CN112051486B - 一种利用首端故障时刻计算系统电容电流的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用首端故障时刻计算系统电容电流的方法，属于电力系统继电保护领域。采集线路首端故障时刻的零序电压和零序电流，计算出各线路的对地电容以及电容电流，根据一次母线接地故障或两次不同线路的接地故障，计算出整个系统的电容电流，对系统持续监测和计算系统的电容电流。本发明的准确率高，更安全，并且可在线一直测量，对电网系统无任何影响；可直接应用于变电站现有的小电流接地故障选线装置或线路保护装置中，不需要额外的信号注入设备，不增加电网设备投资；可适用于中性点不接地，中性点经消弧线圈接地系统，在系统中性点接地方式改变后，系统电容电流计算不受影响。

Description

一种利用首端故障时刻计算系统电容电流的方法
技术领域
一种利用首端故障时刻计算系统电容电流的方法，属于电力系统继电保护领域。
背景技术
小电流接地系统发生单相接地故障时，故障电流大小与系统的电容电流和故障点过渡电阻有关。因此接地故障的检测与保护需要计算出系统的电容电流作为参数整定计算的依据。此外，为了补偿单相接地故障时故障电流，使单相接地电弧自行熄灭，抑制接地故障导致的过电压，一般在系统中性点安装消弧线圈。而消弧线圈的容量选取也需要以系统的电容电流作为依据。对于随调式消弧线圈，也需要根据系统电容电流的变化随时调整补偿档位。因此准确测量计算小电流接地系统的电容电流至关重要。
现有的小电流接地系统电容电流测量计算的方法有以下几种：一、通过线路类型和线路长度以及对地电容经验值估算，该方法不需要其它设备，仅通过理论计算获得系统电容电流，方法简单，但是受到线路长度无法准确测量，对地电容经验值与实际系统差异较大的影响，准确率很低；二、通过在系统中人工施加金属性接地试验，直接测量系统电容电流，该方法测量准确，但人工接地试验操作及接线复杂，对在运行的电网存在冲击，可能导致非故障相绝缘薄弱处击穿导致短路故障，因此不适合已投运的系统测量电容电流；三、由电压互感器二次侧注入特殊信号，通过采集相应频率电流、电压信号实现电容电流测量计算，此类方法不受系统不平衡的影响，对系统影响也较小，可在线测量，但是需要额外的信号注入设备；四、通过改变中性电阻的大小，改变电气参数的方式计算电容，此类方法的优点是简单、经济，但是一般要求被测量系统有一定的不对称度，受电气参数变化量误差的影响，计算误差也比较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种能够在线准确测量系统电容电流的方法，为电网运行管理人员提供接地故障分析和接地故障保护整定计算的依据的利用首端故障时刻计算系统电容电流的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该利用首端故障时刻计算系统电容电流的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1001，检测到系统发生单相接地故障时，记录故障时刻的母线零序电压u m 以及各线路零序电流i h ；
步骤1002，通过故障时刻母线零序电压u m 以及各线路零序电流i h 计算本线路对地电容和电容电流；
步骤1003，判断故障点位置，如果故障点位于母线，则执行步骤1007；如果故障点位于线路，则暂存本次故障计算的各线路对地电容和电容电流，并执行步骤1004；
步骤1004，再次检测到系统发生单相接地故障时，记录故障时刻的母线零序电压u m 以及各线路零序电流i h ；
步骤1005，再次通过故障时刻母线零序电压u m 以及各线路零序电流i h 计算本线路对地电容和电容电流；
步骤1006，再次判断故障点位置，如果故障点仍位于母线，则执行步骤1007；
如果故障点位于线路，则判断本次故障线路是否与上一次故障线路相同，若是则暂存本次故障计算结果，并执行步骤1008，若否则执行步骤1007；
步骤1007，计算系统电容电流并发布；
步骤1008，重复步骤1004~1007，持续监测和计算系统的电容电流。
优选的，步骤1001和步骤1004中，利用小电流接地故障选线装置或者线路保护装置采集故障时刻的母线零序电压u m 以及各线路零序电流i h 。
优选的，步骤1002中所述的对地电容的计算方法如下：
Figure SMS_1
，
其中，C为本线路对地电容，
Figure SMS_2
为母线零序电压采样值，/>
Figure SMS_3
为正常线路零序电流采样值，/>
Figure SMS_4
为采样时间间隔，/>
Figure SMS_5
为采样点序号。
优选的，步骤1002中本线路电容电流的计算方法如下：
Figure SMS_6
，
其中，
Figure SMS_7
为本线路对地电容电流，/>
Figure SMS_8
为系统额定电压，/>
Figure SMS_9
为系统容抗，/>
Figure SMS_10
为系统角频率，C为本线路对地电容。
优选的，步骤1003中系统的电容电流即为本次故障各线路的电容电流的和。
优选的，步骤1004中如果故障点仍位于母线，则系统的电容电流即为本次故障点各线路的电容电流的和。
优选的，步骤1006中如果故障点位于线路，则综合最近两次不同故障线路所计算的各线路电容电流计算系统电容电流。
优选的，步骤1006中如果故障点位于线路，则系统电容电流的计算方法如下：
Figure SMS_11
，
其中，
Figure SMS_12
为系统电容电流，/>
Figure SMS_13
为本次非故障线路电容电流值和，/>
Figure SMS_14
为本次故障线路在上一次故障时计算的电容电流。
在系统发生单相接地故障（包括瞬时性单相接地故障）时，利用小电流接地故障选线装置或者线路保护装置采集线路首端故障时刻的零序电压和零序电流，计算出各线路的对地电容以及电容电流。由于变电站内母线一般较短，母线上的电容电流可以忽略，因此系统的电容电流近似等于各出线首端测量到的线路电容电流之和。根据一次母线接地故障或两次不同线路的接地故障，即可计算出整个系统的电容电流。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：
本利用首端故障时刻计算系统电容电流的方法通过精确测量故障时刻线路首端的零序电压和零序电流来计算系统电容电流，相比于通过线路长度和不同线路类型电容电流经验值估算的方法准确率高；仅利用电网本身产生的接地故障零序电压和零序电流计算系统电容电流，相比于通过人工接地试验测量系统电容电流的方法更安全，并且可在线一直测量，对电网系统无任何影响；可直接应用于变电站现有的小电流接地故障选线装置或线路保护装置中，与注入特殊信号测量电容电流的方法相比，不需要额外的信号注入设备，不增加电网设备投资；采用故障时刻零序电压和零序电流，包含暂态过程，信号幅值一般远高于稳态信号，可适用于中性点不接地，中性点经消弧线圈接地系统，在系统中性点接地方式改变后，系统电容电流计算不受影响。
附图说明
图1为利用首端故障时刻计算系统电容电流的方法的流程图。
图2为变电站小电流接地故障选线装置的设备位置图。
图中：1、选线装置 2、母线 3、线路保护装置 4、线路。
具体实施方式
图1~2是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~2对本发明做进一步说明。
如图1~2所示：在本实施例中，通过在变电站小电流接地故障选线装置中采用该方法进行测量。选线装置1检测该段母线2，该段母线2同时连接六条线路4，且每条线路4与母线2之间均设置有线路保护装置3。该段母线2任意线路或母线2位置发生单相接地故障时，选线装置1采集线路首端故障时刻的零序电压和零序电流，计算出各线路4的对地电容以及电容电流。根据一次母线2接地故障或两次不同线路2的接地故障，计算出整个系统的电容电流。
一种利用首端故障时刻计算系统电容电流的方法，包括如下步骤：
步骤1001，检测到系统发生单相接地故障时，记录故障时刻的母线零序电压u m 以及各线路零序电流i h 。
利用小电流接地故障选线装置或者线路保护装置采集故障时刻的母线零序电压u m 以及各线路零序电流i h 。在本实施例中，利用选线装置1采集故障时刻的母线零序电压u m 以及各线路零序电流i h 。
步骤1002，通过故障时刻母线零序电压u m 以及各线路零序电流i h 计算本线路对地电容和电容电流。
对地电容的计算方法如下：
Figure SMS_15
，
其中，C为本线路对地电容，
Figure SMS_16
为母线零序电压采样值，/>
Figure SMS_17
为正常线路零序电流采样值，/>
Figure SMS_18
为采样时间间隔，/>
Figure SMS_19
为采样点序号。
本线路电容电流的计算方法如下：
Figure SMS_20
，
其中，
Figure SMS_21
为本线路对地电容电流，/>
Figure SMS_22
为系统额定电压，/>
Figure SMS_23
为系统容抗，/>
Figure SMS_24
为系统角频率，C为本线路对地电容。
步骤1003，判断故障点位置，如果故障点位于母线2，则执行步骤1007；如果故障点位于线路4，则暂存本次故障计算的各线路对地电容和电容电流，并执行步骤1004。
如果故障点位于母线2，则系统的电容电流即为本次故障各线路的电容电流的和，即将本次故障各线路的电容电流相加作为整个系统的电容电流。
步骤1004，再次检测到系统发生单相接地故障时，记录故障时刻的母线零序电压u m 以及各线路零序电流i h 。
如果故障点仍位于母线2，则系统的电容电流即为本次故障点各线路的电容电流的和，即将本次故障各线路的电容电流相加作为整个系统的电容电流。
步骤1005，再次通过故障时刻母线零序电压u m 以及各线路零序电流i h 计算本线路对地电容和电容电流。
步骤1006，再次判断故障点位置，如果故障点仍位于母线2，则执行步骤1007；
如果故障点位于线路4，则判断本次故障线路是否与上一次故障线路相同，若是则暂存本次故障计算结果，并执行步骤1008，若否则执行步骤1007。
如果本次故障线路与上次故障线路不同，则综合最近两次不同故障线路所计算的各线路电容电流计算系统电容电流，则系统电容电流的计算方法如下：
Figure SMS_25
，
其中，
Figure SMS_26
为系统电容电流，/>
Figure SMS_27
为本次非故障线路电容电流值和，/>
Figure SMS_28
为本次故障线路在上一次故障时计算的电容电流。
步骤1007，计算系统电容电流并发布。
步骤1008，重复步骤1004~1007，持续监测和计算系统的电容电流。
综合最近两次不同故障线路的故障所计算的各线路电容电流，计算整个系统的电容电流记录和发布。持续检测后续的接地故障并在线计算最新的系统电容电流。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种利用首端故障时刻计算系统电容电流的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1001，检测到系统发生单相接地故障时，记录故障时刻的母线零序电压u m 以及各线路零序电流i h ；
步骤1002，通过故障时刻母线零序电压u m 以及各线路零序电流i h 计算本线路对地电容和电容电流；
步骤1003，判断故障点位置，如果故障点位于母线，如果故障点位于母线，则系统的电容电流即为本次故障各线路的电容电流的和，则执行步骤1007；如果故障点位于线路，则暂存本次故障计算的各线路对地电容和电容电流，并执行步骤1004；
步骤1004，再次检测到系统发生单相接地故障时，记录故障时刻的母线零序电压u m 以及各线路零序电流i h ；
步骤1005，再次通过故障时刻母线零序电压u m 以及各线路零序电流i h 计算本线路对地电容和电容电流；
步骤1006，再次判断故障点位置，如果故障点仍位于母线，则执行步骤1007；
如果故障点位于线路，则判断本次故障线路是否与上一次故障线路相同，若是则暂存本次故障计算结果，并执行步骤1008，若否则执行步骤1007；
步骤1007，计算系统电容电流并发布；
如果本次故障线路与上次故障线路不同，则综合最近两次不同故障线路所计算的各线路电容电流计算系统电容电流，则系统电容电流的计算方法如下：
Figure QLYQS_1
，
其中，
Figure QLYQS_2
为系统电容电流，/>
Figure QLYQS_3
为本次非故障线路电容电流值和，/>
Figure QLYQS_4
为本次故障线路在上一次故障时计算的电容电流；
步骤1008，重复步骤1004~1007，持续监测和计算系统的电容电流。
2.根据权利要求1所述的利用首端故障时刻计算系统电容电流的方法，其特征在于：步骤1001和步骤1004中，利用小电流接地故障选线装置或者线路保护装置采集故障时刻的母线零序电压u m 以及各线路零序电流i h 。
3.根据权利要求1所述的利用首端故障时刻计算系统电容电流的方法，其特征在于：步骤1002中所述的对地电容的计算方法如下：
Figure QLYQS_5
，
其中，C为本线路对地电容，
Figure QLYQS_6
为母线零序电压采样值，/>
Figure QLYQS_7
为正常线路零序电流采样值，
Figure QLYQS_8
为采样时间间隔，/>
Figure QLYQS_9
为采样点序号。
4.根据权利要求3所述的利用首端故障时刻计算系统电容电流的方法，其特征在于：步骤1002中本线路电容电流的计算方法如下：
Figure QLYQS_10
，
其中，
Figure QLYQS_11
为本线路对地电容电流，/>
Figure QLYQS_12
为系统额定电压，/>
Figure QLYQS_13
为系统容抗，/>
Figure QLYQS_14
为系统角频率，C为本线路对地电容。
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