CN112881858A - 一种参数不对称配电网单相接地故障选相方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种参数不对称配电网单相接地故障选相方法，包括以下步骤；步骤S1：配电网正常运行时，测量因线路三相对地参数不对称引起的零序不平衡电压，并通过挂接在配电网母线上的柔性消弧装置向配电网注入电流，测量母线处零序电压，计算出配电网等效对地导纳；步骤S2：配电网发生单相接地故障时，通过柔性消弧装置先后两次向配电网注入幅值不同的电流，测量母线处零序电压，利用注入电流和母线零序电压量计算出故障回路等效电压源的电压幅值和相位；步骤S3：将该故障回路等效电压源的电压相位与三相电源电压负值的相位进行对比，相位相近的相即判断为故障相；本发明能够精确快速地选出故障相，准确地注入补偿电流，确保故障电弧能够可靠熄灭。

Description

一种参数不对称配电网单相接地故障选相方法
技术领域
本发明涉及配电网安全设计技术领域，尤其是一种参数不对称配电网单相接地故障选相方法。
背景技术
复杂的配电网运行环境容易引发单相接地故障。随着配电网规模扩大，电力电子设备及电缆线路的广泛使用，导致单相接地故障电流的有功和谐波分量增多。由于传统消弧线圈仅能补偿单相接地故障电流中的无功分量，经补偿后的故障残流中仍存在较大的有功及谐波分量，使得电弧易于重燃，降低了配电网的供电可靠性。
目前已有的柔性消弧装置可以补偿配电网单相接地故障电流中的无功、有功和谐波分量，达到可靠消弧的目的。然而，消弧前需要正确判断故障相，若选相错误，易引发两相接地短路，使得故障电流进一步增大。不仅无法达到消弧的目的，还将引发电力设备发热，造成设备绝缘老化，甚至导致火灾等事故。因此，有必要对配电网单相接地故障选相方法进行研究。
发明内容
本发明提出一种参数不对称配电网单相接地故障选相方法，能够精确快速地选出故障相，保障柔性消弧装置准确地注入补偿电流，确保故障电弧能够可靠熄灭。
本发明采用以下技术方案。
一种参数不对称配电网单相接地故障选相方法，所述方法包括以下步骤；
步骤S1：配电网正常运行时，测量因线路三相对地参数不对称引起的零序不平衡电压，并通过挂接在配电网母线上的柔性消弧装置向配电网注入电流，测量母线处零序电压，计算出配电网等效对地导纳；
步骤S2：配电网发生单相接地故障时，通过柔性消弧装置先后两次向配电网注入幅值不同的电流，测量母线处零序电压，利用注入电流和母线零序电压量计算出故障回路等效电压源的电压幅值和相位；
步骤S3：将该故障回路等效电压源的电压相位与三相电源电压负值的相位进行对比，相位相近的相即判断为故障相。
所述方法还包括步骤S4，具体为：推导故障回路等效电压源的表达式，以此表达式提取故障回路等效电压源的电压相位信息，将其与三相电源电压负值的相位进行作差对比，当差值小于所设定的阈值时，即认为相位相近并可判定该相为接地故障相。
所述步骤S1具体为：配电网正常运行时，测量配电网三相不平衡电压
Figure BDA0002894922170000021
通过挂接在配电网母线上的柔性消弧装置向配电网注入电流
Figure BDA0002894922170000022
测量母线处零序电压
Figure BDA0002894922170000023
计算配电网等效对地导纳：
Figure BDA0002894922170000024
步骤S2具体为：配电网发生单相接地故障时，通过柔性消弧装置先后两次向配电网注入幅值不同的电流
Figure BDA0002894922170000025
测量母线处零序电压
Figure BDA0002894922170000026
可得到下式：
Figure BDA0002894922170000027
上式整理后可得
Figure BDA0002894922170000028
表达式：
Figure BDA0002894922170000029
对其进一步整理得到故障回路等效电压源表达式：
Figure BDA0002894922170000031
步骤S3具体过程为：将该故障回路等效电压源的电压相位与三相电源电压负值
Figure BDA0002894922170000032
的相位进行对比，相位相近的相即判断为故障相。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
1、本发明能够快速准确提取出故障回路等效电压源的电压相位信息，同时将其作为选相判断依据，减少了不必要的繁琐运算，避免了电压幅值最低相为故障相的传统选相方法在高阻接地时选相错误的弊端。
2、本发明为一种参数不对称配电网单相接地故障选相方法，该方法不仅适用于三相对地参数对称的配电网，也适用于三相对地参数不对称配电网。
本发明所述方法能够精确快速地选出故障相，保障柔性消弧装置准确地注入补偿电流，确保故障电弧能够可靠熄灭。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1为本发明实施中的中性点经柔性消弧装置接地的三相不对称配电网简化示意图；
附图2为本发明实施中的中性点经柔性消弧装置接地的配电网拓扑示意图；
附图3为本发明实施中的配电网单相接地故障三序网络示意图；
附图4为本发明实施中的配电网单相接地故障三序网络等效电路示意图；
附图5为本发明实施例中的三相对地参数不对称配电网等效电路示意图；
附图6为本发明实施例中的中性点经柔性消弧装置接地的配电网模型的示意图。
具体实施方式
如图所示，一种参数不对称配电网单相接地故障选相方法，所述方法包括以下步骤；
步骤S1：配电网正常运行时，测量因线路三相对地参数不对称引起的零序不平衡电压，并通过挂接在配电网母线上的柔性消弧装置向配电网注入电流，测量母线处零序电压，计算出配电网等效对地导纳；
步骤S2：配电网发生单相接地故障时，通过柔性消弧装置先后两次向配电网注入幅值不同的电流，测量母线处零序电压，利用注入电流和母线零序电压量计算出故障回路等效电压源的电压幅值和相位；
步骤S3：将该故障回路等效电压源的电压相位与三相电源电压负值的相位进行对比，相位相近的相即判断为故障相。
所述方法还包括步骤S4，具体为：推导故障回路等效电压源的表达式，以此表达式提取故障回路等效电压源的电压相位信息，将其与三相电源电压负值的相位进行作差对比，当差值小于所设定的阈值时，即认为相位相近并可判定该相为接地故障相。
所述步骤S1具体为：配电网正常运行时，测量配电网三相不平衡电压
Figure BDA0002894922170000041
通过挂接在配电网母线上的柔性消弧装置向配电网注入电流
Figure BDA0002894922170000042
测量母线处零序电压
Figure BDA0002894922170000043
计算配电网等效对地导纳：
Figure BDA0002894922170000044
步骤S2具体为：配电网发生单相接地故障时，通过柔性消弧装置先后两次向配电网注入幅值不同的电流
Figure BDA0002894922170000045
测量母线处零序电压
Figure BDA0002894922170000046
可得到下式：
Figure BDA0002894922170000047
上式整理后可得
Figure BDA0002894922170000048
表达式：
Figure BDA0002894922170000051
对其进一步整理得到故障回路等效电压源表达式：
Figure BDA0002894922170000052
步骤S3具体过程为：将该故障回路等效电压源的电压相位与三相电源电压负值
Figure BDA0002894922170000053
的相位进行对比，相位相近的相即判断为故障相。
实施例：
本例中，为验证所提选相方法的有效性，利用MATLAB/SIMULINK软件搭建了一个中性点经柔性消弧装置接地的10kV配电网仿真模型，具体配电网模型线路结构如图6所示。仿真结果表明，本实施例的方法能够快速准确地提取出故障回路等效电压源的电压相位信息，将其相位与三相电源电压负值相位作比较，能够准确判断故障相，减少了不必要的繁琐运算，避免了电压幅值最低相为故障相的传统选相方法在高阻接地时选相错误的弊端。
在配电网仿真模型中，中压配电网线路长度一般较短，不超过15km，为验证长线路末端故障时的选相和消弧效果，仿真模型中共设置四条馈线，长度依次15km、15km、15km、11km。线路类型包含架空线路、电缆线路和混合线路，其中OL表示架空线路，CL表示电缆线路，采用集中π形电路等效线路参数，各馈线负荷电流幅值依次分别为138A、90A、150A、73A。此外，为增加线路三相对地参数不对称度，在线路L4的A、B、C相分别接入不对称对地电容和对地泄漏电阻，参数分别为C0A＝0.8μF、C0B＝1.5μF、C0C＝1.5μF、G0A＝0.22mS、G0B＝0.16mS、G0C＝0.20mS，不对称度为3.3％。柔性消弧装置采用单相级联H桥变流器，经滤波电感和Z型接地变压器接入配电网。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，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 (5)

1.一种参数不对称配电网单相接地故障选相方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤；
步骤S1：配电网正常运行时，测量因线路三相对地参数不对称引起的零序不平衡电压，并通过挂接在配电网母线上的柔性消弧装置向配电网注入电流，测量母线处零序电压，计算出配电网等效对地导纳；
步骤S2：配电网发生单相接地故障时，通过柔性消弧装置先后两次向配电网注入幅值不同的电流，测量母线处零序电压，利用注入电流和母线零序电压量计算出故障回路等效电压源的电压幅值和相位；
步骤S3：将该故障回路等效电压源的电压相位与三相电源电压负值的相位进行对比，相位相近的相即判断为故障相。
2.根据权利要求1所述的一种参数不对称配电网单相接地故障选相方法，其特征在于：所述方法还包括步骤S4，具体为：推导故障回路等效电压源的表达式，以此表达式提取故障回路等效电压源的电压相位信息，将其与三相电源电压负值的相位进行作差对比，当差值小于所设定的阈值时，即认为相位相近并可判定该相为接地故障相。
3.根据权利要求1所述的一种参数不对称配电网单相接地故障选相方法，其特征在于：所述步骤S1具体为：配电网正常运行时，测量配电网三相不平衡电压
Figure FDA0002894922160000011
通过挂接在配电网母线上的柔性消弧装置向配电网注入电流
Figure FDA0002894922160000012
测量母线处零序电压
Figure FDA0002894922160000013
计算配电网等效对地导纳：
Figure FDA0002894922160000014
4.根据权利要求3所述的一种参数不对称配电网单相接地故障选相方法，其特征在于：步骤S2具体为：配电网发生单相接地故障时，通过柔性消弧装置先后两次向配电网注入幅值不同的电流
Figure FDA0002894922160000015
测量母线处零序电压
Figure FDA0002894922160000016
可得到下式：
Figure FDA0002894922160000021
上式整理后可得
Figure FDA0002894922160000022
表达式：
Figure FDA0002894922160000023
对其进一步整理得到故障回路等效电压源表达式：
Figure FDA0002894922160000024
5.根据权利要求4所述的一种参数不对称配电网单相接地故障选相方法，其特征在于：步骤S3具体过程为：将该故障回路等效电压源的电压相位与三相电源电压负值
Figure FDA0002894922160000025
的相位进行对比，相位相近的相即判断为故障相。
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