CN111257685A - 快速转移故障点熄弧装置的熄弧有效性辨识方法和系统 - Google Patents

快速转移故障点熄弧装置的熄弧有效性辨识方法和系统 Download PDF

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CN111257685A CN201911408767.7A CN201911408767A CN111257685A CN 111257685 A CN111257685 A CN 111257685A CN 201911408767 A CN201911408767 A CN 201911408767A CN 111257685 A CN111257685 A CN 111257685A
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刁春燕
许佩军
付亚军
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孟繁军
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Abstract

本发明公开了一种快速转移故障点熄弧装置的熄弧有效性辨识方法和系统，包括获取故障信息，判断故障类型与故障相及故障线路；在单相经电弧接地故障的情况下，投入快速转移故障点熄弧装置；根据投入快速转移故障点熄弧装置前、后母线接地点电流以及故障线路零序电流幅值与相位偏移度是否超过所设门槛值辨识故障相母线接地期间原故障点是否消除。本发明实现消弧装置首次动作期间对原故障点状态的在线辨识，避免了母线接地开关的反复开断造成的故障相电压突变对原故障点的冲击，增强了配电网单相接地故障快速处置能力，提高了配电网安全性。

Description

快速转移故障点熄弧装置的熄弧有效性辨识方法和系统
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，尤其是涉及配置有快速转移故障点熄弧装置的中性点不接地系统中的故障状态辨识。
背景技术
近年来我国3～35kV采用中性点不接地方式的系统中，以快速故障点转移熄弧方法为代表的电压熄弧方法在现场应用范围扩大，其基本思路是单相接地故障发生后，快速将故障相母线金属性接地来限制故障相电压，使电弧在弧道电流过零点熄灭后难以重燃。
目前快速故障点转移熄弧装置的动作流程为：故障相母线接地一段时间后接地开关自动断开，若故障消失则系统恢复正常运行，若故障依然存在则故障相母线再次接地并接地开关保持闭合状态等待故障处理。当原故障未消失时，母线接地开关的反复开断导致的故障相电压突变对原故障点造成冲击，此外，故障相母线二次接地造成的延误也有可能造成故障进一步扩大，增加故障处理难度，不利于系统安全。
目前对中低压配电网单相接地故障研究多集中于故障选线与定位测距，在母线单相接地情况下判断原故障是否消除，是快速故障点转移熄弧技术的衍生问题，目前缺少相应的辨识方法。
综上所述，现有装置及动作流程在故障相母线接地期间无法判断原故障点状态。。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供快速转移故障点熄弧装置的熄弧有效性辨识方法和系统，本发明对现有的熄弧装置进行改进，所需测量装置较少，无需增加一次设备投资，避免了母线接地开关的反复开断造成的故障相电压突变对原故障点的冲击，增强了配电网单相接地故障快速处置能力，提高了配电网安全性。
第一方面，本发明实施例提供了基于快速转移故障点熄弧装置的原故障点状态在线辨识方法，包括：
获取故障信息，并根据所述故障信息判断故障类型及故障相、故障线路；
在所述故障类型为单相经电弧接地故障的情况下，投入快速转移故障点熄弧装置；
根据投入快速转移故障点熄弧装置前、后母线接地点电流以及故障线路零序电流计算幅值与相位偏移度；
根据所述幅值与相位偏移度是否超过所设门槛值辨识故障相母线接地期间原故障点是否消除。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述母线接地点电流包括：
当原故障点成功熄弧时，流经母线接地点的电流
Figure BDA0002349394430000021
为所有线路非故障相电容电流之和；
当原故障点未成功熄弧时，根据系统中两个同相接地点间大地支路的分流作用，流经母线接地点的电流
Figure BDA0002349394430000022
包括电容电流分量与负荷电流分量。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述故障线路零序电流包括：当原故障点成功熄弧时，接地点与线路对地电容构成零序通路，故障线路零序电流以电容电流为主；当原故障点未成功熄弧时，系统出现同相两点接地，两接地点与线路对地电容构成零序通路，故障线路零序电流为电容电流在两接地点间的分流。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述辨识故障相母线接地期间原故障点是否消除包括：计算
Figure BDA0002349394430000023
相对于系统零序电压
Figure BDA0002349394430000024
的相位差，以及相对于
Figure BDA0002349394430000025
的幅值偏移度，当幅值偏移度大于20％或
Figure BDA0002349394430000026
滞后
Figure BDA0002349394430000027
大于100°时，认为此时原故障未消除；当负荷电流较小，母线接地电流判据失效时，计算故障线路零序电流幅值，当其低于原故障点消除时的故障线路零序电流的90％，则判断原故障点故障未消除。
第二方面，本发明实施例提供了基于快速转移故障点熄弧装置的原故障点状态在线辨识系统，包括：
故障信息判断单元，用于获取故障信息，并根据所述故障信息判断故障类型，故障相及故障线路；
熄弧装置投入单元，用于在所述故障类型为单相经电弧接地故障的情况下，投入快速转移故障点熄弧装置；
信号记录单元，用于记录投入所述熄弧装置前、后的母线接地点电流信号以及故障线路零序电流信号；
辨识单元，用于结合所述母线接地点电流与故障线路零序电流幅值相位偏移度是否超过所设门槛值辨识原故障点是否消除；
决策单元，用于结合所述辨识出的原故障点状态，在原故障点消除时复位快速转移故障点熄弧装置，在原故障点未消除时发出告警信号，通知值班人员处理故障。
本发明提供了快速转移故障点熄弧装置的熄弧有效性辨识方法和系统，包括获取故障信息，判断故障类型与故障相及故障线路；在单相经电弧接地故障的情况下，投入快速转移故障点熄弧装置；根据投入快速转移故障点熄弧装置前、后母线接地点电流以及故障线路零序电流幅值与相位偏移度是否超过所设门槛值辨识故障相母线接地期间原故障点是否消除。本发明实现消弧装置首次动作期间对原故障点状态的在线辨识，避免了母线接地开关的反复开断造成的故障相电压突变对原故障点的冲击，增强了配电网单相接地故障快速处置能力，提高了配电网安全性。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的基于快速转移故障点熄弧装置的原故障点状态在线辨识方法流程图；
图2为本发明实施例提供快速转移故障点原理示意图；
图3为本发明实施例提供的10kV配电网示意图；
图4为本发明实施例提供的基于快速转移故障点熄弧装置的原故障点状态在线辨识系统示意图；
图5为本发明实施例提供的快速转移故障点熄弧装置电路图；
图6为本发明实施例提供的母线接地点电流仿真波形图；
图7为本发明实施例提供的故障线路零序电流仿真波形图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
现有装置及动作流程在故障相母线接地期间无法判断原故障点状态。基于此，本发明实施例提供的快速转移故障点熄弧装置的熄弧有效性辨识方法和系统，对现有的熄弧装置进行改进，所需测量装置较少，无需增加一次设备投资，避免了母线接地开关的反复开断造成的故障相电压突变对原故障点的冲击，增强了配电网单相接地故障快速处置能力，提高了配电网安全性。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的基于快速转移故障点熄弧装置的原故障点状态在线辨识方法进行详细介绍。
实施例一：
参照图1，基于快速转移故障点熄弧装置的原故障点状态在线辨识方法，包括：
获取故障信息，并根据所述故障信息判断故障类型及故障相、故障线路；
在所述故障类型为单相经电弧接地故障的情况下，投入快速转移故障点熄弧装置；
根据投入快速转移故障点熄弧装置前、后母线接地点电流以及故障线路零序电流计算幅值与相位偏移度；
根据所述幅值与相位偏移度是否超过所设门槛值辨识故障相母线接地期间原故障点是否消除。
进一步地，所述母线接地电流包括：
当原故障点成功熄弧时，流经母线接地点的电流
Figure BDA0002349394430000041
为所有线路非故障相电容电流之和；
当原故障点未成功熄弧时，根据系统中两个同相接地点间大地支路的分流作用，流经母线接地点的电流
Figure BDA0002349394430000051
包括电容电流分量与负荷电流分量。
具体地，图2所示为某中性点不接地的10kV配电网，快速故障点转移熄弧技术的基本原理为：当C相电弧接地故障发生于线路k点时，变电站母线处的C相快速接地开关迅速合闸，线路m点开路电压为
Figure BDA0002349394430000052
系统等效内阻抗为1/j3ωC，当故障被消除时，过渡电阻Rtr为无穷大，线路阻抗ZL和母线接地电阻RB相对于系统容抗可忽略不计，系统零序电压为
Figure BDA0002349394430000053
则母线接地电流
Figure BDA0002349394430000054
为：
Figure BDA0002349394430000055
若将故障相母线接地后原故障点未消除或原故障点绝缘已被破坏，则系统中将出现故障相母线接地点和原故障点两个同相的接地点同时存在的情况。此时系统电容电流通路和负荷电流通路都将发生变化，均通过RB和Rtr分流。
Figure BDA0002349394430000056
进一步地，所述故障线路零序电流包括：
当原故障点成功熄弧时，接地点与线路对地电容构成零序通路，故障线路零序电流以电容电流为主；
当原故障点未成功熄弧时，系统出现同相两点接地，两接地点与线路对地电容构成零序通路，故障线路零序电流为电容电流在两接地点间的分流。
具体地，根据对称分量法，计算故障相母线接地期间原故障成功熄弧时故障线路零序电流为：
Figure BDA0002349394430000057
当原故障点未成功熄弧时，故障线路零序电流为：
Figure BDA0002349394430000058
进一步地，所述辨识故障相母线接地期间原故障点是否消除包括：
计算
Figure BDA0002349394430000061
相对于系统零序电压
Figure BDA0002349394430000062
的相位差，以及相对于
Figure BDA0002349394430000063
的幅值偏移度，当幅值偏移度大于20％或
Figure BDA0002349394430000064
滞后
Figure BDA0002349394430000065
大于100°时，认为此时原故障未消除；
当负荷电流较小，母线接地电流判据失效时，计算故障线路零序电流幅值，当其低于原故障点消除时的故障线路零序电流的90％，则判断原故障点故障未消除。
具体地，如图3所示的配电网络，线路均为单回出线，长度设定为15km，故障点k距离母线出口处5km，故障类型为C相经电弧接地。设定线路L4负荷电流182A，线路电流相位滞后电动势32°，原故障点过渡电阻20Ω，母线接地点接地电阻等效为4Ω，故障发生于0.1s时刻，母线接地开关于0.145s合闸。分别记录了故障未消除与故障消除两种情况下母线接地点电流波形，如图6所示。故障消除时，母线接地点电流滞后母线零序电压89.61°，故障未消除时，母线接地点电流相位滞后母线零序电压118.21°，幅值超出故障消除时的电流幅值56.31％。根据偏移度，可以判断原故障点故障未消除。
当负荷电流设定为75A，原故障点过渡电阻4Ω时，故障未消除情况下，母线接地点电流相位滞后零序电压103.5°，幅值超出故障消除时的电流幅值6.41％，此时幅值偏移度未达20％，需要根据故障线路零序电流进一步判断。此时故障未消除与故障消除两种情况下故障线路零序电流波形如图7所示。这两种情况下，故障未消除时的电流幅值为故障消除时的电流幅值的52.07％。根据偏移度，可以判断原故障点故障状态。
目前，快速转移故障点熄弧装置及动作流程在故障相母线接地期间无法判断原故障点状态。本发明实施例提出在故障相母线接地期间利用母线接地点电流及故障线路零序电流辨识原故障点状态，具有如下优点：(1)无需增加一次设备投资，利用现有的熄弧装置及测量装置即可完成辨识；(2)避免了母线接地开关的反复开断造成的故障相电压突变对原故障点的冲击；(3)增强了配电网单相接地故障快速处置能力，提高了配电网安全性。理论分析和仿真实验证明了本文所提出的原故障点状态辨识的准确性和有效性。
实施例二：
如图4所示的基于快速转移故障点熄弧装置的原故障点状态在线辨识系统，包括：
故障信息判断单元100，用于获取故障信息，并根据所述故障信息判断故障类型，故障相及故障线路；
熄弧装置投入单元200，用于在所述故障类型为单相经电弧接地故障的情况下，投入快速转移故障点熄弧装置；
信号记录单元300，用于记录投入所述熄弧装置前、后的母线接地点电流信号以及故障线路零序电流信号；
辨识单元400，用于结合所述母线接地点电流与故障线路零序电流幅值相位偏移度是否超过所设门槛值辨识原故障点是否消除；
决策单元500，用于结合所述辨识出的原故障点状态，在原故障点消除时复位快速转移故障点熄弧装置，在原故障点未消除时发出告警信号，通知值班人员处理故障。
如图5所示，所述的快速转移故障点熄弧装置，包括分相电子开关(可控硅)KA、KB、KC，熔断器FU、控制单元、电压互感器PT、电流互感器CT；所述的分相电子开关KA、KB、KC一端各通过一个熔断器FU与母线相连，另一端接地；电压互感器PT、电流互感器CT与母线相连，电压互感器接地，所述的控制单元分别与分相电子开关KA、KB、KC、电压互感器PT、电流互感器CT相连，控制单元用于采集PT、CT信息并计算有效接地时刻，还用于将合闸信号发送给分相电子开关。利用电子开关动作迅速、延时短的优点，保证在电流过零点的时候可靠短接故障相母线。
本发明实施例提供的基于快速转移故障点熄弧装置的原故障点状态在线辨识系统，与上述实施例提供的基于快速转移故障点熄弧装置的原故障点状态在线辨识方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种基于快速转移故障点熄弧装置的原故障点状态在线辨识方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取故障信息，并根据所述故障信息判断故障类型及故障相、故障线路；
在所述故障类型为单相经电弧接地故障的情况下，投入快速转移故障点熄弧装置；
根据投入快速转移故障点熄弧装置前、后母线接地点电流以及故障线路零序电流计算幅值与相位偏移度；
根据所述幅值与相位偏移度是否超过所设门槛值辨识故障相母线接地期间原故障点是否消除。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述母线接地点电流包括：当原故障点成功熄弧时，流经母线接地点的电流
Figure FDA0002349394420000011
为所有线路非故障相电容电流之和；当原故障点未成功熄弧时，根据系统中两个同相接地点间大地支路的分流作用，流经母线接地点的电流
Figure FDA0002349394420000012
包括电容电流分量与负荷电流分量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述故障线路零序电流包括：当原故障点成功熄弧时，接地点与线路对地电容构成零序通路，故障线路零序电流以电容电流为主；当原故障点未成功熄弧时，系统出现同相两点接地，两接地点与线路对地电容构成零序通路，故障线路零序电流为电容电流在两接地点间的分流。
4.根据权利要求1所述的方法，所述辨识故障相母线接地期间原故障点是否消除具体为：计算
Figure FDA0002349394420000013
相对于系统零序电压
Figure FDA0002349394420000014
的相位差，以及相对于
Figure FDA0002349394420000015
的幅值偏移度，当幅值偏移度大于20％或
Figure FDA0002349394420000016
滞后
Figure FDA0002349394420000017
大于100°时，认为此时原故障未消除；当负荷电流较小，母线接地电流判据失效时，计算故障线路零序电流幅值，当其低于原故障点消除时的故障线路零序电流的90％，则判断原故障点故障未消除。
5.一种基于快速转移故障点熄弧装置的原故障点状态在线辨识系统，其特征在于，包括：故障信息判断单元，用于获取故障信息，并根据所述故障信息判断故障类型，故障相及故障线路；
熄弧装置投入单元，用于在所述故障类型为单相经电弧接地故障的情况下，投入快速转移故障点熄弧装置；
信号记录单元，用于记录投入所述熄弧装置前、后的母线接地点电流信号以及故障线路零序电流信号；
辨识单元，用于结合所述母线接地点电流与故障线路零序电流幅值相位偏移度是否超过所设门槛值辨识原故障点是否消除；
决策单元，用于结合所述辨识出的原故障点状态，在原故障点消除时复位快速转移故障点熄弧装置，在原故障点未消除时发出告警信号。
6.根据权利要求5所述的系统，所述的信号记录单元用于记录母线接地点电流信号，其中，当原故障点成功熄弧时，流经母线接地点的电流
Figure FDA0002349394420000021
为所有线路非故障相电容电流之和；当原故障点未成功熄弧时，根据系统中两个同相接地点间大地支路的分流作用，流经母线接地点的电流
Figure FDA0002349394420000022
包括电容电流分量与负荷电流分量。
7.根据权利要求5所述的系统，所述的信号记录单元用于记录故障线路零序电流，其中，当原故障点成功熄弧时，接地点与线路对地电容构成零序通路，故障线路零序电流以电容电流为主；当原故障点未成功熄弧时，系统出现同相两点接地，两接地点与线路对地电容构成零序通路，故障线路零序电流为电容电流在两接地点间的分流。
8.根据权利要求5所述的系统，所述的辨识单元用于辨识故障相母线接地期间原故障点是否消除，其中，计算
Figure FDA0002349394420000023
相对于系统零序电压
Figure FDA0002349394420000024
的相位差，以及相对于
Figure FDA0002349394420000025
的幅值偏移度，当幅值偏移度大于20％或
Figure FDA0002349394420000026
滞后
Figure FDA0002349394420000027
大于100°时，认为此时原故障未消除；当负荷电流较小，母线接地电流判据失效时，计算故障线路零序电流幅值，当其低于原故障点消除时的故障线路零序电流的90％，则判断原故障点故障未消除。
9.根据权利要求5所述的系统，其中，所述的快速转移故障点熄弧装置，包括分相电子开关KA、KB、KC，熔断器FU、控制单元、电压互感器PT、电流互感器CT；所述的分相电子开关KA、KB、KC一端各通过一个熔断器FU与母线相连，另一端接地；电压互感器PT、电流互感器CT与母线相连，电压互感器接地，所述的控制单元分别与分相电子开关KA、KB、KC、电压互感器PT、电流互感器CT相连，控制单元用于采集PT、CT信息并计算有效接地时刻，还用于将合闸信号发送给分相电子开关。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112433175A (zh) * 2020-11-10 2021-03-02 西安工程大学 一种利用零序电流倍增特征的不接地系统故障选线方法
CN114778997A (zh) * 2022-03-01 2022-07-22 贵州电网有限责任公司 一种中性点经消弧线圈接地系统中利用故障电流对时间导数判断故障点熄弧时刻的方法

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