CN116316513A - 一种主动干预型消弧装置与消弧线圈并联运行防误动方法及系统 - Google Patents

一种主动干预型消弧装置与消弧线圈并联运行防误动方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种主动干预型消弧装置与消弧线圈并联运行防误动方法及系统，属于能源管理/供配电技术领域。本发明使用采集模块实时采集系统的三相电压和零序电压，在采集到数据之后，通过带通滤波和电压合成，得到系统滤波之后的三相电压、零序电压以及负序电压，在三相电压和零序电压发生突变时，启动后续判据。计算电压发生突变时刻的瞬时负序电压值；负序电压值持续一段时间大于阈值，判定为系统发生接地，控制对应的故障相开关合闸，否则判定为系统发生消弧线圈串联谐振，闭锁装置进行接地判断，防止谐振误动。本发明避免了将谐振故障错误判断为单相接地故障，保证了主动干预型消弧装置与消弧线圈并列运行的故障相判别的安全和可靠。

Description

一种主动干预型消弧装置与消弧线圈并联运行防误动方法及 系统
技术领域
本发明涉及能源管理/供配电技术领域，更具体地说，涉及一种主动干预型消弧装置与消弧线圈并联运行防误动方法及系统。
背景技术
6-35kV中性点经消弧线圈接地的系统发生接地时，消弧线圈补偿电流会尽量降低接地点的接地电流，使得消弧线圈流经的电流接近系统的总接地容流，所以消弧线圈的感抗与系统的总接地电容的容抗在基波频率下总是接近相等。在接地故障消失时，零序电压的突变使得系统的杂散电容和消弧线圈电感释放能量，必定会引起系统串联谐振，由于消弧线圈感抗与系统接地容抗接近相等，谐振点会在40～60Hz之间。这种消弧线圈引起的谐振会造成系统的三相电压和零序电压呈现忽高忽低的现象，如图1所示。
主动干预型消弧装置应用于中压配电网，在系统发生接地时，装置会尽可能快速的判定接地故障的相别，并将故障相对应的接地开关合闸，从而迅速的将系统发生的不稳定接地故障转变为柜内稳定的金属接地，将故障点的接地电流转移到柜内，把故障相电压限制在零电位，消除接地故障造成的系统过电压。
主动干预型消弧装置接地开关动作后，需要判断系统的接地故障是瞬时故障还是永久故障，所以在接地开关动作之后，持续一段时间后需再打开开关重新判断故障是否仍然存在。在开关打开瞬间会出现以下两种情况：
第一种情况，系统接地已经消失，如图1所示，系统将发生中性点串联谐振，系统三相电压以及零序电压会呈现谐振状态，在此种情况下装置需要迅速判定系统是处于接地状态还是谐振状态。
第二种情况，系统接地仍然存在，系统三相电压和零序电压呈现接地特征，故障相电压降低，非故障相电压升高，零序电压仍然存在；在系统发生高阻接地时，接地电压特征与谐振电压特征在短时间内非常相似。
主动干预型消弧装置需要具备快速区分中性点串联谐振以及接地故障的能力，在系统发生瞬时性接地故障时，能迅速判定系统故障已经消失，否则会造成装置的误动。发生永久性故障时，在接地开关打开时，能根据三相电压和零序电压的特征迅速判定系统发生接地故障还是中性点谐振，从而控制相应故障相开关快速合闸。
对于消弧线圈与主动干预型消弧装置并列运行的方案，已有相关专利公开。如专利公开号CN108879645A，专利名称为：一种消弧线圈与主动干预消弧装置并列运行设备及方法；专利公开号CN112103935A，专利名称为：具有谐振接地特点的主动干预消弧装置；专利公开号CN113054638A，专利名称为：消弧线圈与主动干预消弧装置动态并联接地故障处理法。
对于现有技术存在的方案，首先想说明，消弧线圈与主动干预型消弧装置并列运行技术，并不是一项成熟的技术，目前只是在谨慎的推进和探索中，相关技术难点还需要不断解决。另外，上述几项专利方案，具体是描述如何实现消弧线圈与主动干预型消弧装置并列运行的方法，例如CN108879645A，其包括一次装置和二次装置，一次装置中10kV母线连接接地变压器，消弧线圈连接在接地变压器的公共点；在变电所内，用主动干预消弧装置将10kV母线ABC三相分别经一个分相开关接地；通过消弧线圈与主动消弧装置并列运行，综合两种装置的优点，为配电网运行提供保障。CN113054638A，通过消弧线圈装置的消弧支路与电阻支路的动态切换，通过主动干预消弧装置的补偿阻尼支路电阻的动态变换，解决消弧线圈与主动干预消弧装置动态并联时接地选线和故障性质的差异化判断问题。即以上专利涉及的是实现消弧线圈与主动干预型消弧装置并列运行的方式方法，及一、二次设计等问题。关于消弧线圈与主动干预型消弧装置并列运行时的防止错误判断的问题，并没有涉及。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
鉴于上述现有技术的不足，本发明提供了一种主动干预型消弧装置与消弧线圈并联运行防误动方法及系统；本发明通过采集三相电压，快速计算系统的负序电压，并在系统电压波动时，利用负序电压判定系统接地故障是否存在，从而解决主动干预型消弧装置在消弧线圈引起中性点谐振时的误动问题。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种主动干预型消弧装置与消弧线圈并联运行防误动方法，其步骤为：
步骤S1、获取系统的三相电压和零序电压；
步骤S2、对步骤S1采集的电压信号进行数字带通滤波；
步骤S3、使用滤波后的电压信号，合成负序电压信号；
步骤S4、通过导数法快速计算三相电压、零序电压，在三相电压和零序电压发生突变时，启动后续判据步骤S5；
步骤S5、根据步骤S3的采样，计算电压发生突变时刻的瞬时负序电压值；负序电压值持续一段时间大于阈值，判定为系统发生接地，控制对应的故障相开关合闸，否则判定为系统发生消弧线圈串联谐振，闭锁装置进行接地判断，防止谐振误动。
更进一步地，步骤S1通过主动干预型消弧装置的数据采集模块获取系统的三相电压和零序电压，主动干预型消弧装置安装于中性点经消弧线圈接地的系统的母线位置。
更进一步地，步骤S2采用切比雪夫II型构建传递函数，得到的传递函数如下：
y(0)b(0)+y(1)*b(1)+y(2)*b(2)+y(3)*b(3)＝x(0)*a(0)+x(1)*a(1)+x(2)*a(2)+x(3)*a(3)
上式中，[b(0)、b(1)、b(2)、b(3)]、[a(0)、a(1)、a(2)、a(3)]为两组常数向量，x(0)、x(1)、x(2)、x(3)为输入函数x的4次采样值，y(0)、y(1)、y(2)、y(3)为输出函数y的4次相应值。
更进一步地，步骤S2中具体设置向量a[4]＝[0.099,-0.396,0.594,-0.396,0.099]，向量b[4]＝[1,-3.980,5.943,-3.945,0.982]，通过该滤波传递函数，得到保留40-100Hz的基波信号，滤除2分频以下，3倍频以上的电压信号。
更进一步地，步骤S3利用下式合成负序电压信号：
Uf＝Ua+Ub*j(∠120°)+Uc*j(∠-120°)
其中，Uf表示合成的负序电压，Ua表示A相电压，Ub表示B相电压，Uc表示C相电压。
更进一步地，步骤S4电压突变计算方法如下：
U＝sqrt(u1*u1+u2*u2-2*u1*u2*cosDT)*cosDT/√2
其中，cosDT为基波电压常数，u1为时刻1电压采样值，u2为时刻2电压采样值；Sqrt表示开根运算。
更进一步地，步骤S5中负序电压持续5ms大于阈值，判定为系统发生接地故障。
本发明的一种主动干预型消弧装置与消弧线圈并联运行防误动系统，包括数据采集模块、带通滤波模块、负序电压合成模块、突变量检测模块和快速计算模块；其中：
数据采集模块：获取系统的三相电压和零序电压；
带通滤波模块：对采集的电压信号进行数字带通滤波；
负序电压合成模块：对滤波后的电压信号合成负序电压信号；
突变量检测模块：通过导数法快速计算三相电压、零序电压，检测三相电压和零序电压的突变；
快速计算模块：计算电压发生突变时刻的瞬时负序电压值；
负序电压值持续一段时间大于阈值，判定为系统发生接地，控制对应的故障相开关合闸，否则判定为系统发生消弧线圈串联谐振，闭锁装置进行接地判断，防止谐振误动。
更进一步地，所述的数据采集模块为主动干预型消弧装置的数据采集模块，主动干预型消弧装置安装于中性点经消弧线圈接地的系统的母线位置。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
本发明并非为实现主动干预型消弧装置与消弧线圈并联运行功能，而是侧重于解决主动干预型消弧装置在消弧线圈引起中性点谐振时的误动问题，本发明通过采样及算法识别主动干预型消弧装置与消弧线圈并列运行过程中的谐振状态，从而避免将谐振故障错误判断为单相接地故障，保证了主动干预型消弧装置与消弧线圈并列运行的故障相判别的安全和可靠。
附图说明
图1为中性点谐振系统录波示意图；
图2为本发明的主动干预型消弧装置与消弧线圈并列运行防止谐振误动的流程示意图；
图3为本发明的典型应用示意图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例1
针对中性点经消弧线圈接地的系统，主动干预型消弧装置需要快速的分辨系统的不平衡电压是由消弧线圈引起的中性点谐振造成，还是由于系统发生接地导致的。本实施例提供了一种主动干预型消弧装置与消弧线圈并联运行防误动方法，本实施例根据系统三相电压特征，快速区分消弧线圈中性点串联谐振和系统接地。参看图2，本实施例的具体步骤如下：
S1、主动干预型消弧装置通过数据采集模块获取系统的三相电压和零序电压。
S2、对步骤S1采集的电压信号进行数字带通滤波，考虑到带通滤波的上下2个截至频率的衰减均衡，采用切比雪夫II型构建传递函数，得到的传递函数如下：
y(0)b(0)+y(1)*b(1)+y(2)*b(2)+y(3)*b(3)＝x(0)*a(0)+x(1)*a(1)+x(2)*a(2)+x(3)*a(3)
其中：y表示系统输出函数；x表示系统输入函数；[b(0)、b(1)、b(2)、b(3)]、[a(0)、a(1)、a(2)、a(3)]为两组常数向量；向量a[4]＝[0.099,-0.396,0.594,-0.396,0.099]；向量b[4]＝[1,-3.980,5.943,-3.945,0.982]；x(0)、x(1)、x(2)、x(3)为输入函数x的4次采样值，y(0)、y(1)、y(2)、y(3)为输出函数y的4次相应值。通过该滤波函数，可以得到保留40-100Hz的基波信号，滤除了2分频以下，3倍频以上的电压信号。
S3、使用滤波后的电压信号，合成负序电压信号：
Uf＝Ua+Ub*j(∠120°)+Uc*j(∠-120°)
Uf表示负序电压；Ua表示A相电压；Ub表示B相电压；Uc表示C相电压。
S4、通过导数法快速计算三相电压、零序电压，在三相电压和零序电压发生突变时，启动后续判据S5，电压突变计算方法如下：
U＝sqrt(u1*u1+u2*u2-2*u1*u2*cosDT)*cosDT/√2
其中，cosDT为基波电压常数，此方法计算简单，运算速度快，在带通滤波的基础上可以有效降低计算误差，再配合DSP快速浮点数运算可以实时地进行电压计算。U1为时刻1电压采样值；U2为时刻2电压采样值；Sqrt为开根运算。
S5、计算电压发生突变时刻的瞬时负序电压数值，即根据步骤S3采样及式Uf＝Ua+Ub*j(∠120°)+Uc*j(∠-120°)计算所得负序电压值。
负序电压持续5ms大于阈值，判定为系统发生接地，控制对应的故障相开关合闸，否则判定为系统发生消弧线圈串联谐振，闭锁装置进行接地判断，防止谐振误动。
本实施例通过采样及算法识别主动干预型消弧装置与消弧线圈并列运行过程中的谐振状态，从而避免将谐振故障错误判断为单相接地故障，保证了主动干预型消弧装置与消弧线圈并列运行的故障相判别的安全和可靠。
实施例2
本实施例的一种主动干预型消弧装置与消弧线圈并联运行防误动系统，包括数据采集模块、带通滤波模块、负序电压合成模块、突变量检测模块和快速计算模块；其中：
数据采集模块：获取系统的三相电压和零序电压；
带通滤波模块：对采集的电压信号进行数字带通滤波；
负序电压合成模块：对滤波后的电压信号合成负序电压信号；
突变量检测模块：通过导数法快速计算三相电压、零序电压，检测三相电压和零序电压的突变；
快速计算模块：计算电压发生突变时刻的瞬时负序电压值；
负序电压值持续一段时间大于阈值，判定为系统发生接地，控制对应的故障相开关合闸，否则判定为系统发生消弧线圈串联谐振，闭锁装置进行接地判断，防止谐振误动。
参考图3，主动干预型消弧装置安装于中性点经消弧线圈接地的系统的母线位置，使用采集模块实时采集系统的三相电压和零序电压，在采集到数据之后，通过带通滤波和电压合成，得到系统滤波之后的三相电压、零序电压以及负序电压，通过导数法快速计算得到系统电压的有效值。
以A相瞬时故障为例，在系统发生A相接地时，系统不平衡产生，三相电压和零序发生突变，消弧线圈开始补偿系统的接地电流，进一步加大了系统的不平衡。负序电压同时开始突变，装置判定A相发生接地，并快速将A相电压合闸，将系统发生的不稳定接地主动转移到柜内。在开关合闸△t时间之后，接地开关分闸，由于是A相瞬时接地，此时系统中接地已经消失，发生中性点谐振，零序电压不断衰减，三相电压忽高忽低。系统计算负序电压，负序电压不超过阈值，判定系统接地故障消除，闭锁接地故障判定t1秒。t2(<t1)秒之后系统谐振结束，装置解除闭锁状态。
通过此种方法，可以有效的解决由于中性点接入消弧线圈造成的中性点串联谐振误动作的问题，保证主动干预型消弧装置与消弧线圈并列运行的安全和可靠。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种主动干预型消弧装置与消弧线圈并联运行防误动方法，其特征在于，其步骤为：
步骤S1、获取系统的三相电压和零序电压；
步骤S2、对步骤S1采集的电压信号进行数字带通滤波；
步骤S3、使用滤波后的电压信号，合成负序电压信号；
步骤S4、通过导数法快速计算三相电压、零序电压，在三相电压和零序电压发生突变时，启动后续判据步骤S5；
步骤S5、根据步骤S3的采样，计算电压发生突变时刻的瞬时负序电压值；负序电压值持续一段时间大于阈值，判定为系统发生接地，控制对应的故障相开关合闸，否则判定为系统发生消弧线圈串联谐振，闭锁装置进行接地判断，防止谐振误动。
2.根据权利要求1所述的一种主动干预型消弧装置与消弧线圈并联运行防误动方法，其特征在于：步骤S1通过主动干预型消弧装置的数据采集模块获取系统的三相电压和零序电压，主动干预型消弧装置安装于中性点经消弧线圈接地的系统的母线位置。
3.根据权利要求1所述的一种主动干预型消弧装置与消弧线圈并联运行防误动方法，其特征在于：步骤S2采用切比雪夫II型构建传递函数，得到的传递函数如下：
y(0)b(0)+y(1)*b(1)+y(2)*b(2)+y(3)*b(3)＝x(0)*a(0)+x(1)*a(1)+x(2)*a(2)+x(3)*a(3)
上式中，[b(0)、b(1)、b(2)、b(3)]、[a(0)、a(1)、a(2)、a(3)]为两组常数向量，x(0)、x(1)、x(2)、x(3)为输入函数x的4次采样值，y(0)、y(1)、y(2)、y(3)为输出函数y的4次相应值。
4.根据权利要求3所述的一种主动干预型消弧装置与消弧线圈并联运行防误动方法，其特征在于：步骤S2中具体设置向量a[4]＝[0.099,-0.396,0.594,-0.396,0.099]，向量b[4]＝[1,-3.980,5.943,-3.945,0.982]，通过该滤波传递函数，得到保留40-100Hz的基波信号，滤除2分频以下，3倍频以上的电压信号。
5.根据权利要求3或4所述的一种主动干预型消弧装置与消弧线圈并联运行防误动方法，其特征在于：步骤S3利用下式合成负序电压信号：
Uf＝Ua+Ub*j(∠120°)+Uc*j(∠-120°)
其中，Uf表示合成的负序电压，Ua表示A相电压，Ub表示B相电压，Uc表示C相电压。
6.根据权利要求5所述的一种主动干预型消弧装置与消弧线圈并联运行防误动方法，其特征在于：步骤S4电压突变计算方法如下：
U＝sqrt(u1*u1+u2*u2-2*u1*u2*cosDT)*cosDT/√2
其中，cosDT为基波电压常数，u1为时刻1电压采样值，u2为时刻2电压采样值；Sqrt表示开根运算。
7.根据权利要求6所述的一种主动干预型消弧装置与消弧线圈并联运行防误动方法，其特征在于：步骤S5中负序电压持续5ms大于阈值，判定为系统发生接地故障。
8.一种主动干预型消弧装置与消弧线圈并联运行防误动系统，其特征在于：包括数据采集模块、带通滤波模块、负序电压合成模块、突变量检测模块和快速计算模块；其中：
数据采集模块：获取系统的三相电压和零序电压；
带通滤波模块：对采集的电压信号进行数字带通滤波；
负序电压合成模块：对滤波后的电压信号合成负序电压信号；
突变量检测模块：通过导数法快速计算三相电压、零序电压，检测三相电压和零序电压的突变；
快速计算模块：计算电压发生突变时刻的瞬时负序电压值；
负序电压值持续一段时间大于阈值，判定为系统发生接地，控制对应的故障相开关合闸，否则判定为系统发生消弧线圈串联谐振，闭锁装置进行接地判断，防止谐振误动。
9.根据权利要求8所述的一种主动干预型消弧装置与消弧线圈并联运行防误动系统，其特征在于：所述的数据采集模块为主动干预型消弧装置的数据采集模块，主动干预型消弧装置安装于中性点经消弧线圈接地的系统的母线位置。
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