CN112993952B - 一种小电流接地系统复电保护方法及装置、计算机设备 - Google Patents

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CN112993952B CN202110422825.2A CN202110422825A CN112993952B CN 112993952 B CN112993952 B CN 112993952B CN 202110422825 A CN202110422825 A CN 202110422825A CN 112993952 B CN112993952 B CN 112993952B
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Abstract

本发明公开了一种小电流接地系统复电保护方法及装置、计算机设备，本发明的方法包括步骤S1，获取复电前配电网系统的位移电压相量；步骤S2，检测复电过程中的合闸信号极性是否翻转，若是则启动保护，否则返回步骤S1；步骤S3，计算位移电压相量变化量；步骤S4，根据位移电压相量变化量检测复电线路是否存在单相接地故障，若是则执行步骤S5，否则返回步骤S1；步骤S5，根据检测结果进行处理。本发明能够实现高效可靠的高火险地区小电流接地系统复电快速保护，准确识别单相短路故障并快速切除线路。

Description

一种小电流接地系统复电保护方法及装置、计算机设备
技术领域
本发明属于电力系统及其自动化技术领域，具体涉及一种小电流接地系统复电保护方法及装置、计算机设备。
背景技术
目前6~10kV的配电网系统多采用中性点小电流接地方式。这种运行方式下，当系统中发生单相接地故障后，短路电流较小，线路保护通常无法快速识别故障并切除故障线路。对城市电网而言，中性点小电流接地运行可降低线路停电概率，但对于穿越林区和草原的配电线路，单相接地故障后若不能快速切除故障线路，线路与接地点之间形成持续的微弱放电电弧。在干燥大风的季节，极易形成明火进而导致大面积山火。于山火防范需求，高山火风险地区在当地风速过高时会停运线路避险。避险过后需人工逐条线路排查，确认无单相接地故障点后方可恢复供电。该过程需消耗大量人力及时间，严重影响高火险地区配电网供电可靠性。因此，提出一种能够在林区配电线路恢复供电时快速识别单相接地故障的判据具有重要意义。
目前的配电线路保护均不具备复电过程中快速识别单相接地故障并跳闸的功能。有部分厂家研制了用于单相接地故障排查的装置，但该装置主要利用特殊频率信号注入的方式对单相接地故障进行识别，但其排查范围仅能覆盖几公里至十几公里，若线路较长，仍需人工改变排查位置，适用场景有限。
目前，在中性点小电流接地的配电线路复电快速保护方面的基本处于空白，无法解决生产实际需求。
发明内容
针对高火险地区中性点小电流接地配电线路复电保护，本发明提供了一种基于位移电压变化量的小电流接地系统复电保护方法，本发明利用线路复电前后的位移电压相量变化量实现快速保护，旨在填补该领域研究的空白，满足生产实际中对恢复供电效率的迫切需求。
本发明通过下述技术方案实现：
一种小电流接地系统复电保护方法，包括以下步骤：
步骤S1，获取复电前配电网系统的位移电压相量；
步骤S2，检测复电过程中的合闸信号极性是否翻转，若是则启动保护，否则返回步骤S1；
步骤S3，计算位移电压相量变化量；
步骤S4，根据位移电压相量变化量检测复电线路是否存在单相接地故障，若是则执行步骤S5，否则返回步骤S1；
步骤S5，根据检测结果进行处理。
优选的，本发明的步骤S1对于中性点经消弧线圈接地的系统，复电前位移电压相量
Figure 824887DEST_PATH_IMAGE001
通过消弧线圈端部电压测量直接获取；
或者，所述步骤S1对于中性点不接地的系统，复电前位移电压可通过测量ABC三相的母线电压相量
Figure 7606DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 584081DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 510449DEST_PATH_IMAGE004
并计算获取，计算公式如下：
Figure 855979DEST_PATH_IMAGE005
式中，
Figure 209600DEST_PATH_IMAGE001
表示复电前配电网系统的位移电压相量。
优选的，本发明的步骤S3具体包括以下步骤：
步骤S31，获取复电后配电网系统的位移电压相量；
步骤S32，计算配电网系统位移电压相量变化量。
优选的，本发明的步骤S31对于中性点经消弧线圈接地的配电网系统，通过测量消弧线圈端部电压获取复电后系统位移电压相量
Figure 742213DEST_PATH_IMAGE006
；
或者，所述步骤S31对于中性点不接地系统，复电后的位移电压相量通过测量ABC三相的母线电压相量
Figure 737851DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 439353DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 963875DEST_PATH_IMAGE009
并计算获取，计算公式如下：
Figure 249363DEST_PATH_IMAGE010
式中，
Figure 517533DEST_PATH_IMAGE006
表示复电后系统位移电压相量。
优选的，本发明的步骤S32通过系统复电前位移电压相量与复电后位移电压相量之差计算得到系统位移电压相量变化量
Figure 572077DEST_PATH_IMAGE011
，计算公式如下：
Figure 533080DEST_PATH_IMAGE012
。
优选的，本发明的步骤S4通过判断
Figure 305863DEST_PATH_IMAGE013
的幅值和相角在合闸信号翻转后的
Figure 112145DEST_PATH_IMAGE014
时间内均满足如下判据：
Figure 785310DEST_PATH_IMAGE015
即可判断复电线路上存在单相接地故障；
式中，
Figure 651635DEST_PATH_IMAGE016
表示位移电压相量变化量的幅值门槛，
Figure 114977DEST_PATH_IMAGE017
表示相角门槛，
Figure 724950DEST_PATH_IMAGE018
表示持续时间门槛。
优选的，本发明的步骤S5的处理步骤具体包括：
切除故障复电线路；
并确认线路是否切除成功。
另一方面，本发明还提出了一种小电流接地系统复电保护装置，包括数据获取模块、保护启动模块、计算模块、判断模块和控制模块；
所述数据获取模块用于获取复电前配电网系统的位移电压相量和复电后配电网系统的位移电压相量；
所述保护启动模块用于检测复电过程中的合闸信号极性是否翻转，若是则驱动计算模块根据数据获取模块获取的数据计算得到位移电压相量变化量；
所述判断模块根据位移电压相量变化量检测复电线路是否存在单相接地故障，若是则驱动控制模块输出控制信号控制切除故障复电线路。
此外，本发明还提出了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明所述方法的步骤。
本发明还提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明所述方法的步骤。
本发明具有如下的优点和有益效果：
本发明提出了一种高火险地区小电流接地配电系统恢复供电快速保护方案，利用位移电压相量变化量，识别复电线路上是否存在单相接地故障。该方法具有极高的灵敏性，对于中性点经消弧线圈接地的配电系统，可识别过渡电阻20000欧姆及以下的单相接地故障；对于中性点不接地的配电系统，可识别过渡电阻100000欧姆及以下的单相接地故障。本发明中所提的方法具有极高的可靠性，能够准确识别接地故障并迅速切除，极大降低了配电线路引发山火的概率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的小电流接地系统示意图；其中，图1（a）为三角-星型变压器 中性点不接地系统，（b）为三角-星型变压器 中性点经消弧线圈接地系统，（c）为星-三角形变压器中性点不接地系统，（d）为星-三角形变压器 中性点经消弧线圈接地系统。
图2为本发明的方法流程示意图。
图3为非故障线路与故障线路位移电压相量变量化对比图。
图4为本发明的计算机设备结构示意图。
图5为本发明的装置结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例的小电流接地系统如图1所示，图1中（a）~(d)分别为四种典型的中性点小电流接地方式，其中图1（a）和图1（c）为中性点不接地，图1（b）和图1（d）为中性点经消弧线圈接地。本实施例提供了一种基于位移电压相量变化量的中性点小电流接地系统复电保护方法，能够实现高效可靠的高火险地区小电流接地系统复电快速保护，准确识别单相短路故障并快速切除线路。
如图2所示，本实施例的方法包括以下步骤：
步骤S1，获取复电前配电网系统的位移电压相量；
步骤S2，检测复电过程中的合闸信号极性是否翻转，若是则启动保护，否则返回步骤S1；
步骤S3，计算位移电压相量变化量；
步骤S4，根据位移电压相量变化量检测复电线路是否存在单相接地故障，若是则执行步骤S5，否则返回步骤S1；
步骤S5，根据检测结果进行处理。
本实施例的步骤S1以系统A相和B相之间的线电压相量
Figure 754086DEST_PATH_IMAGE019
为基准，获取系统位移电压相量
Figure 56891DEST_PATH_IMAGE001
。对于中性点不接地和中性点经消弧线圈接地的配电网系统，位移电压相量获取方式不同，具体包括：
对于中性点经消弧线圈接地的系统，复电前位移电压相量可通过消弧线圈端部电压测量直接获取。
或者，对于中性点不接地的系统，复电前位移电压可通过对ABC三相的母线电压相量
Figure 538688DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 952352DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 101574DEST_PATH_IMAGE020
检测并计算得到，计算公式如下：
Figure 76745DEST_PATH_IMAGE005
。
本实施例的步骤S2是以复电过程中的合闸信号为启动判据，当检测到合闸信号极性翻转时，启动保护。
本实施例的步骤S3具体包括：
步骤S31，获取复电后配电网系统的位移电压相量。本实施例对于中性点经消弧线圈接地的配电网系统，通过测量消弧线圈端部电压获取复电后系统位移电压相量
Figure 45838DEST_PATH_IMAGE006
，或者，对于中性点不接地系统，复电后的位移电压相量通过测量并计算ABC三相的母线电压相量
Figure 997614DEST_PATH_IMAGE021
、
Figure 1342DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 645950DEST_PATH_IMAGE009
获取，计算公式如下：
Figure 102339DEST_PATH_IMAGE010
。
步骤S32，计算配电网系统位移电压相量变化量。
本实施例中通过系统复电前位移电压相量与复电后位移电压相量之差计算得到系统位移电压相量变化量
Figure 61068DEST_PATH_IMAGE011
，计算公式如下：
Figure 653723DEST_PATH_IMAGE012
本实施例的步骤S4中，当
Figure 469232DEST_PATH_IMAGE013
的幅值和相角在步骤S2中合闸信号翻转后的
Figure 917312DEST_PATH_IMAGE014
时间内均满足如下判据：
Figure 476469DEST_PATH_IMAGE022
即可判断复电线路上存在单相接地故障。
式中，
Figure 189210DEST_PATH_IMAGE016
表示位移电压相量变化量的幅值门槛，
Figure 910042DEST_PATH_IMAGE017
表示相角门槛，
Figure 606602DEST_PATH_IMAGE018
表示持续时间门槛。
本实施例对上述判据进行可行性分析，具体如下：
对于中性点不接地系统，其故障前的位移电压相量表达式为：
Figure 703871DEST_PATH_IMAGE024
或者，对于中性点经消弧线圈接地系统，其故障前位移电压相量表达式为：
Figure 536698DEST_PATH_IMAGE026
上式中，
Figure 428431DEST_PATH_IMAGE027
、
Figure 848173DEST_PATH_IMAGE028
、
Figure 749133DEST_PATH_IMAGE029
分别为母线三相电压，
Figure 170887DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure 499100DEST_PATH_IMAGE031
、
Figure 639094DEST_PATH_IMAGE032
分别为三相对地等效电容，
Figure 547008DEST_PATH_IMAGE033
、
Figure 88847DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure 587962DEST_PATH_IMAGE035
分别为三相对地导纳，L为消弧线圈电感值，
Figure 215252DEST_PATH_IMAGE036
为角频率，j表示虚部。
设复电线路三相对地电容分别为
Figure 956550DEST_PATH_IMAGE037
、
Figure 352896DEST_PATH_IMAGE038
、
Figure 22912DEST_PATH_IMAGE039
，三相对地导纳分别为
Figure 403078DEST_PATH_IMAGE040
、
Figure 183952DEST_PATH_IMAGE041
、
Figure 700384DEST_PATH_IMAGE042
，单相接地故障过渡电阻为
Figure 541301DEST_PATH_IMAGE043
，则：
对于中性点不接地系统，若复电线路无单相接地故障，复电后的系统位移电压表达式为：
Figure 143184DEST_PATH_IMAGE044
对于中性点不接地系统，若复电线路存在单相接地故障，设单相接地故障发生于A相，则复电后的系统位移电压表达式为：
Figure 931011DEST_PATH_IMAGE045
或者，对于中性点经消弧线圈接地系统，若复电线路无单相接地故障，复电后的系统位移电压表达式为：
Figure 803414DEST_PATH_IMAGE046
对于中性点不接地系统，若复电线路存在单相接地故障，设单相接地故障发生于A相，则复电后的系统位移电压表达式为：
Figure 815233DEST_PATH_IMAGE047
当过渡电阻从0~10000欧姆变化时，不同工况下根据系统位移电压相量变化量
Figure 638832DEST_PATH_IMAGE011
的计算公式计算得到的位移电压相量变化量如图3所示。可以看出无论系统中性点为经消弧线圈接地还是不接地，复电线路存在单相接地与不存在单相接地之间存在明显差异。
本实施例的步骤S5对于存在单相接地故障的复电线路，瞬间跳开该故障线路，避免故障扩大。
本实施例的步骤S5在切除故障复电线路后，还需要确认线路切除成功与否，通过监测切除线路的线电压
Figure 27088DEST_PATH_IMAGE048
、
Figure 252533DEST_PATH_IMAGE049
、
Figure 435253DEST_PATH_IMAGE050
及相电流
Figure 277307DEST_PATH_IMAGE051
、
Figure 203675DEST_PATH_IMAGE052
、
Figure 799739DEST_PATH_IMAGE053
，当满足下述条件时，可确认线路切除成功：
Figure 418939DEST_PATH_IMAGE054
。
本实施例还提出了一种计算机设备，用于执行本实施例的上述方法。
具体如图4所示，计算机设备包括处理器、存储器和系统总线；存储器和处理器在内的各种设备组件连接到系统总线上。处理器是一个用来通过计算机系统中基本的算术和逻辑运算来执行计算机程序指令的硬件。存储器是一个用于临时或永久性存储计算程序或数据(例如，程序状态信息)的物理设备。系统总线可以为以下几种类型的总线结构中的任意一种，包括存储器总线或存储控制器、外设总线和局部总线。处理器和存储器可以通过系统总线进行数据通信。其中存储器包括只读存储器(ROM)或闪存(图中未示出)，以及随机存取存储器(RAM)，RAM通常是指加载了操作系统和计算机程序的主存储器。
计算机设备一般包括一个存储设备。存储设备可以从多种计算机可读介质中选择，计算机可读介质是指可以通过计算机设备访问的任何可利用的介质，包括移动的和固定的两种介质。例如，计算机可读介质包括但不限于，闪速存储器(微型SD卡)，CD-ROM，数字通用光盘(DVD)或其它光盘存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其它磁存储设备，或者可用于存储所需信息并可由计算机设备访问的任何其它介质。
计算机设备可在网络环境中与一个或者多个网络终端进行逻辑连接。网络终端可以是个人电脑、服务器、路由器、智能电话、平板电脑或者其它公共网络节点。计算机设备通过网络接口（局域网LAN接口）与网络终端相连接。局域网(LAN)是指在有限区域内，例如家庭、学校、计算机实验室、或者使用网络媒体的办公楼，互联组成的计算机网络。WiFi和双绞线布线以太网是最常用的构建局域网的两种技术。
应当指出的是，其它包括比计算机设备更多或更少的子系统的计算机系统也能适用于发明。
如上面详细描述的，适用于本实施例的计算机设备能执行小电流接地系统复电保护方法的指定操作。计算机设备通过处理器运行在计算机可读介质中的软件指令的形式来执行这些操作。这些软件指令可以从存储设备或者通过局域网接口从另一设备读入到存储器中。存储在存储器中的软件指令使得处理器执行上述的群成员信息的处理方法。此外，通过硬件电路或者硬件电路结合软件指令也能同样实现本发明。因此，实现本实施例并不限于任何特定硬件电路和软件的组合。
实施例2
本实施例提出了一种基于位移电压相量变化量的中性点小电流接地系统复电保护装置，具体如图5所示，本实施例的装置包括数据获取模块、保护启动模块、计算模块、判断模块和控制模块；
本实施例的数据获取模块用于获取复电前配电网系统的位移电压相量和复电后配电网系统的位移电压相量；本实施例的复电前配电网系统的位移电压相量和复电后配电网系统的位移电压相量获取方式与上述实施例1相同，此处不再赘述。
本实施例的保护启动模块用于检测复电过程中的合闸信号极性是否翻转，若是则驱动计算模块根据数据获取模块获取的数据计算得到位移电压相量变化量；本实施例中位移电压相量变化量计算过程与上述实施例1相同，此处不再赘述。
本实施例的判断模块根据位移电压相量变化量检测复电线路是否存在单相接地故障，若是则驱动控制模块输出控制信号控制切除故障复电线路。本实施例的控制模块还需要确认线路是否切除成功，具体监测过程与上述实施例1相同，此处不再赘述。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种小电流接地系统复电保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，获取复电前配电网系统的位移电压相量；
步骤S2，检测复电过程中的合闸信号极性是否翻转，若是则启动保护，否则返回步骤S1；
步骤S3，计算位移电压相量变化量
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；
步骤S4，根据位移电压相量变化量检测复电线路是否存在单相接地故障，若是则执行步骤S5，否则返回步骤S1；
所述步骤S4通过判断
Figure 707867DEST_PATH_IMAGE001
的幅值和相角在合闸信号翻转后的
Figure DEST_PATH_IMAGE002
时间内均满足如下判据：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
即可判断复电线路上存在单相接地故障；
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
表示位移电压相量变化量的幅值门槛，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
表示相角门槛，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
表示持续时间门槛；
步骤S5，根据检测结果进行处理。
2.根据权利要求1所述的一种小电流接地系统复电保护方法，其特征在于，所述步骤S1对于中性点经消弧线圈接地的系统，复电前位移电压相量
Figure DEST_PATH_IMAGE007
通过消弧线圈端部电压测量直接获取；
或者，所述步骤S1对于中性点不接地的系统，复电前位移电压通过测量ABC三相的母线电压相量
Figure DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure DEST_PATH_IMAGE010
并计算获取，计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
式中，
Figure 671013DEST_PATH_IMAGE007
表示复电前配电网系统的位移电压相量。
3.根据权利要求2所述的一种小电流接地系统复电保护方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤：
步骤S31，获取复电后配电网系统的位移电压相量；
步骤S32，计算配电网系统位移电压相量变化量。
4.根据权利要求3所述的一种小电流接地系统复电保护方法，其特征在于，所述步骤S31对于中性点经消弧线圈接地的配电网系统，通过测量消弧线圈端部电压获取复电后系统位移电压相量
Figure DEST_PATH_IMAGE012
；
或者，所述步骤S31对于中性点不接地系统，复电后的位移电压相量通过测量ABC三相的母线电压相量
Figure DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure DEST_PATH_IMAGE015
并计算获取，计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE016
式中，
Figure 716329DEST_PATH_IMAGE012
表示复电后系统位移电压相量。
5.根据权利要求4所述的一种小电流接地系统复电保护方法，其特征在于，所述步骤S32通过系统复电前位移电压相量与复电后位移电压相量之差计算得到系统位移电压相量变化量
Figure DEST_PATH_IMAGE017
，计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE018
。
6.根据权利要求1所述的一种小电流接地系统复电保护方法，其特征在于，所述步骤S5的处理步骤具体包括：
切除故障复电线路；
并确认线路是否切除成功。
7.一种小电流接地系统复电保护装置，其特征在于，包括数据获取模块、保护启动模块、计算模块、判断模块和控制模块；
所述数据获取模块用于获取复电前配电网系统的位移电压相量和复电后配电网系统的位移电压相量；
所述保护启动模块用于检测复电过程中的合闸信号极性是否翻转，若是则驱动计算模块根据数据获取模块获取的数据计算得到位移电压相量变化量
Figure 439434DEST_PATH_IMAGE001
；
所述判断模块根据位移电压相量变化量检测复电线路是否存在单相接地故障，若是则驱动控制模块输出控制信号控制切除故障复电线路；
所述判断模块通过判断
Figure 847282DEST_PATH_IMAGE001
的幅值和相角在合闸信号翻转后的
Figure 404165DEST_PATH_IMAGE002
时间内均满足如下判据：
Figure 405619DEST_PATH_IMAGE003
即可判断复电线路上存在单相接地故障；
式中，
Figure 338940DEST_PATH_IMAGE004
表示位移电压相量变化量的幅值门槛，
Figure 866873DEST_PATH_IMAGE005
表示相角门槛，
Figure 594658DEST_PATH_IMAGE006
表示持续时间门槛。
8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-6中任一项所述方法的步骤。
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