本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，是一種電力系統(tǒng)控制和故障檢測(cè)技術(shù)，適用于解決中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的小電流接地電力系統(tǒng)的接地故障選線和消弧線圈的調(diào)諧問題，具體涉及基于消弧線圈接入控制短時(shí)異態(tài)信號(hào)的小電流接地選線和調(diào)諧方法。

背景技術(shù)：

我國(guó)的配電系統(tǒng)主要采用中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的小電流接地運(yùn)行方式。城市35kV及以下配電網(wǎng)主要采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的方式。小電流接地方式的最大優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障電流較小，不必立即跳閘，系統(tǒng)供電仍能保證線電壓的對(duì)稱性，不影響連續(xù)供電。規(guī)程規(guī)定，這種情況可以繼續(xù)運(yùn)行1～2h，在找到故障線路并采取必要的負(fù)載轉(zhuǎn)供措施之后將接地故障線路切除。

上世紀(jì)80年代至今人們已提出了各種小電流接地選線方法，生產(chǎn)出了各種選線裝置并得到廣泛應(yīng)用，然而，長(zhǎng)期的、大量的實(shí)踐應(yīng)用，以及長(zhǎng)期的系統(tǒng)性調(diào)研都證明，消弧線圈接地系統(tǒng)的小電流接地選線準(zhǔn)確率是無法令人滿意的。按照規(guī)程要求，消弧線圈接地系統(tǒng)基本上全部配備了相應(yīng)的選線裝置，但實(shí)際上并未真正投入使用的現(xiàn)象普遍存在，仍然不得不逐路進(jìn)行人工拉閘斷電的方法以確定接地故障線路。而中性點(diǎn)不接地(中性點(diǎn)絕緣)系統(tǒng)的小電流接地選線準(zhǔn)確率是令人滿意的。

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，基波零序信號(hào)沒有可被用于選線的特征，只能采用零序諧波信號(hào)或時(shí)域暫態(tài)信號(hào)進(jìn)行選線。諧波含量較小，且不穩(wěn)定，因而經(jīng)互感器等信號(hào)傳送通道及A/D變換后其幅值及相位的準(zhǔn)確性很難保證。當(dāng)然就難以保證選線的準(zhǔn)確性了。

發(fā)生接地后系統(tǒng)的暫態(tài)信號(hào)與接地發(fā)生起始時(shí)刻接地相電壓的相位(電壓的初始相位)有著直接關(guān)系，不同的電壓初始相位會(huì)導(dǎo)致暫態(tài)信號(hào)的起始值變化很大。很多時(shí)候暫態(tài)信號(hào)很小甚至為零，于是裝置采樣后算出的暫態(tài)信號(hào)的誤差就很大。因此，基于暫態(tài)信號(hào)的選線準(zhǔn)確率也難以得到保證。

近年來，國(guó)內(nèi)對(duì)于單相接地故障選線方法的研究按照選線原理的不同分為以下幾類：利用穩(wěn)態(tài)信號(hào)實(shí)現(xiàn)選線的方法；利用接地故障暫態(tài)信號(hào)實(shí)現(xiàn)選線的方法；注入信號(hào)尋跡法；附加電阻法；消弧線圈投切電流增量法。這些方法基于不同的原理在復(fù)雜的電力系統(tǒng)故障工況下進(jìn)行選線時(shí)表現(xiàn)出各自的優(yōu)勢(shì)與不足。其中

一.利用穩(wěn)態(tài)信號(hào)實(shí)現(xiàn)選線的方法,包括

基于零序電流基波的選線方法，基于零序諧波電流分量的選線方法，零序電流有功分量法，負(fù)序電流法和零序?qū)Ъ{法。

1.基于零序電流基波的選線方法,包括

(1)零序電流比幅法

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地短路時(shí)，流過故障元件的零序電流在數(shù)值上等于所有非故障元件對(duì)地電容電流之和,即故障線路上的零序電流最大,所以只要通過零序電流幅值大小的比較就可以找出故障線路。但這種方法不能排除電流互感器(CT)不平衡的影響，以及受線路長(zhǎng)短、系統(tǒng)運(yùn)行方式及過渡電阻大小的影響使得零序電流幅值過小而難以檢測(cè)與比幅。

(2)零序電流相對(duì)相位法

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中故障線路與非故障線路的零序電流分別為從線路流向母線和從母線流向線路，所以只要比較零序電流方向就可找出故障線路。當(dāng)存在很短的線路或線路長(zhǎng)短懸殊很大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生“時(shí)針效應(yīng)”,相位判斷困難，易引起誤判且該方法對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)失效。

(3)群體比幅比相法

其原理是先進(jìn)行零序電流幅值比較，選出幾個(gè)幅值較大者作為候選(希望通過選大來避免“時(shí)針效應(yīng)”，但實(shí)際上不能完全避免)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行相位比較，選出相位與其它相位相反的電流對(duì)應(yīng)的線路，即為故障線路。該方法基本解決了前兩種方法存在的問題。

2.基于零序諧波電流分量的選線方法，包括

(1)諧波電流方向法

隨著諧波次數(shù)的增加，感抗增大而容抗減小，總能找到一個(gè)M使故障線路對(duì)M次諧波電流呈感性，從而故障線路與非故障線路的M次諧波電流方向相反，同時(shí)所有大于M次諧波的電流均滿足這一關(guān)系。此法受CT不平衡電流或負(fù)荷中M次諧波分量的影響，且諧波次數(shù)越高其相對(duì)誤差越大，選線精度越低。

(2)五次諧波分量法

由于諧波電流方向原理所使用的高次諧波分量較小，易受干擾，實(shí)際運(yùn)行中多使用五次諧波分量法。從過渡電阻的非線性可知故障點(diǎn)本身就是一個(gè)諧波源(金屬性接地是經(jīng)電阻接地發(fā)展而來的)，且以基波和奇次諧波為主，而工程實(shí)踐與理論上都證明系統(tǒng)中的五次諧波含量相對(duì)較大，所以使用五次諧波分量為宜。由于零序電流五次諧波分量在諧振接地系統(tǒng)中有著與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中零序電流基波相同的特點(diǎn)，再利用前述原理(如群體比幅比相法)即可解決中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的選線問題。但負(fù)荷中的五次諧波源、CT不平衡電流和過渡電阻大小均會(huì)影響選線精度。

3.零序電流有功分量法

零序電流有功分量是根據(jù)線路存在對(duì)地電導(dǎo)以及消弧線圈存在電阻損耗，故障電流中含有有功分量，非故障線路和消弧線圈的有功電流方向相同且都經(jīng)過故障點(diǎn)返回，因此，故障線路有功分量比非故障線路大且方向相反。根據(jù)這一特點(diǎn)，可選出故障線路。在設(shè)計(jì)具體的選線裝置時(shí)，可利用零序電壓與零序電流計(jì)算并比較各線路零序有功功率的大小與方向來確定故障線路。有功分量法的優(yōu)點(diǎn)是不受消弧線圈的影響，但由于故障電流中有功分量非常小并且受線路三相參數(shù)不平衡的影響，檢測(cè)靈敏度低，可靠性得不到保障。

4.負(fù)序電流法

因?yàn)樾‰娏鹘拥毓收系呢?fù)序電流具有與零序電流相同的分布特征，所以負(fù)序電流法也可以通過比較各線路負(fù)序電流的大小與方向選擇故障線路。由于負(fù)序電源阻抗比較小，故障線路負(fù)序電流絕大部分流入了電源回路，使得非故障線路的負(fù)序電流比較小，有利于接地選線。但正常運(yùn)行時(shí)線路中也會(huì)存在較大的負(fù)序電流，并且負(fù)序電流的獲取遠(yuǎn)不如零序電流來得簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確，所以負(fù)序電流法的實(shí)際應(yīng)用效果并不比零序電流法好。

5.零序?qū)Ъ{法

小電流接地系統(tǒng)的零序網(wǎng)絡(luò)可以等效為一空載均勻傳輸線，一般可以忽略線路的阻抗，零序電流主要為對(duì)地電容電流和電導(dǎo)泄漏電流。零序?qū)Ъ{法通過在饋線端口測(cè)量零序電流與電壓來獲得故障時(shí)各條線路的零序?qū)Ъ{，根據(jù)故障線路的零序?qū)Ъ{分布在直角坐標(biāo)系的第二和第三象限、正常線路的零序?qū)Ъ{分布在第一象限的這一特點(diǎn)來選擇故障線路，該算法具有較好的準(zhǔn)確性和適應(yīng)性，但是對(duì)于間歇瞬時(shí)性接地故障幾乎失效。

二.利用接地故障暫態(tài)過程實(shí)現(xiàn)選線的方法，包括

1.首半波法

首半波原理是基于接地故障發(fā)生在相電壓接近最大值瞬間這一假設(shè)，此時(shí)故障相電容電荷通過故障相線路向故障點(diǎn)放電，故障線路分布電容和分布電感具有衰減振蕩特性，該電流不經(jīng)過消弧線圈，所以暫態(tài)電感電流的最大值相應(yīng)于接地故障發(fā)生在相電壓經(jīng)過零瞬間，而故障發(fā)生在相電壓接近于最大值的瞬間時(shí)，暫態(tài)電感電流為零。此時(shí)的暫態(tài)電容電流比暫態(tài)電感電流大得多，不論是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)還是中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，故障發(fā)生瞬間的暫態(tài)過程近似相同。利用故障線路暫態(tài)零序電流和電壓首半波的幅值和方向均與非故障線路不同的特點(diǎn)，即可實(shí)現(xiàn)選線。但故障發(fā)生在相電壓過零值附近時(shí)，首半波電流的暫態(tài)分量值很小，再加上過渡電阻的影響，易引起方向誤判。

2.基于小波分析的選線方法

單相接地時(shí)，故障電壓和電流的暫態(tài)過程持續(xù)時(shí)間短并含有豐富的特征量，而穩(wěn)態(tài)時(shí)數(shù)值較小，因此在接地故障檢測(cè)中選用一種適合分析其暫態(tài)分量的新理論將有利于故障選線。小波分析可對(duì)信號(hào)進(jìn)行精確分析，特別是對(duì)暫態(tài)突變信號(hào)和微弱信號(hào)的變化較敏感，能可靠地提取出故障特征。根據(jù)小波變換的模極大值理論可知，出現(xiàn)故障和噪聲會(huì)導(dǎo)致信號(hào)奇異，而小波變換的模極大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)著采樣數(shù)據(jù)的奇異點(diǎn)，由于噪聲的模極大值隨著尺度的增加而衰減，所以經(jīng)過適當(dāng)?shù)某叨确纸夂蠹纯珊雎栽肼曈绊懚玫捷^理想的暫態(tài)短路信號(hào)。小波變換是把一個(gè)信號(hào)分解成不同尺度和位置的小波之和，利用合適的小波和小波基對(duì)暫態(tài)零序電流的特征分量進(jìn)行小波變換后，易看出故障線路的暫態(tài)零序電流特征分量的幅值包絡(luò)線高于非故障線路，且其特征分量的相位也與非故障線路相反，這樣就能構(gòu)造出利用暫態(tài)信號(hào)的選線判據(jù)。但電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行是復(fù)雜多變的，可能出現(xiàn)暫態(tài)分量小于穩(wěn)態(tài)分量的情況，這時(shí)就應(yīng)對(duì)母線零序電壓和各出線零序電流進(jìn)行基波的小波系數(shù)提取，然后類似地構(gòu)造選線判據(jù)。

3.基于人工智能的選線技術(shù)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊理論是人工智能技術(shù)中比較成熟的技術(shù)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)電氣量與故障間的映射做出判斷。而模糊控制則根據(jù)輸入信號(hào)利用一些常規(guī)的判據(jù)得到選線結(jié)果，根據(jù)模糊理論得到隸屬函數(shù)，最后對(duì)選線結(jié)果信息做出融合得到最后選線結(jié)果。這些方法雖充分利用了現(xiàn)代人工智能方面的技術(shù)，但僅在信號(hào)處理層次上做出了努力，沒有深入分析信號(hào)的本質(zhì)特征，實(shí)際應(yīng)用效果還有待檢驗(yàn)。

三.注入信號(hào)尋跡法

注入信號(hào)尋跡法簡(jiǎn)稱注入信號(hào)法，在發(fā)生接地故障后，通過三相電壓互感器(PT)的中性點(diǎn)向接地線路注入特定頻率(225Hz)的電流信號(hào)，注入信號(hào)會(huì)沿著故障線路經(jīng)接地點(diǎn)注入大地，用信號(hào)探測(cè)器檢測(cè)每一條線路，有注入信號(hào)流過的線路被選為故障線路。該方法的優(yōu)點(diǎn)是不受消弧線圈的影響，不要求裝設(shè)零序電流互感器(CT)，并且用探測(cè)器沿故障線路探測(cè)還可以確定架空線路故障點(diǎn)的位置。其缺點(diǎn)是需要安裝信號(hào)注入設(shè)備。對(duì)于諧振接地電網(wǎng)來說，注入法選線正確率遠(yuǎn)高于前面介紹的幾種方法，但從實(shí)際運(yùn)行結(jié)果來看，還有相當(dāng)一部分故障情況下不能正確選線，主要原因是注入信號(hào)能量受PT的限制而不能太高；同時(shí)，在接地電阻較大時(shí)，健康線路分布電容會(huì)對(duì)注入信號(hào)分流從而干擾正確選線。此外，對(duì)間歇性接地來說，注入的信號(hào)變化不連續(xù)也會(huì)影響正確選線。

四.附加電阻法

在系統(tǒng)發(fā)生單相接地后，先通過裝設(shè)于各線路的零序電流互感器采集各線路的零序電流，然后令并聯(lián)電阻投入運(yùn)行，再次采集各線路的零序電流。將兩次采集的數(shù)據(jù)作比較，求出各線路零序電流的變化量，其中最大者即為接地線路，因?yàn)椴⒙?lián)電阻投入后產(chǎn)生的有功電流僅流過接地點(diǎn)，使接地線路零序電流明顯增加，而其他線路零序電流基本不變。這樣做帶來的問題是使接地電流增大，加大對(duì)故障點(diǎn)絕緣的破壞，很可能導(dǎo)致事故擴(kuò)大，且對(duì)電纜線路來說，這一問題更為突出。同時(shí)，此方法提高了系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)的成本，需要増加并聯(lián)電阻、電阻投切裝置、控制回路、保護(hù)回路等設(shè)備,安裝維護(hù)比較復(fù)雜。

五.消弧線圈投切電流增量法

以配電網(wǎng)中性點(diǎn)位移電壓作為特征量對(duì)配電網(wǎng)單相接地故障進(jìn)行識(shí)別，如果發(fā)生接地故障，消弧線圈對(duì)故障點(diǎn)的接地電流進(jìn)行補(bǔ)償以減小接地電流、熄滅接地弧光；通過斷開中性點(diǎn)與消弧線圈之間的開關(guān)裝置使消弧線圈短時(shí)退出運(yùn)行；通過分析消弧線圈退出前后各條線路零序電流的變化值選出單相接地故障線路；選出故障線路后再次投入消弧線圈，保證消弧線圈發(fā)揮補(bǔ)償效果。此方法對(duì)消弧線圈進(jìn)行了斷開與投入兩次操作，以消弧線圈退出前后故障線路零序電流變化值非0為選線依據(jù)，而隨著過渡電阻的增大，零序電流變化量將急劇減小，故障線路與非故障線路在零序電流變化量上的差別也將減小。實(shí)際上非故障線路零序電流的變化值并不為0，且當(dāng)補(bǔ)償電流不規(guī)范時(shí)，故障線路零序電流的變化不一定符合其判據(jù)，所以此方法可能會(huì)誤選。

有許多裝置采用了綜合選線法，同時(shí)采用多種方法選線，綜合判斷，從原理上可互相彌補(bǔ)，保證選線的準(zhǔn)確性，但實(shí)踐證明，這樣的選線方案也不可靠。

發(fā)明專利201110195040.2設(shè)計(jì)了一種選線方法，在接地故障存續(xù)期間，人為控制退出消弧線圈，然后再將其投入，該方法認(rèn)為消弧線圈退出前后只有發(fā)生接地故障的線路的零序電流有變化，并以此為依據(jù)選出故障電路。實(shí)際上，當(dāng)工程中消弧線圈的補(bǔ)償度不理想時(shí)，接地線路的零序電流增量不一定最大，并且因?yàn)榻拥攸c(diǎn)總有過渡電阻，非故障線路的零序電流也存在著變化。所以這種方法在選線原理上也有較大的缺陷。

中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，其基波零序信號(hào)特征明顯，相互關(guān)聯(lián)關(guān)系簡(jiǎn)單而穩(wěn)定，據(jù)此制定選線原理并用于選線裝置，選線的準(zhǔn)確率能夠令人滿意。

近幾十年以來，本發(fā)明人一直關(guān)注著該技術(shù)領(lǐng)域的科研與實(shí)踐狀況，也有相應(yīng)的研究成果得到應(yīng)用?；诎l(fā)明人的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)走訪以及最近進(jìn)行的全國(guó)性調(diào)研，經(jīng)過深入的研究，提出本發(fā)明，從工程上真正解決我國(guó)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地配電網(wǎng)小電流接地選線不準(zhǔn)確的現(xiàn)狀。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在遍歷各種方法與思路之后，本發(fā)明的思路是“諧振接地電力系統(tǒng)即中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行狀態(tài)下其消弧線圈與中性點(diǎn)保持?jǐn)嚅_的狀態(tài)，以保證系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障之初該系統(tǒng)的中性點(diǎn)不接地，小電流接地選線及消弧線圈調(diào)諧裝置(簡(jiǎn)稱“選線及調(diào)諧裝置”)盡快采集此狀態(tài)下系統(tǒng)的電信號(hào)，并用于生成后續(xù)準(zhǔn)確的接地選線及系統(tǒng)線路總的額定零序電容電流計(jì)算結(jié)果，當(dāng)按照計(jì)算所得的系統(tǒng)線路總的額定零序電容電流將消弧線圈容量調(diào)整完成后，閉合消弧線圈與系統(tǒng)中性點(diǎn)之間的開關(guān)裝置，將消弧線圈接入系統(tǒng)，補(bǔ)償故障點(diǎn)的電容電流，達(dá)到消弧的目的。按照接地選線結(jié)果將接地故障線路從母線上斷開，然后再斷開消弧線圈與系統(tǒng)中性點(diǎn)之間的連接”。

本發(fā)明的技術(shù)方案是基于消弧線圈接入控制短時(shí)異態(tài)信號(hào)的小電流接地選線和調(diào)諧方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)消弧線圈接入控制短時(shí)異態(tài)下的信號(hào)提取及接地選線；

(2)優(yōu)先接地故障選線的消弧線圈隨調(diào)式調(diào)諧；

(3)將消弧線圈投入運(yùn)行并補(bǔ)償故障點(diǎn)的電容電流，熄滅電?。?/p>

所述步驟(1)中，消弧線圈不接入電力系統(tǒng)中，在電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，選線及調(diào)諧裝置快速采集并分析電力系統(tǒng)的電壓及電流信號(hào)，準(zhǔn)確選擇接地故障線路；

所述步驟(2)中，預(yù)先計(jì)算出系統(tǒng)各條線路的額定零序電容電流I_Cn0N，并存入指定的數(shù)據(jù)庫(kù),故障后利用采集分析所得的數(shù)據(jù)，結(jié)合選線結(jié)果和數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)計(jì)算出線路總的額定零序電容電流I_C∑0N,以I_C∑0N和合理的調(diào)諧系數(shù)為依據(jù)計(jì)算出消弧線圈的調(diào)諧工作點(diǎn),然后將消弧線圈正確調(diào)諧。

進(jìn)一步，所述步驟(1)中在中性點(diǎn)與消弧線圈之間串聯(lián)一個(gè)開關(guān)K,開關(guān)K在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)處于斷開狀態(tài)。

進(jìn)一步，所述步驟(1)中采用電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的位移電壓或母線電壓互感器測(cè)出的零序電壓作為特征量，在線連續(xù)監(jiān)測(cè)該特征量以判斷是否發(fā)生單相接地故障。

進(jìn)一步，所述步驟(2)中線路總的額定零序電容電流I_C∑0N通過公式(b)計(jì)算：

$I_{C\mathrm{\Σ}0N}=I_{C\mathrm{\Σ}0}\·\frac{100}{U_0}=I_n\·\frac{100}{U_0}+(I_{Cn1}^{\′}+I_{Cn2}^{\′})\·\frac{100}{U_0}=I_n\·\frac{100}{U_0}+I_{Cn0N}---\left(b\right)$

其中I_Cn0N通過查找數(shù)據(jù)庫(kù)得到；I_n，U₀為采集分析所得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步，所述步驟(3)中補(bǔ)償故障點(diǎn)的電容電流，對(duì)于全補(bǔ)償方式，消弧線圈提供的額定電感電流I_LN應(yīng)滿足I_LN＝3I_C∑0N；對(duì)于非全補(bǔ)償，應(yīng)根據(jù)要求的調(diào)諧系數(shù)對(duì)I_LN進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而計(jì)算出消弧線圈的調(diào)諧工作點(diǎn)；接地故障線路從母線斷開后，恢復(fù)系統(tǒng)中性點(diǎn)與消弧線圈之間的開關(guān)至斷開狀態(tài)。

本發(fā)明的技術(shù)方法有兩個(gè)要點(diǎn)：消弧線圈接入控制短時(shí)異態(tài)下的信號(hào)提取及接地故障選線方法；優(yōu)先接地故障選線的消弧線圈隨調(diào)式調(diào)諧方法。下面將對(duì)上述兩點(diǎn)分別進(jìn)行說明。

1消弧線圈接入控制短時(shí)異態(tài)下的信號(hào)提取及接地故障選線步驟

圖1所示為中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及單相接地故障示意圖。

電力系統(tǒng)中消弧線圈傳統(tǒng)的運(yùn)行方式是，無論系統(tǒng)中有無接地故障發(fā)生，開關(guān)K始終保持閉合狀態(tài)，消弧線圈X_p保持在合適的調(diào)諧狀態(tài)，當(dāng)線路上發(fā)生單相接地故障時(shí)，能立即向接地點(diǎn)d提供合適的補(bǔ)償電流，使得接地點(diǎn)d的接地電流很小，從而使接地電弧自行熄滅。

按照本發(fā)明的設(shè)計(jì)，該電力系統(tǒng)中消弧線圈的運(yùn)行方式是，當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)開關(guān)K并不閉合，而是一直保持在斷開狀態(tài)，即消弧線圈不接入到電力系統(tǒng)中，這樣，對(duì)于正常運(yùn)行的電力系統(tǒng)并無影響。采用電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的位移電壓或母線電壓互感器測(cè)出的零序電壓作為特征量，在線連續(xù)監(jiān)測(cè)該特征量以判斷是否發(fā)生單相接地故障。從系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障開始起的短時(shí)間段內(nèi)開關(guān)K仍保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，使消弧線圈仍然處于未接入電力系統(tǒng)的狀態(tài)，此時(shí)消弧線圈并未進(jìn)行消弧，但此狀態(tài)保持的時(shí)間極短，本發(fā)明稱之為“短時(shí)異態(tài)”。選線及調(diào)諧裝置快速采集電力系統(tǒng)在“短時(shí)異態(tài)”中的電壓及電流信號(hào)，提取并分析電壓和電流的信號(hào)特征，準(zhǔn)確選擇出接地故障線路，同時(shí)，將消弧線圈正確調(diào)諧后，再將開關(guān)K閉合，使消弧線圈投入運(yùn)行，補(bǔ)償接地點(diǎn)的電容電流，熄滅電弧。

“短時(shí)異態(tài)”下的電力系統(tǒng)處于中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式，此時(shí)系統(tǒng)中的零序基波信號(hào)量大、穩(wěn)定、故障特征明確，因而可以保證接地故障線路選擇的可靠性與準(zhǔn)確性。

2優(yōu)先接地故障選線的消弧線圈隨調(diào)式調(diào)諧步驟

一般的消弧線圈隨調(diào)方式是消弧線圈永久性連接在電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)上，即圖1中的K是永久閉合的，當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)消弧線圈并不準(zhǔn)確調(diào)諧，當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障后快速將消弧線圈準(zhǔn)確調(diào)諧。

本發(fā)明采用的消弧線圈隨調(diào)方式是，當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)開關(guān)K并不閉合，而是一直保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，即消弧線圈不接入到系統(tǒng)中，這樣，對(duì)于正常運(yùn)行的電力系統(tǒng)并無影響。采用電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的位移電壓或母線電壓互感器測(cè)出的零序電壓作為特征量，在線連續(xù)監(jiān)測(cè)該特征量以判斷是否發(fā)生單相接地故障。從系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障開始起的短時(shí)間段內(nèi)開關(guān)K仍保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，使消弧線圈仍然處于未接入電力系統(tǒng)的狀態(tài)，此時(shí)消弧線圈并未進(jìn)行消弧，但此狀態(tài)保持的時(shí)間極短，本發(fā)明稱之為“短時(shí)異態(tài)”。選線及調(diào)諧裝置快速采集電力系統(tǒng)在“短時(shí)異態(tài)”中的電壓及電流信號(hào)，計(jì)算出系統(tǒng)在此運(yùn)行方式下線路總的額定零序電容電流I_C∑0N，即當(dāng)發(fā)生金屬性接地時(shí)(此時(shí)圖中R_d＝0)系統(tǒng)中線路總的零序電容電流，以I_C∑0N和合理的調(diào)諧系數(shù)為依據(jù)計(jì)算出消弧線圈的調(diào)諧工作點(diǎn)，將消弧線圈正確調(diào)諧后再將開關(guān)K閉合，使得消弧線圈投入運(yùn)行并能很好地補(bǔ)償故障點(diǎn)的電容電流，熄滅電弧。

本發(fā)明采用的消弧線圈隨調(diào)方式的關(guān)鍵問題之一是如何依據(jù)短時(shí)異態(tài)中測(cè)得的零序電壓及零序電流計(jì)算出I_C∑0N。圖2展示了第n條線路的A相d點(diǎn)單相接地后短時(shí)異態(tài)下的零序信號(hào)分布，此時(shí)開關(guān)K斷開，消弧線圈不起作用，消弧線圈支路電流為零，在作用下所有電流均為容性，所以下述計(jì)算不計(jì)它們的相位，采用代數(shù)運(yùn)算。在作用下系統(tǒng)線路零序電容電流的總和的大小與流入接地點(diǎn)的零序電流的大小相等，如式(a)。

$I_{C\mathrm{\Σ}0}=I_{d0}=\left(\underset{i=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{Ci}^{\′}\right)+(I_{Cn1}^{\′}+I_{Cn2}^{\′})=I_n+(I_{Cn1}^{\′}+I_{Cn2}^{\′})---\left(a\right)$

可將I_C∑0歸算至I_C∑0N：

$I_{C\mathrm{\Σ}0N}=I_{C\mathrm{\Σ}0}\·\frac{100}{U_0}=I_n\·\frac{100}{U_0}+(I_{Cn1}^{\′}+I_{Cn2}^{\′})\·\frac{100}{U_0}=I_n\·\frac{100}{U_0}+I_{Cn0N}---\left(b\right)$

式中：I_C∑0為在作用下系統(tǒng)線路零序電容電流的總和；I_d0為短時(shí)異態(tài)下流入接地點(diǎn)的零序電流；I′_Ci，I′_Cn1，I′_Cn2為在作用下各條非故障線路的零序電容電流及故障線路以接地點(diǎn)為分界的兩段線路的零序電容電流；I_n為接地故障線路首端的零序電流；以100為假設(shè)發(fā)生金屬性接地時(shí)零序電壓互感器二次側(cè)輸出電壓的伏特值；U₀為短時(shí)異態(tài)下零序電壓互感器二次側(cè)輸出電壓的伏特值；I_Cn0N是第n條線路的額定零序電容電流。

預(yù)先算出系統(tǒng)中各條線路的額定零序電容電流I_Cn0N，并存入指定的數(shù)據(jù)庫(kù)中，在利用式(b)計(jì)算I_C∑0N之前查表取出相應(yīng)的I_Cn0N。假設(shè)采用全補(bǔ)償方式時(shí)，消弧線圈應(yīng)該提供的額定電感電流I_LN應(yīng)滿足I_LN＝3I_C∑0N；當(dāng)要求不是全補(bǔ)償時(shí)，可參照前式并按照補(bǔ)償度的要求對(duì)I_LN做適當(dāng)調(diào)整，進(jìn)而計(jì)算出消弧線圈的調(diào)諧工作點(diǎn)。

本發(fā)明的有益效果

本發(fā)明的消弧線圈接入控制短時(shí)異態(tài)下的信號(hào)提取及接地故障選線方法，創(chuàng)造了一種短時(shí)異態(tài)運(yùn)行方式并提取該狀態(tài)下的電氣信號(hào)，然后利用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的單相接地故障選線方法進(jìn)行接地故障線路選擇，故障信號(hào)穩(wěn)定、特征明確，選線結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。本發(fā)明提出的優(yōu)先接地故障選線的消弧線圈隨調(diào)式方法，利用短時(shí)異態(tài)下的電氣量準(zhǔn)確地計(jì)算出消弧線圈應(yīng)提供的補(bǔ)償電流，從而對(duì)其準(zhǔn)確調(diào)諧，投入后熄滅電弧。

附圖說明

圖1為中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及單相接地故障示意圖。

其中，為消弧線圈補(bǔ)償?shù)碾姼须娏鳎籜_P為消弧線圈電抗；C₁，C₂分別為線路1，線路2三相對(duì)地電容；C_n1，C_n2分別為故障點(diǎn)前、后段線路的每相對(duì)地電容；R_d為過渡電阻；為接地點(diǎn)故障電流。

圖2為第n條線路的A相d點(diǎn)單相接地后短時(shí)異態(tài)下的零序信號(hào)分布圖。

其中，為短時(shí)異態(tài)下流入接地點(diǎn)的零序電流；為在作用下非故障線路1,2的零序電容電流；為故障線路以接地點(diǎn)為分界的兩段線路的零序電容電流；為接地故障線路首端的零序電流；為短時(shí)異態(tài)下零序電壓互感器二次側(cè)輸出電壓的伏特值。

圖3為實(shí)施例中配電系統(tǒng)接線圖。

圖4為實(shí)施例中各條線路首端零序電流信號(hào)波形圖。

圖5為實(shí)施例中運(yùn)用本發(fā)明的調(diào)諧方法補(bǔ)償后接地點(diǎn)殘流波形圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明揭示了消弧線圈接入控制短時(shí)異態(tài)信號(hào)的小電流接地選線和調(diào)諧方法，具體步驟如下：

(1)在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的小電流接地系統(tǒng)中，在中性點(diǎn)與消弧線圈之間串聯(lián)一個(gè)開關(guān)K,開關(guān)K在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)處于斷開狀態(tài)。

(2)采用配電網(wǎng)中性點(diǎn)位移電壓或母線電壓互感器測(cè)出的零序電壓作為特征量，正確識(shí)別配電網(wǎng)是否發(fā)生了單相接地故障。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，短時(shí)間內(nèi)仍不投入消弧線圈進(jìn)行補(bǔ)償，采用基于消弧線圈接入控制短時(shí)異態(tài)下的信號(hào)提取及接地選線方法進(jìn)行信號(hào)采樣以及接地故障選線。

具體的，從系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后開始起的短時(shí)間段內(nèi)開關(guān)K仍保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，使消弧線圈仍然處于未接入電力系統(tǒng)的狀態(tài)，此時(shí)消弧線圈并未進(jìn)行消弧，但此狀態(tài)保持的時(shí)間極短，本發(fā)明稱之為“短時(shí)異態(tài)”。選線及調(diào)諧裝置快速采集電力系統(tǒng)在“短時(shí)異態(tài)”中的電壓及電流信號(hào)，提取并分析電壓和電流的信號(hào)特征，準(zhǔn)確選擇出接地故障線路。

(3)利用信號(hào)采樣裝置采集的信號(hào)，采用優(yōu)先接地故障選線后的消弧線圈隨調(diào)式方法先進(jìn)行系統(tǒng)電容電流的測(cè)算。

具體的，首先預(yù)先算出系統(tǒng)中各條線路的額定零序電容電流I_Cn0N，并存入指定的數(shù)據(jù)庫(kù)中。然后依據(jù)式(b)，利用采集分析所得的數(shù)據(jù)，結(jié)合選線結(jié)果和數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)計(jì)算得到總的額定零序電容電流I_C∑0N,即當(dāng)發(fā)生金屬性接地時(shí)(此時(shí)圖中Rd＝0)系統(tǒng)中線路總的零序電容電流。

$I_{C\mathrm{\Σ}0N}=I_{C\mathrm{\Σ}0}\·\frac{100}{U_0}=I_n\·\frac{100}{U_0}+(I_{Cn1}^{\′}+I_{Cn2}^{\′})\·\frac{100}{U_0}=I_n\·\frac{100}{U_0}+I_{Cn0N}---\left(b\right)$

基于不同配電網(wǎng)絡(luò)對(duì)補(bǔ)償度的不同要求，假設(shè)采用全補(bǔ)償方式時(shí)，消弧線圈應(yīng)該提供的額定電感電流I_LN應(yīng)滿足I_LN＝3I_C∑0N；當(dāng)要求不是全補(bǔ)償時(shí)，可參照前式并按照補(bǔ)償度的要求對(duì)I_LN做適當(dāng)調(diào)整，進(jìn)而計(jì)算出消弧線圈的調(diào)諧工作點(diǎn)。以I_C∑0N為依據(jù)將消弧線圈正確調(diào)諧后，再將開關(guān)K閉合，使得消弧線圈投入運(yùn)行并能很好地補(bǔ)償故障點(diǎn)的電容電流，熄滅電弧。

(4)將接地故障線路從母線斷開后，恢復(fù)系統(tǒng)中性點(diǎn)與消弧線圈之間的開關(guān)K至斷開狀態(tài)。

實(shí)施例

下面根據(jù)某一具體配電網(wǎng)建立仿真模型作為實(shí)例，采用本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)單相接地故障選線及消弧線圈的調(diào)諧功能。本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)也可以從實(shí)施例的說明和附圖中看出。圖3中的10kV配電網(wǎng)有6條線路，將6條線路各自的零序電容電流數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。

在線路4首端模擬單相經(jīng)電阻接地故障，故障發(fā)生于0.025s，接地電阻500Ω。故障后快速采集各條線路首端零序電流信號(hào)(圖4)，進(jìn)行信號(hào)處理，分析得出各條線路的零序電流幅值與相位情況，選出故障線路。

通過信號(hào)處理與數(shù)據(jù)分析可得，故障線路為第5出線。其基波零序電流幅值為11.5845A，為其余非故障線路基波零序電流幅值的4-6倍；故障線路的基波零序電流相位為-144.9063°，與非故障線路基波零序電流反相。各線路首端零序電流波形如圖4所示。

依據(jù)公式(b)，對(duì)測(cè)得的故障線路4首端零序電流進(jìn)行歸算并加上數(shù)據(jù)庫(kù)中故障線路(第4出線)的額定零序電容電流數(shù)據(jù)后可得到I_C∑0N，據(jù)此對(duì)消弧線圈進(jìn)行調(diào)諧。圖5展示了消弧線圈調(diào)諧并投入之后接地點(diǎn)的殘流波形，可以看出，利用本發(fā)明的調(diào)諧方式，在0.105s時(shí)刻投入消弧線圈后使接地點(diǎn)殘流幅值從16A減少至0.6A以下，調(diào)諧準(zhǔn)確且補(bǔ)償效果極佳。

綜上所述，通過本發(fā)明所敘述的方法可以準(zhǔn)確地選出故障線路，并對(duì)消弧線圈進(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)諧，再結(jié)合選線結(jié)果指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員準(zhǔn)確切除故障線路，達(dá)到保障配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的目的。本發(fā)明按照上述實(shí)施例進(jìn)行了說明、驗(yàn)證，但上述實(shí)施例不以任何形式限定本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的形式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。