相的母线接地开关；
步骤6：经过设定时间后，断开故障相的母线接地开关，判断是否仍存在接地故障信号，如果是，则判断发生了永久性接地故障，再次闭合故障相的母线接地开关；否则，认为暂时性接地故障消失，电网正常运行。图4是本发明主动干预型消弧装置选相系统的结构框图，所述主动干预型消弧装置选相系统，包括信号采集单元、信号计算单元、第一选相判断单元、第二选相判断单元、装置开关动作单元和装置复归单元。
信号采集单元采集母线三相电压、系统中性点电压；所述信号采集单元所采集的系统中性点电压包括系统正常运行状态下的中性点电压，以及发生故障接地接入附加电阻R1后的中性点电压。
信号计算单元计算系统中性点电压二次侧电压幅值；所述故障判断单元根据系统中性点电压幅值判断系统是否发生接地故障，并选择采用第一选相判断单元还是第二选相判断单元进行故障选相。
第一故障判断单元接收信号计算单元计算并上送的中性点电压幅值和构造相电压矢量判断故障相；第二故障判断单元接收信号计算单元上送的母线三相电压幅值判断出故障相。
所述装置开关动作单元根据第一故障判断单元或第二故障判断单元选出的故障相结果闭合故障相的母线接地开关；所述装置复归单元通过瞬时性装置复归判断系统是否发生永久性接地故障，如果是则再次闭合故障相的母线接地开关；否则，认为暂时性接地故障消失，电网正常运行。
一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述实施例提供的主动干预型消弧装置选相选线方法。
一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述各个实施例提供的主动干预型消弧装置选相选线方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和 /或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种主动干预型消弧装置选相方法，其特征在于，所述选相方法包括以下步骤：
步骤1：采集并计算母线三相电压以及零序电压值；
步骤2：当系统中性点电压二次值大于第一阈值时，判定电网发生接地故障；中性点电压二次值大于第一阈值小于第二阈值进入步骤3；如果中性点电压二次值大于第二阈值则进入步骤4；
步骤3：在小电流接地系统中性点处通过开关将附加电阻R1连接在中性点和地之间，测量接地故障发生后，中性点接入电阻R1前后的中性点电压，按照以下计算公式和判据选出接地故障相，然后进入步骤5；
构造相电压矢量
Figure FDA0002800010870000011
其中，
Figure FDA0002800010870000012
为故障前且未加入附加电阻时的中性点电压，
Figure FDA0002800010870000013
为故障后且未加入附加电阻时的中性点电压，C∑、G∑为故障前系统对地电导、电容值，C′∑、G′∑为故障后系统对地电导、电容值；
将构造相电压矢量
Figure 1
的相位和三相电源电压的相位进行比较，哪一相电源电压的相位与构造相电压矢量
Figure 2
的相位最接近，判断该相即为故障相；
步骤4：判断发生接地故障后的母线三相电压值中是否有一相低于选相设定值，将电压值低于选相设定值的一相判定为接地故障相，然后进入步骤5；
步骤5：闭合根据步骤3或步骤4所判断出来的故障相的接地分相开关；
步骤6：经过设定时间后，断开故障相的母线接地开关，判断是否仍存在接地故障信号，如果是，则判断发生了永久性接地故障，再次闭合故障相的母线接地开关；否则，认为暂时性接地故障消失，电网正常运行。
2.根据权利要求1所述的主动干预型消弧装置选相方法，其特征在于：
在步骤2中，所述第一阈值取值为8-15V；第二阈值的取值为15V-30V。
3.根据权利要求2所述的主动干预型消弧装置选相方法，其特征在于：
所述第一阈值为10V，所述第二阈值为20V。
4.根据权利要求1所述的主动干预型消弧装置选相方法，其特征在于：
在步骤3中，所述附加电阻R1在判断发生接地故障后，通过开关连接在系统的中性点和地之间；其取值范围为300ohm-600ohm。
5.根据权利要求1所述的主动干预型消弧装置选相方法，其特征在于：
在步骤4中，所述选相设定值为额定电压值的50％。
6.根据权利要求1所述的主动干预型消弧装置选相方法，其特征在于：
在步骤6中，所述设定时间为100-200ms。
7.根据权利要求1所述的主动干预型消弧装置选相方法，其特征在于：
所述设定时间选为150ms。
8.一种基于权利要求1-7任一项权利要求所述选相方法的主动干预型消弧装置选相系统，包括信号采集单元、信号计算单元、第一选相判断单元、第二选相判断单元、装置开关动作单元和装置复归单元；其特征在于：
信号采集单元采集母线三相电压及系统中性点电压；
信号计算单元计算系统零序电压二次侧电压幅值；
故障判断单元根据系统中性点电压幅值判断系统是否发生接地故障，并选择采用第一选相判断单元还是第二选相判断单元进行故障选相；
第一故障判断单元接收信号计算单元计算并上送的中性点电压幅值和构造相电压矢量判断故障相；第二故障判断单元接收信号计算单元上送的母线三相电压幅值判断出故障相；
所述装置开关动作单元根据第一故障判断单元或第二故障判断单元选出的故障相结果闭合故障相的母线接地开关；
所述装置复归单元通过瞬时性装置复归判断系统是否发生永久性接地故障，如果是则再次闭合故障相的分相开关；否则，认为暂时性接地故障消失，电网正常运行。
9.根据权利要求8所述的主动干预型消弧装置选相系统，其特征在于：
所述信号采集单元所采集的系统中性点电压包括系统正常运行状态下的中性点电压，以及发生故障接地接入附加电阻R1后的中性点电压。
10.一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求1-7任一项权利要求所述的主动干预型消弧装置选相方法。
11.一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1-7任一项权利要求所述的主动干预型消弧装置选相方法。
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