利用注入电压特征的配电线路相间短路故障性质识别方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种利用注入电压特征的配电线路相间短路故障性质识别方法及系统，利用可控电压源在接收到线路保护装置的保护动作信息和故障相别信息后，向配电线路故障相和非故障相间注入特定频率与幅值的电压探测信号，并实时检测故障两相间探测信号线电压幅值特征，进而识别出故障性质。本发明专利技术利用可控电压源向配电系统注入探测电压信号，故障特征稳定，结合实时监测的相间电压幅值特征进行故障性质识别，识别结果准确度高，无需配置高压电压、电流传感器，实现简单，经济性好。经济性好。经济性好。

【技术实现步骤摘要】
利用注入电压特征的配电线路相间短路故障性质识别方法及系统


[0001]本专利技术属于配电网继电保护
，具体涉及一种利用注入电压特征的配电线路相间短路故障性质识别方法及系统。

技术介绍

[0002]电网作为连接电力生产和电力消费的核心平台，是电力能源可持续发展的关键环节。而其中的配电网则是国民经济和社会发展的重要公共基础设施，随着城市用电负荷的不断增加，人们对配电网可靠性、稳定性和安全性提出了更高要求。近年来，随着我国配电网逐渐升级改造，架空和电缆相混合的线路大量涌现，电缆线路故障率极低，但一旦发生故障往往是永久性故障，因此当线路发生故障后，传统重合闸成功率便逐渐下降。传统重合闸装置是通过设定一个固定的延时时限，延时结束发出重合闸信号，断路器重新闭合，该方式并不预判故障性质而盲目重合，如若重合于永久性故障，则会对配电系统和电力设备带来二次冲击，极大影响配电网安全稳定运行。因此，研究重合前预先判断故障性质的自适应重合闸技术具有深刻意义。
[0003]目前，针对输电线路的自适应重合闸技术研究较多，根据研究对象不同可分为单相自适应重合闸技术研究和三相自适应重合闸技术研究。对于单相而言，主要思路是通过分析故障线路跳闸后仍残留的电磁能量释放过程中所体现出的电气特性(如恢复电压特性、电弧特性)进行故障判别；对于三相而言，则主要基于带并联电抗器的输电线路，通过对系统电感电容参数及电流特征进行模式识别来判别故障性质。但中低压配电线路因相间故障三相跳闸后残余电气能量会迅速衰减，以往输电线路的自适应重合闸研究方法不再适用。<br/>[0004]现有对配电网自适应重合闸研究相对较少，已有技术的方法可分为被动式检测和主动式检测方法。被动式检测方法中，典型的包括：
①
采用附加电路直接将系统上游电源短时间加到故障配电线路，借此产生电气量，通过对其特性进行分析从而判别故障性质，该方法在一定程度上会对上游系统和停电线路造成冲击；
②
基于故障线路上高压电容器对故障线路高频振荡放电产生行波，对该行波特性进行识别来判别故障性质。以上被动式检测方法均是测量分析线路自身短时电气量进行故障性质识别，会受到配电线路自身结构和线路参数等限制，且所获信息可信度需深入探讨。主动式检测方法与传统被动式检测方法的区别是，用于探测的特征电气量由电力电子设备主动发出，主动施加探测信号到断网中，基于故障电气量差异构成判据，其目的在于利用电力电子设备的高可控性，可有效地提高原有被动式保护原理的可靠性和灵敏度。同时主动探测式故障识别实现方式具有很多优势：
①
可以灵活选择注入模式，如单端注入模式或多端注入模式；
②
为增加判别的可靠性，探测信号的幅值和频率可控。其中注入的信号可以多种类型，包括：
①
脉冲信号：控制电力电子器件的瞬时通断，实现电力电子设备中储能元件向线路发出脉冲信号。当注入信号的配电线路路呈阻感性，此时脉冲信号上升沿会发生衰减，影响注入的效果。
②
阶跃信号：在传输线
分布参数模型中，阶跃信号与脉冲信号相似，适用于行波类保护原理。
③
特征频率的正弦信号：向断网线路中注入工频信号的非整数倍的次谐波正弦信号。当配电线路上无故障时，注入特征信号波形相对固定，而配电线路上存在故障时，注入特征信号因故障位置、过渡电阻等因素而在不同监测点呈现出不同的电压电流信息，此时通过观测特征频率下的等效网络阻抗可以进行故障识别。典型如：采用在配电线路低压侧接入由晶闸管控制是否接入的逆变电源，向故障线路施加高压脉冲激励，通过分析故障线路谐波阻抗随频率变化的特性来进行故障识别。但是其故障特征信号的频率成分不稳定，导致故障识别结果不稳定。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中存在的不足，本专利技术提供利用注入电压特征的配电线路相间短路故障性质识别方法及系统，通过注入电压探测信号方式与线路保护装置配合，利用可控电压源在接收到线路保护装置的保护动作信息以后，确定故障相别后，向配电线路故障相和非故障相间注入特定频率与幅值的试探特征信号，并实时检测故障两相间探测信号线电压幅值特征，进而实现故障性质识别。
[0006]本专利技术采用如下的技术方案。
[0007]利用注入电压特征的配电线路相间短路故障性质识别方法，利用可控电压源在接收到线路保护装置的保护动作信息和故障相别信息后，向配电线路故障相和非故障相间注入特定频率与幅值的电压探测信号，并实时检测故障两相间探测信号线电压幅值特征，进而识别出故障性质。
[0008]优选地，故障性质识别判据根据探测信号线电压幅值特征和动作阈值设定，其中动作阈值根据电压探测信号整定；
[0009]采用恒压限流控制策略确定可控电源所注入电压探测信号的特定频率与幅值。
[0010]优选地，所述方法包括以下步骤：
[0011]步骤1、配电线路发生两相相间短路故障时，线路保护装置动作，故障点上游配电线路开关跳闸，同时识别故障相；
[0012]步骤2、延时故障点熄弧时间后利用可控电压源向线路故障相与非故障相间侧注入电压探测信号；
[0013]步骤3、注入电压探测信号期间持续检测故障两相之间的探测信号线电压幅值；
[0014]步骤4、根据故障两相之间探测信号线电压幅值的大小和故障性质识别判据进行瞬间故障和永久性故障性质的识别。
[0015]优选地，步骤1中，正常运行时，故障点上游配电线路开关CB处于闭合状态，当配电线路发生两相相间短路故障，即继电保护装置检测到的线路电流I
k
＞I
set
时，由继电保护装置动作，跳开故障点上游配电线路开关CB，且由继电保护装置识别故障相别，同时通过4G/5G无线通信方式将保护动作信息和故障相别信息发送到利用可控电压源注入电压的故障识别装置；
[0016]其中，设定阈值I
set
＝K
rel
I
k,min
[0017]K
rel
为可靠系数；I
k,min
是配电系统最小运行方式下线路末端两相短路时的短路电流。
[0018]优选地，步骤2中，利用可控电压源注入电压的故障识别装置在收到保护动作信息
和故障相别信息后，延时故障点熄弧时间后闭合注入信号开关，控制可控电源投入工作，实施故障识别的电压控制：
[0019]向配电线路故障相与非故障相间注入频率为f
φ
，幅值为U
φ
的电压探测信号。
[0020]优选地，可控电源的额定容量为2kW，注入信号频率f
φ
为230Hz，幅值U
φ
为400V。
[0021]优选地，步骤2中，若发生的是A、B相间短路故障，则选择在A、C或者B、C相间注入电压探测信号；
[0022]若发生的是B、C相间短路故障，则选择在A、B或者A、C相间注入电压探测信号；
[0023]若发生的是A、C相间短本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.利用注入电压特征的配电线路相间短路故障性质识别方法，其特征在于：利用可控电压源在接收到线路保护装置的保护动作信息和故障相别信息后，向配电线路故障相和非故障相间注入特定频率与幅值的电压探测信号，并实时检测故障两相间探测信号线电压幅值特征，进而识别出故障性质。2.根据权利要求1所述的利用注入电压特征的配电线路相间短路故障性质识别方法，其特征在于：故障性质识别判据根据探测信号线电压幅值特征和动作阈值设定，其中动作阈值根据电压探测信号整定；采用恒压限流控制策略确定可控电源所注入电压探测信号的特定频率与幅值。3.根据权利要求2所述的利用注入电压特征的配电线路相间短路故障性质识别方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤1、配电线路发生两相相间短路故障时，线路保护装置动作，故障点上游配电线路开关跳闸，同时识别故障相；步骤2、延时故障点熄弧时间后利用可控电压源向线路故障相与非故障相间侧注入电压探测信号；步骤3、注入电压探测信号期间持续检测故障两相之间的探测信号线电压幅值；步骤4、根据故障两相之间探测信号线电压幅值的大小和故障性质识别判据进行瞬间故障和永久性故障性质的识别。4.根据权利要求3所述的利用注入电压特征的配电线路相间短路故障性质识别方法，其特征在于：步骤1中，正常运行时，故障点上游配电线路开关CB处于闭合状态，当配电线路发生两相相间短路故障，即继电保护装置检测到的线路电流I
k
＞I
set
时，由继电保护装置动作，跳开故障点上游配电线路开关CB，且由继电保护装置识别故障相别，同时通过4G/5G无线通信方式将保护动作信息和故障相别信息发送到利用可控电压源注入电压的故障识别装置；其中，设定阈值I
set
＝K
rel
I
k,min
K
rel
为可靠系数；I
k,min
是配电系统最小运行方式下线路末端两相短路时的短路电流。5.根据权利要求4所述的利用注入电压特征的配电线路相间短路故障性质识别方法，其特征在于：步骤2中，利用可控电压源注入电压的故障识别装置在收到保护动作信息和故障相别信息后，延时故障点熄弧时间后闭合注入信号开关，控制可控电源投入工作，实施故障识别的电压控制：向配电线路故障相与非故障相间注入频率为f
φ
，幅值为U
φ
的电压探测信号。6.根据权利要求5所述的利用注入电压特...

【专利技术属性】
技术研发人员：王运，史磊，陈海东，王庆，蒙飞，苏波，王鑫，耿天翔，张超，段兵，杨家麒，张静忠，李金东，徐鹤勇，常鹏，李江鹏，卢峰，钟当书，赵磊，孙原，田坤，徐建忠，
申请(专利权)人：国网宁夏电力有限公司，
类型：发明
国别省市：