CN111856207A - 一种配电网谐振接地接地故障处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于接地故障处理方法，具体涉及一种配电网谐振接地故障处理方法，包括如下步骤：在中性点与地之间加入一注入电流设备；实时监测配电网阻尼率，判断阻尼率的绝对值是否大于整定值，若是，则判断发生了配电网接地故障，进行下面的步骤，否则，循环本步骤S2；通过注入电流设备向配电网注入一工频电流
其中
为故障相电压，该方法可有效辨识接地故障，快速、精准进行故障消弧，有效解决弧光过电压难题。
Description
技术领域
本发明属于接地故障处理方法，具体涉及一种配电网谐振接地故障处理方 法。
背景技术
作为电力系统的终端，配电网具有结构复杂、接地故障频发的特点，其中 有约70％为间歇性弧光接地故障。为了限制接地故障电流的大小，我国中低压配 电网普遍加装了消弧线圈，采用谐振接地方式。但随着电网规模的不断扩大， 架空线路多替换为电缆，増大了配电网对地电容电流，谐振接地方式仅能对瞬 时性接地故障消弧，对间歇性弧光接地故障无能为力，无法有效消灭电弧，反 而易产生最大可达额定电压的8倍的弧光过电压，导致高压电器设备烧毁，对 配电网供电可靠性造成严重威胁。
现有的接地故障处理方法主要分为两类。一类是快速切除故障，但切除故 障会使得故障跳闸率上升，降低影响供电可靠性。同时，中性点谐振接地系统 单相接地故障残流较小，故障选线也较为困难。发生接地故障时，一般依靠逐 条出线“试探性”拉闸停电来判断故障线路，严重影响供电的可靠性。随着国 内外提出了中性点负电阻等概念，另一类主要是从中性点注入有功电流补偿系 统对地泄漏电流，但这类方法普遍采用零序电压的大小作为故障辨识的整定值， 而短时间单相高压负载可能导致三相不平衡情况，也会在中性点产生零序电压， 造成误判，且在配电网谐振接地系统中，电感与系统的对地电容发生串联谐振， 造成零序电压升高，使得中性点位移大于整定值，也会导致保护误动作，不能 有效辨识接地故障发生。此外，大多数方法注入电流控制方式复杂、繁琐，因 此，故障处理效果都有限。
公开号为CN103545796A的发明专利文献公开了一种中性点非有效接地配电 网单相接地故障处理装置，包括连接在大地和配电网的三相母线之间的分相熄 弧装置，以及输入端与配电网的单相接地选相装置连接的控制器；分相熄弧装 置包括能够分相操作的多相投切装置以及与其相串联的熔断器；控制器用于控 制多相投切装置中对应三相母线的三个单相开关的分合闸。该专利所述故障处 理方法，先通过控制器控制分相熄弧装置对故障进行预处理，预处理排除的则 为瞬时故障，仍然存在问题的，通过投入中性点的接地电阻，使得故障线路上 产生了能够检测到的特征明显的超过零序过流定值的零序电流，延时等待线路 自动对故障区段进行隔离后，再切断中性点的接地连接，使系统恢复正常，解 决了故障选线及区段定位的难题，会在中性点产生零序电压，造成误判，不能 有效辨识接地故障发生。
公告号为CN109672164B的发明专利公开了一种消弧线圈并联小电阻配电网 接地故障处理方法，针对频繁投切并联小电阻可能造成的过电流冲击、并联小 电阻热容量不足等问题，提出该故障处理方法以减少并联小电阻投入次数。其 采用的方案是：故障发生后首先利用消弧线圈消弧，其次综合利用故障自身电 气量实现接地选线、估算故障点过渡电阻，并依照相关算法对选线结果进行可 信度评估，仅在过渡电阻低于设定标准且选线结果不可信时，投入并联小电阻 进行二次保护。本发明所提方法可有效减少中性点并联小电阻的投切次数，节 约并联小电阻的热容量与建设运行维护成本，提高系统处理高阻接地故障的能 力。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题提供配电网谐振接地接地故 障处理方法，有效辨识接地故障，快速、精准进行故障消弧，有效解决弧光过 电压难题。
本发明的技术方案是：
一种配电网谐振接地接地故障处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.在中性点与地之间加入一注入电流设备；
S2.实时监测配电网阻尼率，判断阻尼率的绝对值是否大于整定值，若是， 则判断发生了配电网接地故障，进行下面的步骤，否则，循环本步骤S2；
S3.通过注入电流设备向配电网注入一工频电流
其中
为故障相电压，x为A或B或C，IC为接地故障发生后的电容电流，d为接地故 障发生后的阻尼率，V为接地故障发生后的阻尼率，注入工频电流即可破坏接地 故障电弧的重燃条件，实现接地故障安全处理。
具体的，所述步骤S1中注入的电流设备为能调控注入电流幅值和相位的设 备。
具体的，所述的电流设备为电源、电力电子设备中的一种。
具体的，所述步骤S2中，所述的整定值为10％。
配电网普遍加装消弧线圈可明显提高配电网供电的可靠性，比较有效地抑 制间歇性弧光接地过电压，但在使用中也发现消弧线圈存在下列问题：
(1)由于配电网运行方式的多样化及弧光接地点的随机性，消弧线圈要对 电容电流进行有效补偿存在一定难度，且消弧线圈仅仅补偿了工频电容电流， 而实际通过接地点的电流不仅有工频电容电流，而且包含大量的高频电流及阻 性电流，严重时仅高频电流及阻性电流就可以维持电弧的持续燃烧；以至于使 其不能真正的达到灭弧的效果。
(2)当配电网发生断线、非全相、同杆线路的电容耦合等非接地故障，使 配电网的不对称电压升高，可能导致消弧线圈的自动调节控制器误判配电网发 生接地而动作，这时将会在配电网中产生很高的中性点位移电压，造成系统中 一相或两相电压升高很多，以致损坏配电网中的其他设备。
(3)消弧线圈的设置是需要根据配电网具体的参数变化设置的，因此在随 着配电网的扩大，对消弧线圈参数的要求也在变化，消弧线圈就要随之进行不 断的更换，不利于配电网的远景规划和维护管理。
本发明的有益效果是：(1)设置判断接地故障发生的阻尼率绝对值整定值， 能有效区分配电网接地故障与三相不平衡两种异常状况，且不管配电网采用何 种补偿方式都可准确判断接地故障发生；(2)使用本发明提供的处理方法，注 入电流后能有效钳制故障相电压到零，步骤简单，采用较简单的控制方法即可 破坏电弧重燃条件，实现接地故障的快速安全处理，大大提高配电网的供电可 靠性。
附图说明
图1是本发明的原理流程示意图；
图2是PSIM软件模拟10kV配电网发生接地故障第一组仿真数据波 形图；
图3是PSIM软件模拟10kV配电网发生接地故障第二组仿真数据的 波形图；
图4是PSIM软件模拟10kV配电网发生接地故障第三组仿真数据的 波形图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案进行详细的描述。
如图1所示为本发明提供的方法的流程示意图。
本发明提供的一种配电网谐振接地接地故障处理方法具体实施过程包括如 下步骤：S1在中性点与地之间加入一注入电流设备，注入电流设备可为电源、 电力电子设备等能调控注入电流幅值和相位的设备；S2实时监测配电网阻尼率， 判断阻尼率的绝对值是否大于整定值10％，若是，则判断发生了配电网接地故 障，否则，继续监测配电网阻尼率；S3判断发生接地故障后，通过注入电流设 备向配电网注入一工频电流
即可破坏接地故障电弧的重燃 条件，实现接地故障安全处理，其中，
为故障相电压，x可为A或B或C， IC为接地故障发生后的电容电流，d为接地故障发生后的阻尼率，V为接地故障 发生后的脱谐度。
理论上，在配电网未发生接地故障时，消三相电压平衡时弧线圈没有补偿 作用，电感电流为零，根据定义V＝(IC-IL)/IC；d＝IR/IC,d不发生变化，但由于 配电网负荷的日益增加以及系统运行方式的变化都会使线路对地参数发生变 化，极易在中性点产生位移电压，导致没有发生故障时，中性点位移电压也导 致消弧线圈处产生电感电流，造成V≠1。值得说明的是，整定值10％的设定， 是基于长期进行的典型配电网模拟实验及多年电力生产实践经验得出，能有效 区分配电网接地故障与三相不平衡两种异常状况，考虑正常架空线路的阻尼率 约为3％～5％，线路受潮时可增加至9％左右，电缆线路约为2％～4％，线路绝缘老化时不高于10％，而发生接地故障后导纳下降，从而导致阻尼率明显上升 高于10％，综合现场运行经验与真型实验室的实验数据，最终将故障判别整定 值定为10％。此外，配电网谐振接地的消弧线圈通常有三种工作方式，分别为 全补偿、欠补偿和过补偿。这三种补偿方式情况下的阻尼率是不同的，根据定 义可知，全补偿时V＝0，欠补偿时V＞0，而过补偿时V＜0。在未发生接地故障 情况下，当配电网出现中性点的位移电压，采用全补偿方式可能将引起串联谐 振过电压，危及电网设备的绝缘，所以不采用。而在欠补偿运行情况下，若切 除部分线路(检修或停用)或系统频率下降时，将使网络对地电容电流减小， 可能造成全补偿，以致出现串联谐振过电压。所以，根据《电力工业技术管理 法规》规定，这种方式只有在消弧线圈容量不足，脱谐度不超过10％且系统阻 尼率不超过10％时，允许配电网暂时采用欠补偿方式运行。所以，谐振接地系 统一般采用过补偿方式。但为了满足多种运行方式的需求，本发明将判断接地 故障的发生条件设为实时监测阻尼率的绝对值，可保证在不同的补偿方式下， 也能准确判断接地故障是否发生。下面将以一些典型配电网实验数据说明，实 验数据如表1所示。在6kV配电网中，当发生接地故障后，不论采用欠补偿方 式还是过补偿方式，|d|均大于10％(满足|d|≥10％)；设定三相不平衡情况较为 严重，中性点位移电压为12.4％额定相电压，此时，不平衡电压主要由于三相对 地电容不平衡所引起，对地电阻的不对称影响可以忽略，则阻尼率仅为1.5～2.0％ (不满足|d|≥10％)。在10kV配电网中，若采用欠补偿方式，脱谐度为8.90％； 若采用过补偿方式，脱谐度为-9.76％；线路受潮或绝缘破损时阻尼率最大为10％， 正常运行时一般阻尼率为10％，正常运行时一般阻尼率为2.0％(不满足|d|≥ 10％)。在35KV配电网中，若采用欠补偿方式，阻尼率一般为1.5％(不满足|d| ≤10％)，若采用过补偿方式，阻尼率一般同样为1.5％(满足|d|≤10％)。综上可 知，设定|d|≥10％为判断接地故障发生判据，能有效判断不同补偿方式及不同电 压等级配电网是否发生接地故障，并准确避开由三相不平衡情况引起的参数变化，三相不平衡条件下阻尼率不变化。
表1
为了验证本发明的可行性与有效性，在PSIM软件模拟10kV配电网发生接 地故障，并按本发明提供的方法进行故障处理，得到的仿真数据如表2所示。 下面以第一组仿真为例进行详细说明。第一组仿真波形图如图2所示，从图中 可以看出，正常运行时没有故障电流，设置配电网的C相0.1s时发生了单相接 地故障，故障电阻为25Ω，故障瞬间的故障电流幅值超过了60A，若此时消弧 线圈未投入使用，测得故障电流峰值可达62.79A。设置消弧线圈采用过补偿方 式，由图2可以看出，消弧线圈在0.1s后开始起补偿作用，补偿后故障电流幅 值为4.62A，消弧线圈虽补偿了大部分故障电流，但消弧效果有限。此时， |V|＝9.10％阻尼率d＝11.6满足阻尼率的绝对值大于10％的条件，判断配电网发生 了接地故障，通过本发明所提供的方法进行操作，使用安装在中性点与地之间 的一电流源向配电网注入电流，根据故障相位C相(C相参考相位设为0)，发 生故障后的电容电流IC＝49.63A，阻尼率d＝11.6％，脱谐度V＝-9.10％，计算可得 
于0.2s向配电网注入电流
注入电流后将 故障相电流控制到0.03A，接地故障被有效处理。第二组与第三组仿真的波形图 如图3、图4所示，均设置为0.1s时刻发生接地故障，0.2s时刻注入电流。综上 可知，本发明能在消弧线圈的基础上进一步地抑制故障电流，破坏故障电弧重燃条件，实现了接地故障安全处理。
表2
另需说明的是，以上结合附图所述仅是举例说明，对本发明的技术方案进 行进一步解释，但是本领域普通技术人员应当理解，任何对这些实施方式进行 多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质的，仍属于本发明技术方案的 保护内容。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限 制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人 员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征 进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保 护的技术方案范围当中。
Claims (4)
1.一种配电网谐振接地接地故障处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.在中性点与地之间加入一注入电流设备；
S2.实时监测配电网阻尼率，判断阻尼率的绝对值是否大于整定值，若是，则判断发生了配电网接地故障，进行下面的步骤，否则，循环本步骤S2；
S3.通过注入电流设备向配电网注入一工频电流
其中
为故障相电压，x为A或B或C，IC为接地故障发生后的电容电流，d为接地故障发生后的阻尼率，V为接地故障发生后的阻尼率，注入工频电流即可破坏接地故障电弧的重燃条件，实现接地故障安全处理。
2.根据权利要求1所述配电网谐振接地接地故障处理方法，其特征在于，所述步骤S1中注入的电流设备为能调控注入电流幅值和相位的设备。
3.根据权利要求2所述配电网谐振接地接地故障处理方法，其特征在于，所述的电流设备为电源、电力电子设备中的一种。
4.根据权利要求1所述配电网谐振接地接地故障处理方法，其特征在于，所述步骤S2中所述的整定值为10％。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201030 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |