CN112269145A - 一种配电网零电位故障清除方法及系统 - Google Patents

一种配电网零电位故障清除方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种配电网零电位故障清除方法及系统，其方法包括：设定零电位故障清除装置的两类控制策略；在配电网出现永久性单相接地故障的状态下，基于配电网中性点的接地方式触发所述零电位故障清除装置从所述两类控制策略中选择对应一类控制策略进行响应，向所述配电网中性点施加额外电压信号；采集故障相的相电压信号，判断所述相电压信号是否小于目标信号；在判断所述相电压信号小于目标信号之后，结合所述故障相的消弧状态对所述故障相进行线路清障调整。在本发明实施例中，通过利用零电位故障清除装置可实现对故障相电压的合理调控，为不停电清障工作提供安全的环境，同时提高配电网的运行可靠性。

Description

一种配电网零电位故障清除方法及系统
技术领域
本发明涉及电力技术领域，具体而言，涉及一种配电网零电位故障清除方法及系统。
背景技术
随着我国电网的建设发展以及对供电可靠性的要求日益提升，在配电网发生故障时若能实现不停电清障，可以大大减少配网跳闸率，而不停电清障的前提是保证社会人员及电网运维人员的人身安全。目前针对配电网不停电清障的研究和装备研制主要从两个方面开展：一方面基于无人机搭载火枪或激光等先进装备，通过远距离操作避免人工涉电作业，实现不停电清障，但这种方式难以避免对配电线路绝缘介质的损伤；另一方面则是通过对配电网中性点接地方式的改进，以将故障相电压降低至零。在此基础上，如何合理调控故障相电压以实现配电系统过电压抑制与接地故障清除处理，是本发明所要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种配电网零电位故障清除方法及系统，通过利用零电位故障清除装置可实现对故障相电压的合理调控，为不停电清障工作提供安全的环境，同时提高配电网的运行可靠性。
为了解决上述问题，本发明提出了一种配电网零电位故障清除方法，所述方法包括：
设定零电位故障清除装置的两类控制策略；
在配电网出现永久性单相接地故障的状态下，基于配电网中性点的接地方式触发所述零电位故障清除装置从所述两类控制策略中选择对应一类控制策略进行响应，向所述配电网中性点施加额外电压信号；
采集故障相的相电压信号，判断所述相电压信号是否小于目标信号；
在判断所述相电压信号小于目标信号之后，结合所述故障相的消弧状态对所述故障相进行线路清障调整。
可选的，在设定零电位故障清除装置的两类控制策略之后，还包括：
采集变电站母线出口处的三相电压信号，并基于所述三相电压信号判断配电网是否出现单相接地故障；
在判断配电网出现单相接地故障之后，确定配电网中的故障相，并判断所述故障相的故障维持时间是否超过整定时间；
若是，则识别到配电网出现永久性单相接地故障；
若否，则识别到配电网出现瞬时性单相接地故障。
可选的，在基于所述三相电压信号判断配电网是否出现单相接地故障之后，还包括：
若配电网未出现单相接地故障，则结合所述三相电压信号生成断线接地故障预警信号。
可选的，所述两类控制策略包括基于配电网中性点经消弧线圈接地进行电压调整的第一类控制策略以及基于配电网中性点经电阻接地进行电压调整的第二类控制策略。
可选的，所述基于配电网中性点的接地方式触发所述零电位故障清除装置从所述两类控制策略中选择对应一类控制策略进行响应，向所述配电网中性点施加额外电压信号包括：
基于配电网中性点经消弧线圈接地，触发所述零电位故障清除装置响应所述第一类控制策略，在识别到所述消弧线圈容量低于阈值的同时向所述配电网中性点施加第一电压信号；
或者基于配电网中性点经小电阻接地，触发所述零电位故障清除装置响应所述第二类控制策略，向所述配电网中性点施加第二电压信号。
可选的，在判断所述相电压信号是否小于目标信号之后，还包括：
若所述相电压信号大于等于目标信号，则返回向所述配电网中性点施加额外电压信号。
另外，本发明实施例还提供了一种配电网零电位故障清除系统，所述系统包括：
设定模块，用于设定零电位故障清除装置的两类控制策略；
运作模块，用于在配电网出现永久性单相接地故障状态下，基于配电网中性点的接地方式触发所述零电位故障清除装置从所述两类控制策略中选择对应一类控制策略进行响应，向所述配电网中性点施加额外电压信号；
判断模块，用于采集故障相的相电压信号，判断所述相电压信号是否小于目标信号；
调整模块，用于在判断所述相电压信号小于目标信号之后，结合所述故障相的消弧状态对所述故障相进行线路清障调整。
可选的，所述系统还包括识别模块，所述识别模块用于采集变电站母线出口处的三相电压信号，并基于所述三相电压信号判断配电网是否出现单相接地故障；且在判断配电网出现单相接地故障之后，确定配电网中的故障相，并判断所述故障相的故障维持时间是否超过整定时间；若是，则识别到配电网出现永久性单相接地故障；若否，则识别到配电网出现瞬时性单相接地故障。
可选的，所述两类控制策略包括基于配电网中性点经消弧线圈接地进行电压调整的第一类控制策略以及基于配电网中性点经电阻接地进行电压调整的第二类控制策略。
可选的，所述运作模块用于基于配电网中性点经消弧线圈接地，触发所述零电位故障清除装置响应所述第一类控制策略，在识别到所述消弧线圈容量低于阈值的同时向所述配电网中性点施加第一电压信号；或者基于配电网中性点经小电阻接地，触发所述零电位故障清除装置响应所述第二类控制策略，向所述配电网中性点施加第二电压信号。
在本发明实施例中，通过结合配电网中性点接地方式的实际情况，提出利用具备电压可调性的零电位故障清除装置作为配电网的外加零序电压源，以实现主动调控故障点电压，以此将复杂的消弧问题转化为相对简单的故障点电压控制问题，为不停电清障工作提供安全的环境，同时提高配电网的运行可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。
图1是本发明实施例公开的配电网零电位故障清除方法的流程示意图；
图2是本发明实施例公开的配电网零电位故障清除电路原理示意图；
图3是本发明实施例公开的配电网零电位故障清除系统的组成示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1示出了本发明实施例中的一种配电网零电位故障清除方法的流程示意图，所述方法包括如下步骤：
S101、设定零电位故障清除装置的两类控制策略；
在本发明实施例中，所述零电位故障清除装置的两类控制策略包括基于配电网中性点经消弧线圈接地进行电压调整的第一类控制策略以及基于配电网中性点经电阻接地进行电压调整的第二类控制策略；其中所述第一类控制策略中应满足消弧线圈容量与所述零电位故障清除装置最大调节能力之和按照系统电容电流过补偿10％配置，而所述第二类控制策略中应满足所述零电位故障清除装置最大调节能力按照系统电容电流过补偿10％配置，即说明所述零电位故障清除装置在不同控制策略中所发挥的能力不同，结合图2所示出的配电网零电位故障清除电路原理示意图可知，此处可通过调节所述零电位故障清除装置中的可调变压器的实际变压比来控制不同电压的输出。
S102、采集变电站母线出口处的三相电压信号，并基于所述三相电压信号判断配电网是否出现单相接地故障；
在本发明实施例中，基于电压互感器在变电站母线出口处所采集到的三相电压信号，判断所述三相电压信号中是否存在某一相电压信号降低为零同时另外两相电压信号升高至其对应的线电压信号，相应的判断结果为：若是，则说明配电网出现单相接地故障，跳转至步骤S103执行；若否，则说明配电网未出现单相接地故障，此时通过读取所述电压互感器所采集到的原始三相电压信号，结合所述三相电压信号进行比较，在识别到所述三相电压信号中的某一相电压有所升高同时另外两相电压有所降低时，生成断线接地故障预警信号，以辅助电力技术人员及时进行故障段线路隔离。
S103、确定配电网中的故障相，并判断所述故障相的故障维持时间是否超过整定时间；
在本发明实施例中，基于步骤S102的判断过程可确定配电网中的故障相，由于所述电压互感器可实时采集三相电压信号且进行数据保存，此处通过记录所述故障相出现接地故障的初始时刻，且根据技术人员预先设定的整定时间可获取所述故障相出现接地故障后可自动恢复的最终时刻，并通过判断该最终时刻下的所述故障相的当前电压信号是否仍为零来进一步判断所述故障相的故障维持时间是否超过整定时间，其判断结果包括：若是，则识别到配电网出现永久性单相接地故障，跳转至步骤S104执行；若否，则识别到配电网出现瞬时性单相接地故障，利用外部控制器来触发图2中的单刀三掷开关继电器K1完成引脚1与引脚2的闭合状态，使得引脚3处所连接的消弧线圈以及引脚4处所连接的电阻均保持退出补偿状态。
S104、在配电网出现永久性单相接地故障的状态下，基于配电网中性点的接地方式触发所述零电位故障清除装置从所述两类控制策略中选择对应一类控制策略进行响应，向所述配电网中性点施加额外电压信号；
本发明实施例包括如下两种情况：
(1)基于配电网中性点经消弧线圈接地，触发所述零电位故障清除装置响应所述第一类控制策略，在识别到所述消弧线圈容量低于阈值的同时向所述配电网中性点施加第一电压信号，具体表现为：首先利用所述外部控制器来触发图2中的所述单刀三掷开关继电器K1完成引脚1与引脚3的闭合状态，使得引脚3处所连接的所述消弧线圈进入补偿状态，同时根据所述消弧线圈的最大容量值规定所述零电位故障清除装置的最大调节电压，即所述第一电压信号；接着通过所述外部控制器实时监控所述消弧线圈的当前容量值，并在判断所述当前容量值低于阈值的情况下控制所述零电位故障清除装置中的可调变压器的变压比由零升高至所述第一电压信号所对应的变压比，此时所述零电位故障清除装置可向所述配电网中性点施加所述第一电压信号，以主动调控该中性点位移电压；
(2)基于配电网中性点经小电阻接地，触发所述零电位故障清除装置响应所述第二类控制策略，向所述配电网中性点施加第二电压信号，具体表现为：首先利用所述外部控制器来触发图2中的所述单刀三掷开关继电器K1完成引脚1与引脚2的闭合状态，保持配电网中性点不接地；接着通过所述外部控制器调节所述零电位故障清除装置中的可调变压器的变压比由零升高至所述第二电压信号所对应的变压比，此时所述零电位故障清除装置可向所述配电网中性点施加所述第二电压信号，以主动调控该中性点位移电压。
S105、采集所述故障相的相电压信号，判断所述相电压信号是否小于目标信号；
在本发明实施例中，技术人员根据接地故障过电压以及故障点跨步电压的调控标准制定一个目标信号，通过电压互感器对所述故障相的相电压信号进行实时采集，并判断所述相电压信号是否小于所述目标信号，其判断结果为：若所述相电压信号大于等于所述目标信号，说明此时所述故障相达不到消弧的标准，则返回执行步骤S104执行；若所述相电压信号小于所述目标信号，则继续执行步骤S106。
S106、结合所述故障相的消弧状态对所述故障相进行线路清障调整。
本发明实施例包括如下两种情况：
(1)当所述零电位故障清除装置响应所述第一类控制策略时，在通过故障电弧探测器识别到所述故障相处于成功消弧并抑制熄弧复燃的状态下，继续通过所述外部控制器控制所述零电位故障清除装置工作直至所述故障相的相电压为零，以实现不停电清除故障；相反的，在通过故障电弧探测器识别到所述故障相处于未消弧状态或者出现熄弧复燃的状态下，等待继电保护动作直接切除故障线路；
(2)当所述零电位故障清除装置响应所述第二类控制策略时，在通过故障电弧探测器识别到所述故障相处于成功消弧并抑制熄弧复燃的状态下，继续通过所述外部控制器控制所述零电位故障清除装置工作直至所述故障相的相电压为零，以实现不停电清除故障；相反的，在通过故障电弧探测器识别到所述故障相处于未消弧状态或者出现熄弧复燃的状态下，且所述零电位故障清除装置达到工作容量上限，此时利用所述外部控制器来触发图2中的所述单刀三掷开关继电器K1完成引脚1与引脚4的闭合状态，使得引脚4所连接的电阻器进入补偿状态，以增大故障电流来触发继电保护动作，从而切除故障线路。
请参阅图3，图3示出了本发明实施例中的一种配电网零电位故障清除系统的组成示意图，所述系统包括如下：
设定模块201，用于设定零电位故障清除装置的两类控制策略；
其中，所述两类控制策略包括基于配电网中性点经消弧线圈接地进行电压调整的第一类控制策略以及基于配电网中性点经电阻接地进行电压调整的第二类控制策略。
识别模块202，用于采集变电站母线出口处的三相电压信号，并基于所述三相电压信号判断配电网是否出现单相接地故障；且在判断配电网出现单相接地故障之后，确定配电网中的故障相，并判断所述故障相的故障维持时间是否超过整定时间；若是，则识别到配电网出现永久性单相接地故障；若否，则识别到配电网出现瞬时性单相接地故障。
运作模块203，用于在配电网出现永久性单相接地故障的状态下，基于配电网中性点的接地方式触发所述零电位故障清除装置从所述两类控制策略中选择对应一类控制策略进行响应，向所述配电网中性点施加额外电压信号；
具体的，所述运作模块203用于基于配电网中性点经消弧线圈接地，触发所述零电位故障清除装置响应所述第一类控制策略，在识别到所述消弧线圈容量低于阈值的同时向所述配电网中性点施加第一电压信号；以及基于配电网中性点经小电阻接地，触发所述零电位故障清除装置响应所述第二类控制策略，向所述配电网中性点施加第二电压信号。
判断模块204，用于采集故障相的相电压信号，判断所述相电压信号是否小于目标信号；
调整模块205，用于在判断所述相电压信号小于目标信号之后，结合所述故障相的消弧状态对所述故障相进行线路清障调整。
其中，所述系统被配置用于执行上述的配电网零电位故障清除方法，针对所述系统中的各个模块的具体实施方式请参考图1所示出的方法流程图及具体实施内容，在此不再赘述。
在本发明实施例中，通过结合配电网中性点接地方式的实际情况，提出利用具备电压可调性的零电位故障清除装置作为配电网的外加零序电压源，以实现主动调控故障点电压，以此将复杂的消弧问题转化为相对简单的故障点电压控制问题，为不停电清障工作提供安全的环境，同时提高配电网的运行可靠性。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例所提供的一种配电网零电位故障清除方法及系统进行了详细介绍，本文中采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种配电网零电位故障清除方法，其特征在于，所述方法包括：
设定零电位故障清除装置的两类控制策略；
在配电网出现永久性单相接地故障的状态下，基于配电网中性点的接地方式触发所述零电位故障清除装置从所述两类控制策略中选择对应一类控制策略进行响应，向所述配电网中性点施加额外电压信号；
采集故障相的相电压信号，判断所述相电压信号是否小于目标信号；
在判断所述相电压信号小于目标信号之后，结合所述故障相的消弧状态对所述故障相进行线路清障调整。
2.根据权利要求1所述的配电网零电位故障清除方法，其特征在于，在设定零电位故障清除装置的两类控制策略之后，还包括：
采集变电站母线出口处的三相电压信号，并基于所述三相电压信号判断配电网是否出现单相接地故障；
在判断配电网出现单相接地故障之后，确定配电网中的故障相，并判断所述故障相的故障维持时间是否超过整定时间；
若是，则识别到配电网出现永久性单相接地故障；
若否，则识别到配电网出现瞬时性单相接地故障。
3.根据权利要求2所述的配电网零电位故障清除方法，其特征在于，在基于所述三相电压信号判断配电网是否出现单相接地故障之后，还包括：
若配电网未出现单相接地故障，则结合所述三相电压信号生成断线接地故障预警信号。
4.根据权利要求1所述的配电网零电位故障清除方法，其特征在于，所述两类控制策略包括基于配电网中性点经消弧线圈接地进行电压调整的第一类控制策略以及基于配电网中性点经小电阻接地进行电压调整的第二类控制策略。
5.根据权利要求4所述的配电网零电位故障清除方法，其特征在于，所述基于配电网中性点的接地方式触发所述零电位故障清除装置从所述两类控制策略中选择对应一类控制策略进行响应，向所述配电网中性点施加额外电压信号包括：
基于配电网中性点经消弧线圈接地，触发所述零电位故障清除装置响应所述第一类控制策略，在识别到所述消弧线圈容量低于阈值的同时向所述配电网中性点施加第一电压信号；
或者基于配电网中性点经小电阻接地，触发所述零电位故障清除装置响应所述第二类控制策略，向所述配电网中性点施加第二电压信号。
6.根据权利要求1所述的配电网零电位故障消除方法，其特征在于，在判断所述相电压信号是否小于目标信号之后，还包括：
若所述相电压信号大于等于目标信号，则返回向所述配电网中性点施加额外电压信号。
7.一种配电网零电位故障清除系统，其特征在于，所述系统包括：
设定模块，用于设定零电位故障清除装置的两类控制策略；
运作模块，用于在配电网出现永久性单相接地故障状态下，基于配电网中性点的接地方式触发所述零电位故障清除装置从所述两类控制策略中选择对应一类控制策略进行响应，向所述配电网中性点施加额外电压信号；
判断模块，用于采集故障相的相电压信号，判断所述相电压信号是否小于目标信号；
调整模块，用于在判断所述相电压信号小于目标信号之后，结合所述故障相的消弧状态对所述故障相进行线路清障调整。
8.根据权利要求7所述的配电网零电位故障清除系统，其特征在于，所述系统还包括识别模块，所述识别模块用于采集变电站母线出口处的三相电压信号，并基于所述三相电压信号判断配电网是否出现单相接地故障；且在判断配电网出现单相接地故障之后，确定配电网中的故障相，并判断所述故障相的故障维持时间是否超过整定时间；若是，则识别到配电网出现永久性单相接地故障；若否，则识别到配电网出现瞬时性单相接地故障。
9.根据权利要求7所述的配电网零电位故障清除系统，其特征在于，所述两类控制策略包括基于配电网中性点经消弧线圈接地进行电压调整的第一类控制策略以及基于配电网中性点经电阻接地进行电压调整的第二类控制策略。
10.根据权利要求9所述的配电网零电位故障清除系统，其特征在于，所述运作模块用于基于配电网中性点经消弧线圈接地，触发所述零电位故障清除装置响应所述第一类控制策略，在识别到所述消弧线圈容量低于阈值的同时向所述配电网中性点施加第一电压信号；或者基于配电网中性点经小电阻接地，触发所述零电位故障清除装置响应所述第二类控制策略，向所述配电网中性点施加第二电压信号。
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