CN112946414B - 基于零序残压抑制的配电网接地相与过渡电阻辨识方法 - Google Patents

基于零序残压抑制的配电网接地相与过渡电阻辨识方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于零序残压抑制的配电网接地相与过渡电阻辨识方法，包括以下步骤：步骤1，向中性点注入电流使零序电压抑制为0，记录此时对应的注入电流；步骤2，在保持零序电压抑制为0的情况下，对注入电流相对于记录值的变化幅值进行实时监测，若变化幅值超过预设值则跳转步骤3进行故障选相与过渡电阻计算；否则待注入电流稳定后，将当前注入电流更新为记录的注入电流，重新执行步骤2；步骤3，选择与注入电流变化量相位一致的相为接地故障相；步骤4，根据接地故障相的电动势与注入电流变化量幅值之比得到过渡电阻。

Description

基于零序残压抑制的配电网接地相与过渡电阻辨识方法
技术领域
本发明涉及一种基于零序残压抑制的配电网接地相与过渡电阻辨识方法。
背景技术
我国中压配电系统覆盖区域广、结构复杂、运行方式多变，随机故障频繁，因此多采用小电流接地方式，主要包括中性点不接地和谐振接地2种形式。目前对于小电流接地系统保护的研究主要集中在故障选线、区段定位、故障测距方面，而对于单相接地故障选相的关注较少。接地故障相的可靠辨识能够为故障选线以及线路巡检、修复提供有利信息。特别地，随着今年来以故障选相为前提的全补偿消弧技术(主动转移型消弧、有源柔性补偿)的推广，故障相的正确辨识更为重要。一旦选相失败，不仅影响接地故障消弧效果，甚至会导致单相接地故障转变为两相接地短路故障，扩大事故性质与范围。鉴于上述原因，供电部门已经开始重视接地故障选相问题，甚至在装置测试中已将接地故障选相列入考核指标。
小电流接地系统的传统选相判据是以线路对地参数严格对称为前提，通过分析故障后零序电压的轨迹特征提出的。传统判据仅利用了故障后各相电压幅值变化信息，各相电压的相位规律在选相中的作用并未得到重视，即：在过补偿系统中，接地相为电压幅值最高相的超前相；欠补偿系统中(包括不接地系统)，接地相为电压幅值最高相的滞后相。这一判据虽简单实用，但仅在系统严格对称情况下的选相结果才较为可信。而我国配电网覆盖面广，结构复杂，由于线路不换位等原因引起的线路三相对地导纳不对称问题长期存在。三相对地参数不对称产生的零序电压使得实际应用时，选线判据可能失效。
而小电流接地系统过渡电阻测量相对较困难。传统方法根据故障线路的故障相与非故障相电流变化量之差等于接地故障电流，由故障相电压与故障电流之比计算出接地故障电阻。这一方法假设了线路上的负荷电流在接地故障前后不发生变化。但当发生高阻接地故障时，故障暂态时间长，负荷电流的变化将影响测量精度。
发明内容
为了解决目前配电网故障选线方法准确度不高，过渡电阻测量、计算均较为困难的技术问题，本发明提供一种能够准确进行配电网故障选线以及过渡电阻计算的基于零序残压抑制的配电网接地相与过渡电阻辨识方法。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，
一种基于零序残压抑制的配电网接地相与过渡电阻辨识方法，包括以下步骤：
步骤1，向中性点注入电流使零序电压抑制为0，记录此时对应的注入电流的值；
步骤2，在保持零序电压抑制为0的情况下，实时监测注入电流相对于记录值的变化幅值，若变化幅值超过预设值则跳转步骤3进行故障选相与过渡电阻计算；否则等待注入电流稳定后，更新记录的注入电流的值，重新执行步骤2；
步骤3，选择与注入电流变化量相位一致的相为接地故障相；
步骤4，根据接地故障相的电动势与注入电流变化量幅值之比得到过渡电阻。
所述的方法，所述的步骤1中，注入电流
Figure BDA0002845829490000021
与故障发生时零序电压
Figure BDA0002845829490000022
之间的关系为：
Figure BDA0002845829490000023
其中，YA、YB、YC分别表示配电网所有馈线的A、B、C三相等效对地导纳，YN为中性点接地导纳；
Figure BDA0002845829490000024
为未故障时配电网线路对地导纳不对称产生的零序电压；
则抑制零序电压为0时，注入电流满足：
Figure BDA0002845829490000025
所述的方法，未故障时配电网线路对地导纳不对称产生的零序电压
Figure BDA0002845829490000026
通过下式计算：
Figure BDA0002845829490000027
其中
Figure BDA0002845829490000028
分别为三相电源电动势，
Figure BDA0002845829490000029
为配电网的不平衡度；a＝ej120°为相量算子；
Figure BDA00028458294900000210
为系统阻尼率，gA，gB，gC分别表示A、B、C三相等效对地电导；CA，CB，CC分别表示A、B、C三相等效对地电容；ω表示配电网工频角频率。
所述的方法，所述的步骤2中，等待注入电流达到稳定，是在经过预设时间时注入电流没有变化，即认为注入电流达到稳定。
所述的方法，所述的预设时间为0.05秒。
所述的方法，所述的步骤3中，选择与注入电流变化量相位一致的相为接地故障相，即所选择的相满足下式：
Figure BDA0002845829490000031
其中，
Figure BDA0002845829490000039
表示注入电流变化量
Figure BDA0002845829490000032
与
Figure BDA0002845829490000033
相角差的绝对值；
Figure BDA0002845829490000034
表示A、B、C三相电源电动势，即
Figure BDA0002845829490000035
α为整定阈值，取值小于60°且大于0°；
Figure BDA0002845829490000036
其中gf为故障点过渡电导。
所述的方法，所述的步骤4中，过渡电阻Rf的计算式为：
Figure BDA0002845829490000037
其中Rf为故障点过渡电阻；gf为故障点过渡电导；
Figure BDA00028458294900000310
表示A、B、C三相电源电动势的有效值，即
Figure BDA0002845829490000038
ΔIi为注入电流变化量的有效值，表示故障后注入电流与故障前注入电流的矢量差。
本发明的技术效果在于，消除了三相不对称对高阻故障选相的影响，提升了高阻故障时的选相准确率；本发明无需分别测量三相电压，仅通过测量注入装置注入的零序电流即可；提出的过渡电阻计算方法可与故障选相一同进行，计算简单。
附图说明
图1为本发明实施原理示意图；
图2为本发明的流程图；
图3为本发明实施例中线路3经不同过渡电阻接地时的注入电流变化量幅值；
图4为线路3经不同过渡电阻接地时的注入电流变化量相位。
具体实施方式
本实施例在配电网正常运行时通过中性点注入电流将零序电压抑制到0，根据注入电流变化量实现故障选相与过渡电阻辨识。
基于三相不平衡动态抑制的小电流接地配电网单相接地故障选相与过渡电阻识别的实现原理如图1所示。配电网在正常运行时通过在中性点并联有源逆变注入装置向中性点注入电流
Figure BDA00028458294900000311
将零序电压抑制到0，通过检测注入电流与各馈线零序电流是否满足故障条件实现选线。其中，
Figure BDA0002845829490000041
分别为三相电源电动势，
Figure BDA0002845829490000042
为零序电压，YXn＝gXn+jωCXn(X＝A,B,C即A、B、C三相)分别为馈线n三相的对地导纳，gXn和CXn分别为馈线n三相的对地电导与对地电容，YN为中性点接地导纳，gf为故障点过渡电导。
三相对地导纳不对称下，零序电压
Figure BDA0002845829490000043
为：
Figure BDA0002845829490000044
Figure BDA0002845829490000045
其中：
Figure BDA0002845829490000046
为配电网线路对地导纳不对称产生的不平衡电压；YA、YB、YC分别表示配电网所有馈线的A、B、C三相等效对地导纳；
Figure BDA0002845829490000047
为配电网的不平衡度；a＝ej120°为相量算子；
Figure BDA0002845829490000048
为系统阻尼率，配电网的正常阻尼率在2％～5％之间，馈线受潮或绝缘破损时可达10％。
通过有源逆变装置向中性点注入电流
Figure BDA0002845829490000049
零序电压与注入电流的关系为：
Figure BDA00028458294900000410
当抑制不平衡过电压为0时，注入电流满足：
Figure BDA00028458294900000411
如图1所示，本实施例中以馈线n的C相经过渡电导gf发生单相接地故障，则将零序电压抑制到0时的注入电流为：
Figure BDA00028458294900000412
根据式(4)、(5)，若配电网中发生单相接地故障，则故障相的对地导纳必然发生变化，进而引起注入电流发生变化，且注入电流变化量与对地导纳变化量和故障相电动势有关。因此，可以监测注入电流的变化量实现故障选相与过渡电阻识别。
注入电流变化量为：
Figure BDA00028458294900000413
由式(6)可以看到，注入电流变化量相角与故障相电动势相角一致，有效值为相电动势与过渡电导的乘积。由此得到故障选相判据与过渡电阻Rf的计算方法如式(7)、(8)所示：
Figure BDA0002845829490000051
Figure BDA0002845829490000052
式中：
Figure BDA00028458294900000510
表示注入电流变化量与
Figure BDA0002845829490000053
相角差的绝对值；
Figure BDA0002845829490000054
分别表示三相电源电动势。那么对于故障相电动势
Figure BDA0002845829490000055
理论上ΔθC＝0。但是考虑到可能存在测量误差与注入电流误差，故本实施例引入整定阈值α，只要不大于该值，则认为对应的该相为故障相。同时由于三相电源电动势相差120°，因此α的取值应小于60°。
计算故障点过渡电阻Rf的公式中，gf为故障点过渡电导；
Figure BDA0002845829490000056
表示A、B、C三相电源电动势的有效值，即
Figure BDA0002845829490000057
ΔIi为注入电流变化量的有效值，表示故障后注入电流与故障前注入电流的差。
考虑系统扰动及测量误差的影响，本实施例中，当注入电流变化量大于0.1A时，认为发生了单相接地故障，并进行故障选相与过渡电阻识别。
利用PSCAD搭建图1所示的10kV配电网故障选相模型，各馈线参数如表1所示，
表1馈线参数
Figure BDA0002845829490000058
设置接地故障选相启动门槛为注入电流变化量超过0.1A，故障在0.04s发生。
图3为线路3经不同过渡电阻接地时的注入电流变化量幅值；图4为线路3经不同过渡电阻接地时的注入电流变化量相位；表2为馈线3经不同过渡电阻接地时的故障选相与过渡电阻计算结果。
表2馈线3经不同过渡电阻接地时的故障选相与过渡电阻计算结果
Figure BDA0002845829490000059

Claims (5)

1.一种基于零序残压抑制的配电网接地相与过渡电阻辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，向中性点注入电流使零序电压抑制为0，记录此时对应的注入电流的值；
步骤2，在保持零序电压抑制为0的情况下，实时监测注入电流相对于记录值的变化幅值，若变化幅值超过预设值则跳转步骤3进行故障选相与过渡电阻计算；否则等待注入电流稳定后，更新记录的注入电流的值，重新执行步骤2；
步骤3，选择与注入电流变化量相位一致的相为接地故障相；
步骤4，根据接地故障相的电动势与注入电流变化量幅值之比得到过渡电阻；
所述的步骤1中，注入电流
Figure FDA0003514098550000011
与故障发生时零序电压
Figure FDA0003514098550000012
之间的关系为：
Figure FDA0003514098550000013
其中，YA、YB、YC分别表示配电网所有馈线的A、B、C三相等效对地导纳，YN为中性点接地导纳；
Figure FDA0003514098550000014
为未故障时配电网线路对地导纳不对称产生的零序电压；
则抑制零序电压为0时，注入电流满足：
Figure FDA0003514098550000015
未故障时配电网线路对地导纳不对称产生的零序电压
Figure FDA0003514098550000016
通过下式计算：
Figure FDA0003514098550000017
其中
Figure FDA0003514098550000018
分别为三相电源电动势，
Figure FDA0003514098550000019
为配电网的不平衡度；a＝ej120°为相量算子；
Figure FDA00035140985500000110
为系统阻尼率，gA，gB，gC分别表示A、B、C三相等效对地电导；CA，CB，CC分别表示A、B、C三相等效对地电容；ω表示配电网工频角频率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤2中，等待注入电流达到稳定，是在经过预设时间时注入电流没有变化，即认为注入电流达到稳定。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的预设时间为0.05秒。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤3中，选择与注入电流变化量相位一致的相为接地故障相，即所选择的相满足下式：
Figure FDA0003514098550000021
其中，
Figure FDA0003514098550000022
表示注入电流变化量
Figure FDA0003514098550000023
与
Figure FDA0003514098550000024
相角差的绝对值；
Figure FDA0003514098550000025
表示A、B、C三相电源电动势，即
Figure FDA0003514098550000026
α为整定阈值，取值小于60°且大于0°；
Figure FDA0003514098550000027
其中gf为故障点过渡电导。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤4中，过渡电阻Rf的计算式为：
Figure FDA0003514098550000028
其中Rf为故障点过渡电阻；gf为故障点过渡电导；
Figure FDA0003514098550000029
表示A、B、C三相电源电动势的有效值，即
Figure FDA00035140985500000210
ΔIi为注入电流变化量的有效值，表示故障后注入电流与故障前注入电流的差。
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