基于消弧线圈接入控制短时异态信号的小电流接地选线和调谐方法技术

本发明专利技术公开了基于消弧线圈接入控制短时异态信号的小电流接地选线和调谐方法，包括以下步骤：(1)消弧线圈接入控制短时异态下的信号提取及接地选线；(2)优先接地故障选线的消弧线圈随调式调谐；(3)将消弧线圈投入运行并补偿故障点的电容电流，熄灭电弧；所述步骤(1)中，消弧线圈不接入电力系统中，在电力系统发生单相接地故障时，选线及调谐装置快速采集并分析电力系统的电压及电流信号，准确选择接地故障线路；所述步骤(2)中，预先计算出系统各条线路的额定零序电容电流ICn0N，并存入指定的数据库,故障后利用采集分析所得的数据，结合选线结果和数据库中的数据计算出线路总的额定零序电容电流IC∑0N,以IC∑0N和合理的调谐系数为依据计算出消弧线圈的调谐工作点,然后将消弧线圈正确调谐。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统自动化
，是一种电力系统控制和故障检测技术，适用于解决中性点经消弧线圈接地的小电流接地电力系统的接地故障选线和消弧线圈的调谐问题，具体涉及基于消弧线圈接入控制短时异态信号的小电流接地选线和调谐方法。
技术介绍
我国的配电系统主要采用中性点不接地或经消弧线圈接地的小电流接地运行方式。城市35kV及以下配电网主要采用中性点经消弧线圈接地的方式。小电流接地方式的最大优点是当系统发生单相接地故障时，故障电流较小，不必立即跳闸，系统供电仍能保证线电压的对称性，不影响连续供电。规程规定，这种情况可以继续运行1～2h，在找到故障线路并采取必要的负载转供措施之后将接地故障线路切除。上世纪80年代至今人们已提出了各种小电流接地选线方法，生产出了各种选线装置并得到广泛应用，然而，长期的、大量的实践应用，以及长期的系统性调研都证明，消弧线圈接地系统的小电流接地选线准确率是无法令人满意的。按照规程要求，消弧线圈接地系统基本上全部配备了相应的选线装置，但实际上并未真正投入使用的现象普遍存在，仍然不得不逐路进行人工拉闸断电的方法以确定接地故障线路。而中性点不接地(中性点绝缘)系统的小电流接地选线准确率是令人满意的。中性点经消弧线圈接地的电力系统，当发生单相接地时，基波零序信号没有可被用于选线的特征，只能采用零序谐波信号或时域暂态信号进行选线。谐波含量较小，且不稳定，因而经互感器等信号传送通道及A/D变换后其幅值及相位的准确性很难保证。当然就难以保证选线的准确性了。发生接地后系统的暂态信号与接地发生起始时刻接地相电压的相位(电压的初始相位)有着直接关系，不同的电压初始相位会导致暂态信号的起始值变化很大。很多时候暂态信号很小甚至为零，于是装置采样后算出的暂态信号的误差就很大。因此，基于暂态信号的选线准确率也难以得到保证。近年来，国内对于单相接地故障选线方法的研究按照选线原理的不同分为以下几类：利用稳态信号实现选线的方法；利用接地故障暂态信号实现选线的方法；注入信号寻迹法；附加电阻法；消弧线圈投切电流增量法。这些方法基于不同的原理在复杂的电力系统故障工况下进行选线时表现出各自的优势与不足。其中一.利用稳态信号实现选线的方法,包括基于零序电流基波的选线方法，基于零序谐波电流分量的选线方法，零序电流有功分量法，负序电流法和零序导纳法。1.基于零序电流基波的选线方法,包括(1)零序电流比幅法中性点不接地系统单相接地短路时，流过故障元件的零序电流在数值上等于所有非故障元件对地电容电流之和,即故障线路上的零序电流最大,所以只要通过零序电流幅值大小的比较就可以找出故障线路。但这种方法不能排除电流互感器(CT)不平衡的影响，以及受线路长短、系统运行方式及过渡电阻大小的影响使得零序电流幅值过小而难以检测与比幅。(2)零序电流相对相位法中性点不接地系统中故障线路与非故障线路的零序电流分别为从线路流向母线和从母线流向线路，所以只要比较零序电流方向就可找出故障线路。当存在很短的线路或线路长短悬殊很大时，会产生“时针效应”,相位判断困难，易引起误判且该方法对中性点经消弧线圈接地系统失效。(3)群体比幅比相法其原理是先进行零序电流幅值比较，选出几个幅值较大者作为候选(希望通过选大来避免“时针效应”，但实际上不能完全避免)，在此基础上进行相位比较，选出相位与其它相位相反的电流对应的线路，即为故障线路。该方法基本解决了前两种方法存在的问题。2.基于零序谐波电流分量的选线方法，包括(1)谐波电流方向法随着谐波次数的增加，感抗增大而容抗减小，总能找到一个M使故障线路对M次谐波电流呈感性，从而故障线路与非故障线路的M次谐波电流方向相反，同时所有大于M次谐波的电流均满足这一关系。此法受CT不平衡电流或负荷中M次谐波分量的影响，且谐波次数越高其相对误差越大，选线精度越低。(2)五次谐波分量法由于谐波电流方向原理所使用的高次谐波分量较小，易受干扰，实际运行中多使用五次谐波分量法。从过渡电阻的非线性可知故障点本身就是一个谐波源(金属性接地是经电阻接地发展而来的)，且以基波和奇次谐波为主，而工程实践与理论上都证明系统中的五次谐波含量相对较大，所以使用五次谐波分量为宜。由于零序电流五次谐波分量在谐振接地系统中有着与中性点不接地系统中零序电流基波相同的特点，再利用前述原理(如群体比幅比相法)即可解决中性点经消弧线圈接地系统的选线问题。但负荷中的五次谐波源、CT不平衡电流和过渡电阻大小均会影响选线精度。3.零序电流有功分量法零序电流有功分量是根据线路存在对地电导以及消弧线圈存在电阻损耗，故障电流中含有有功分量，非故障线路和消弧线圈的有功电流方向相同且都经过故障点返回，因此，故障线路有功分量比非故障线路大且方向相反。根据这一特点，可选出故障线路。在设计具体的选线装置时，可利用零序电压与零序电流计算并比较各线路零序有功功率的大小与方向来确定故障线路。有功分量法的优点是不受消弧线圈的影响，但由于故障电流中有功分量非常小并且受线路三相参数不平衡的影响，检测灵敏度低，可靠性得不到保障。4.负序电流法因为小电流接地故障的负序电流具有与零序电流相同的分布特征，所以负序电流法也可以通过比较各线路负序电流的大小与方向选择故障线路。由于负序电源阻抗比较小，故障线路负序电流绝大部分流入了电源回路，使得非故障线路的负序电流比较小，有利于接地选线。但正常运行时线路中也会存在较大的负序电流，并且负序电流的获取远不如零序电流来得简单、准确，所以负序电流法的实际应用效果并不比零序电流法好。5.零序导纳法小电流接地系统的零序网络可以等效为一空载均匀传输线，一般可以忽略线路的阻抗，零序电流主要为对地电容电流和电导泄漏电流。零序导纳法通过在馈线端口测量零序电流与电压来获得故障时各条线路的零序导纳，根据故障线路的零序导纳分布在直角坐标系的第二和第三象限、正常线路的零序导纳分布在第一象限的这一特点来选择故障线路，该算法具有较好的准确性和适应性，但是对于间歇瞬时性接地故障几乎失效。二.利用接地故障暂态过程实现选线的方法，包括1.首半波法首半波原理是基于接地故障发生在相电压接近最大值瞬间这一假设，此时故障相电容电荷通过故障相线路向故障点放电，故障线路分布电容和分布电感具有衰减振荡特性，该电流不经过消弧线圈，所以暂态电感电流的最大值相应于接地故障发生在相电压经过零瞬间，而故障发生在相电压接近于最大值的瞬间时，暂态电感电流为零。此时的暂态电容电流比暂态电感电流大得多，不论是中性点不接地系统还是中性点经消弧线圈接地系统，故障发生瞬间的暂态过程近似相同。利用故障线路暂态零序电流和电压首半波的幅值和方向均与非故障线路不同的特点，即可实现选线。但故障发生在相电压过零值附近时，首半波电流的暂态分量值很小，再加上过渡电阻的影响，易引起方向误判。2.基于小波分析的选线方法单相接地时，故障电压和电流的暂态过程持续时间短并含有丰富的特征量，而稳态时数值较小，因此在接地故障检测中选用一种适合分析其暂态分量的新理论将有利于故障选线。小波分析可对信号进行精确分析，特别是对暂态突变信号和微弱信号的变化较敏感，能可靠地提取出故障特征。根据小波变换的模极大值理论可知，出现故障和噪声会导致信号奇异，而小波变换的模极大值点本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于消弧线圈接入控制短时异态信号的小电流接地选线和调谐方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)消弧线圈接入控制短时异态下的信号提取及接地选线；(2)优先接地故障选线的消弧线圈随调式调谐；(3)将消弧线圈投入运行并补偿故障点的电容电流，熄灭电弧；所述步骤(1)中，消弧线圈不接入电力系统中，在电力系统发生单相接地故障时，选线及调谐装置快速采集并分析电力系统的电压及电流信号，准确选择接地故障线路；所述步骤(2)中，预先计算出系统各条线路的额定零序电容电流ICn0N，并存入指定的数据库,故障后利用采集分析所得的数据，结合选线结果和数据库中的数据计算出线路总的额定零序电容电流IC∑0N,以IC∑0N和合理的调谐系数为依据计算出消弧线圈的调谐工作点,然后将消弧线圈正确调谐。

【技术特征摘要】
1.基于消弧线圈接入控制短时异态信号的小电流接地选线和调谐方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)消弧线圈接入控制短时异态下的信号提取及接地选线；(2)优先接地故障选线的消弧线圈随调式调谐；(3)将消弧线圈投入运行并补偿故障点的电容电流，熄灭电弧；所述步骤(1)中，消弧线圈不接入电力系统中，在电力系统发生单相接地故障时，选线及调谐装置快速采集并分析电力系统的电压及电流信号，准确选择接地故障线路；所述步骤(2)中，预先计算出系统各条线路的额定零序电容电流ICn0N，并存入指定的数据库,故障后利用采集分析所得的数据，结合选线结果和数据库中的数据计算出线路总的额定零序电容电流IC∑0N,以IC∑0N和合理的调谐系数为依据计算出消弧线圈的调谐工作点,然后将消弧线圈正确调谐。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(1)中在中性点与消弧线圈之间串联一个开关K,开关K在系统正常运行时处于断开状态。3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(1)中采用电力...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁志瑞，牛胜锁，林海，陈旭，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北;13