CN114759537A - 一种小电流接地系统单相接地故障精确消弧方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种小电流接地系统单相接地故障精确消弧方法，包括如下步骤：步骤1，判断发生接地故障时，计算得到故障点残流Ig；步骤2，向小电流接地系统注入电流或电压，实时计算故障点残流Ig；步骤3，根据故障点残流Ig的变化，调整电流或电压的注入值，如果Ig变小，则在原方向上继续调整注入值；如果Ig变大，则反方向调整注入值；设置门槛值，若大于门槛值，则继续调整注入值；若小于门槛值，则结束调整，维持当前注入值。此种消弧方法可解决重载长线路末端单相接地不能精确补偿的问题。

Description

一种小电流接地系统单相接地故障精确消弧方法

技术领域

本发明属于电力系统的继电保护领域，特别涉及一种小电流接地系统单相接地故障精确消弧方法。

背景技术

在3kV-66kV小电流接地系统(又称中性点非有效接地系统)中，单相接地是较为常见的故障类型。小电流接地系统发生单相接地时，故障相对地电压降低，非故障相对地电压升高，线电压依旧对称，此状态下，因接地电流很小，为了保证供电可靠性，可允许运行1-2h。但是由于非故障相弧光过电压，易引起绝缘薄弱部分击穿、电压互感器铁芯饱和、系统过电压，以及故障相弧光烧毁电缆、易引发人身触电伤亡事故等问题，因此在单相接地后需要及时隔离故障相的单相接地故障，保障系统安全稳定运行及供电可靠性。

负荷电流及线路阻抗导致母线与故障点之间存在ΔU，柔性消弧系统在不知道故障点距离及负荷电流的情况下无法知道ΔU的值，因此只能将故障相在母线处电压降到0附近，对地对于重载长线路末端单相接地，如线路末端与母线处电压差ΔU可能会达到600V，在末端发生经100Ω过渡电阻接地故障时，如仅将母线处电压补偿至0，故障点残流会达到6A。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种小电流接地系统单相接地故障精确消弧方法，其可解决重载长线路末端单相接地不能精确补偿的问题。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种小电流接地系统单相接地故障精确消弧方法，包括如下步骤：

步骤1，判断发生接地故障时，计算得到故障点残流Ig；

步骤2，向小电流接地系统注入电流或电压，实时计算故障点残流Ig；

步骤3，根据故障点残流Ig的变化，调整电流或电压的注入值，实现精确消弧技术。

上述步骤1中，故障点残流Ig的计算方法是，首先根据未故障时母线零序电压U₀及各支路零序电流I₀计算得到各支路对地电容，然后计算得到工频50Hz 下的零序容抗X_C；发生接地故障时，根据零序容抗X_C及未故障时的母线零序电压、各支路零序电流计算得到各支路零序电容电流Ic；再使用零序电流I₀减去电容电流Ic即得到故障点残流Ig。

上述未故障时母线零序电压U₀及各支路零序电流I₀通过如下方式获得：向小电流接地系统中性点注入一个非工频电压，母线上会产生零序电压，各支路因为零序电压而出现零序电流，采集母线零序电压及各支路零序电流。

上述各支路对地电容的计算公式是：

其中，f_zr为柔性源注入的电流或电压的频率。

上述步骤3中，根据故障点残流Ig的变化，调整电流或电压的注入值的具体方法是：如果Ig变小，则在原方向上继续调整注入值；如果Ig变大，则反方向调整注入值。

上述步骤3中，设置门槛值，若大于门槛值，则继续调整注入值；若小于门槛值，则结束调整，维持当前注入值。

采用上述方案后，本发明可将残流及故障点对地电压控制在0附近，实现精确消弧技术，防止接地后继续运行过程中弧光过电压、电缆烧毁及人身伤亡等事故，解决了故障线路负荷较大，接地电阻较小的情况下，投入故障转移装置可能增大故障电流，给电网带来不利影响的问题。

附图说明

图1是本发明采用柔性消弧系统的接线示意图；

图2是单相接地时接地点电流Ig计算示意图；

图3是本发明在A相接地时对故障点电压及电流逐步逼近补偿示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。

本发明提供一种小电流接地系统单相接地故障精确消弧方法，解决目前小电流接地系统单相接地时接地点电流无法精确补偿的问题，其针对的对象为 3kV-66kV小电流接地系统。如图1所示，柔性消弧系统包括选线消弧装置、柔性电源、升压变压器；所述选线消弧装置连接柔性电源、母线电压互感器及各支路零序电流互感器，用于完成对母线电压、各支路零序电流采集和对柔性电源的命令发送；选线消弧装置根据采集的母线电压和零序电流判断接地故障存在并选出故障线路；所述升压变压器高压侧接入系统中性点和地之间，低压侧连接柔性电源；柔性电源接收选线消弧装置下发的命令、发出指定的电压或电流向量至升压变压器低压侧。

上述系统的工作过程是：通过工频零序电压是否超过“启动选线定值”来判断是否发生单相接地故障，未发生单相接地故障时，工频零序电压小于启动选线定值，选线消弧装置控制柔性电源发出指定的电压向量至升压变压器低压侧，从而向中性点注入一个电压或电流(为了降低对系统的干扰可以注入非工频)，母线上会产生零序电压，各支路因为零序电压而出现零序电流，根据采集母线零序电压及各支路零序电流计算出各支路对地电容,然后计算出工频50Hz下零序容抗。在发生单相接地故障时接地选线装置根据容抗计算出各支路零序电容电流Ic，零序电流I0减去电容电流即故障点对地电流Ig。通过柔性电源向系统注入一个电流或电压。注入后根据U0及I0变化后的值重新计算Ig，如Ig变小说明注入方向正确，在原方向上继续调整注入值，如Ig变大说明注入方向有误，反方向调整注入值。当Ig大于门槛则重复调整注入，Ig小于门槛值则结束调整，保持现有注入量。

在本实施例中，如图2所示，电压互感器一次值10kV，二次额定值100V开口三角二次额值57.74V，支路零序互感器变比50/1。

未发生单相接地故障时，工频零序电压小于启动选线定值，此时通过向中性点注入一个非工频电压，母线上会产生零序电压，各支路因为零序电压而出现零序电流，根据采集母线零序电压及各支路零序电流计算出各支路对地电容

然后计算出工频50Hz下零序容抗

f_zr为柔性源注入的电流或电压的频率，为了不影响系统正常工作，一般为非工频。

假设系统经消弧线圈补偿后残流2A，发生单相接地的故障线路采用 YJV22-120型号电缆，单位长度电阻0.196Ω/km，电抗0.102Ω/km，线路长度 10km，负荷电流200A电流由负荷电流引起的母线到线路末端压差ΔU为441.9V，线路末端发生了A相经100Ω过渡电阻接地，A相故障点对地电流及电压分别为 1.9988A及199.88V。如直接将A相母线处电压补偿到0，故障点对地的电压为 441.9V，电流为4.419A比不补偿时还增大了。

升压变高压侧对地电源即U₀，柔性电源注入后改变U₀大小及方向，一般选取按Ig方向的调整轨迹来调整U₀，调整的幅值ΔU₀一般取一次值100V，如图3 所示，第一次调整后，Ig电流变小，第二次按轨迹继续调整，直至调整至Ig方向变为反方向，此时按轨迹反方向调整的幅值ΔU₀降为50V，如Ig方向未变，继续调整，若Ig方向变化，按照ΔU₀幅值减半25V反方向调整，直至Ig小于 0.1A时，此时Ua也接近0时停止调整。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种小电流接地系统单相接地故障精确消弧方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1，判断发生接地故障时，计算得到故障点残流Ig；

步骤2，向小电流接地系统注入电流或电压，实时计算故障点残流Ig；

步骤3，根据故障点残流Ig的变化，调整电流或电压的注入值。

2.如权利要求1所述的小电流接地系统单相接地故障精确消弧方法，其特征在于：所述步骤1中，故障点残流Ig的计算方法是，首先根据未故障时母线零序电压U₀及各支路零序电流I₀计算得到各支路对地电容，然后计算得到工频50Hz下的零序容抗X_C；发生接地故障时，根据零序容抗X_C及未故障时的母线零序电压、各支路零序电流计算得到各支路零序电容电流Ic；再使用零序电流I₀减去电容电流Ic即得到故障点残流Ig。

3.如权利要求2所述的小电流接地系统单相接地故障精确消弧方法，其特征在于：所述未故障时母线零序电压U₀及各支路零序电流I₀通过如下方式获得：向小电流接地系统中性点注入一个非工频电压，母线上会产生零序电压，各支路因为零序电压而出现零序电流，采集母线零序电压及各支路零序电流。

4.如权利要求2所述的小电流接地系统单相接地故障精确消弧方法，其特征在于：所述各支路对地电容的计算公式是：

其中，f_zr为柔性源注入的电流或电压的频率。

5.如权利要求1所述的小电流接地系统单相接地故障精确消弧方法，其特征在于：所述步骤3中，根据故障点残流Ig的变化，调整电流或电压的注入值的具体方法是：如果Ig变小，则在原方向上继续调整注入值；如果Ig变大，则反方向调整注入值。

6.如权利要求1所述的小电流接地系统单相接地故障精确消弧方法，其特征在于：所述步骤3中，设置门槛值，若大于门槛值，则继续调整注入值；若小于门槛值，则结束调整，维持当前注入值。

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