基于消弧线圈精确补偿的多回路线路接地故障选线方法与流程

1.本发明涉及电力系统配电网保护领域，具体涉及基于消弧线圈精确补偿的多回路线路接地故障选线方法。


背景技术：

2.在配电网中广泛采用单塔（杆）多回线的布置形式，有助于节约土地资源，同时由单回线故障发展为多回线故障的事件日益增多，不仅降低了用户供电可靠性，还给供电企业带来巨大的负面影响。配电网发生接地故障后，接地电流为系统的电容电流，经接地电容形成小电流回路，不会过度损坏设备和系统，短时间内不影响连续供电。但发生故障后因时间的延续，故障可能会进一步扩大，引发弧光放电以及系统过电压等现象。因此，发生接地故障时，对配电网故障电流及时补偿并确定故障线路对维护配电网运行具有重大意义。
3.而本技术通过一种相控消弧线圈实现精确补偿，最大限度降低故障电流，在此基础上，提出一种基于暂态零序电流相对极性的多回线故障选线方法，充分利用全部暂态数据，克服了传统暂态算法的不足，成功解决间歇性接地故障的选线问题，判线准确率由原来的70-80%提高到90%以上，同时实现了对多条线路同时接地的判别，经试验测试效果良好，可快速准确的判别故障线路。


技术实现要素：

4.本发明提出了一种通过相控消弧线圈实现精确补偿，最大限度降低故障电流，充分利用全部暂态数据，克服了传统暂态算法的不足，成功解决间歇性接地故障的选线问题的多回路线路接地故障选线方法。
5.具体的，提供了一种基于消弧线圈精确补偿的多回路线路接地故障选线方法，所述多回路线路接地故障选线方法包括以下步骤：步骤1，采集中性点电压信号，并对接地故障发生时刻起预设时间段内每条线路进行若干次采样；步骤2，将中性点电压信号与设定值比较，当中性点电压信号绝对值大于设定值时判定发生接地故障；步骤3，通过相控消弧线圈进行补偿接地故障；步骤4，采集相控消弧线圈精确补偿后每条线路5ms内的暂态零序电流；步骤5，计算馈线的特征值，将特征值进行累加生成累加特征值；步骤6， 将各条馈线依据累加特征值递减的规律进行排序，选取累加特征值为正的线路确定为故障线路。
6.更进一步地，在步骤3中，还包括以下步骤：步骤31，将偏差电流控制在0.1安培以内稳定输出；步骤32，设置滤波支路滤除相控消弧线圈中二次绕组的谐波；步骤33，将相控消弧线圈的一次部分简化为一次电容；
步骤34，在滤波支路设置一个投切开关，利用滤波电容器与系统对地电容分压；步骤35，进行电容电流的测量计算，通过消弧线圈进行精确补偿。
7.更进一步地，在步骤34中，所述投切开关k闭合时，是在和两个电容上的分压：其中，是系统不平衡电压，是相控消弧成套装置一次部分等效电容；是相控消弧成套装置电容；通过分压测量法在电网不平度的情况下计算。
8.更进一步地，在步骤35中，所述电容电流为：其中，为电容电流，为中性点电压，为工频角频率，为系统接地电容；通过相控消弧线圈进行精确补偿，消弧线圈补偿电流计算公式为：其中，l为相控消弧线圈补偿电感，使消弧线圈补偿电感。
9.更进一步地，在步骤5中，馈线的累加特征值ki的函数模型如下：其中，采样次数设定为n，系统馈线总数设定为m，ait为线路暂态零序电流采样值，i表示线路号，t表示采样值对应的采样时刻，ki为计算的累加特征值。
10.更进一步地，在步骤32中，所述滤波支路用于滤除3次谐波和5次谐波。
11.本发明的有益效果包括：本发明中多回路线路接地故障选线方法在发生接地故障后，为了防止故障的扩大，先通过消弧线圈精确补偿，然后针对补偿后的系统，采集相控消弧线圈补偿后每条线路5ms内的暂态零序电压、零序电流，实现多回路故障选线，能够有效提高故障识别和补偿的速度和准确率。
12.本发明通过相控消弧线圈实现配电网故障系统精确补偿，避免故障蔓延扩大，通过中性点电压信号与设定值比较判断接地故障状态，无论故障发生时刻（相角）如何，均可以在接地故障发生后1.1~10.0ms内判断接地并启动补偿输出，相比于当前的60ms甚至几百ms的输出延时，补偿性能显著提升。
13.本发明中快速补偿输出采用了最为可靠的控制算法，使用查表与pid算法相结合，这样既避免的补偿过冲或严重不足带来的残流瞬间过大，同时也达到了最佳的补偿效果。
14.本发明采用了优化的选线算法，结合暂态数据和稳态数据综合选线，特别是基于暂态零序电流相对极性的多回线故障选线方法，充分利用全部暂态数据，克服了传统暂态算法的不足，成功解决间歇性接地故障的选线问题，判线准确率由原来的70-80%提高到90%以上，同时实现了对多条线路同时接地的判别，经试验测试效果良好，可快速准确的判别故障线路,提高供电可靠性。
附图说明
15.图1是本发明实施例提供的一种基于消弧线圈精确补偿的多回路线路接地故障选线方法的流程示意图；图2是本发明实施例提供的一种基于消弧线圈精确补偿的多回路线路接地故障选线方法中设置滤波支路后的相控消弧成套装置的结构示意图；图3是本发明实施例提供的一种基于消弧线圈精确补偿的多回路线路接地故障选线方法中设置滤波支路后相控消弧线圈的结构示意图；图4是本发明实施例提供的一种基于消弧线圈精确补偿的多回路线路接地故障选线方法中设置滤波支路后相控消弧线圈的等效示意图；图5是本发明实施例提供的一种基于消弧线圈精确补偿的多回路线路接地故障选线方法中设置开关后的相控消弧成套装置的等效示意图；图6是本发明实施例提供的一种基于消弧线圈精确补偿的多回路线路接地故障选线方法中仿真结果的示意图。
具体实施方式
16.下面结合附图对本发明的技术方案进行更详细的说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
17.如附图1所示，本发明提供了一种基于消弧线圈精确补偿的多回路线路接地故障选线方法，具体包括以下步骤：步骤1，采集中性点电压信号，并设定中性点电压阈值。
18.步骤2，将中性点电压信号与中性点电压阈值比较，当中性点电压信号绝对值小于中性点电压阈值时配电网没有发生接地故障，当中性点电压信号绝对值大于中性点电压阈值时判定发生接地故障。
19.步骤3，通过相控消弧线圈进行补偿接地故障。
20.正常状态装置实时计算系统的电容电流并存储记录，当接地发生时装置根据计算的容抗值实时补偿一定的触发角度与系统的电容匹配，进而达到补偿故障点电容电流的目的。
21.步骤31，首先接地发生前根据计算的容抗可以查询到最接近补偿容抗对应的两点输出角度，通过线性折算计算出应输出的角度，由于输出角度及阻抗并非全线性，因此查到的角度必然会与实际输出的存在一个小的偏差，通过测试偏差角度一般小于0.1，然后在通过实时采样计算消弧输出的阻抗，确定测量阻抗与计算阻抗存在的偏差，使用pid算法将偏差调节到最小，将系统电容的偏差电流控制在0.1安培以内稳定输出。
22.步骤32，相控消弧线圈的二次绕组，设置两个滤波支路，分别滤除3次、5次谐波。
23.如附图2所示，为了保证一次绕组对外的输出电流畸变率在允许范围内，必须进行滤波；设置滤波支路后的相控消弧成套装置组成如图2所示。
24.如附图3所示，相控消弧线圈是一台一、二次绕组间短路阻抗比较大的单相三绕组变压器。一个二次绕组为控制绕组，其输出端接可控硅，通过调节硅的触发角来调节电感值，相当于一个tcr支路，由tcr电路原理可知，其谐波3次最大，5次次之，7次及以上越来越小，对于相控消弧线圈忽略不计。所以另一个作为滤波绕组的二次绕组，只接两个滤波支路，分别滤除3次、5次谐波。
25.步骤33，将相控消弧成套装置的一次部分简化为一次电容。
26.如附图4所示，消弧线圈在电网正常时的运行状态。正常运行情况下，可控硅不触发，a1-x1绕组为开路状态。两个滤波支路对于工频，等效为一个容量已知的电容器。由于相控消弧线圈励磁阻抗大于10kω，且此时中性点位移电压不大，故可以忽略相控消弧线圈的电感电流，将相控消弧成套装置的一次部分简化为一个接于a、x之间的一次电容。
27.步骤34，在滤波支路设置一个投切开关，基于分压测量法的相控消弧线圈。
28.如附图5所示，在滤波支路设置一个投切开关k，开关k断开时，就是系统不平衡电压。开关闭合时，是系统不平衡电压在系统接地单元电容和相控消弧成套装置一次部分等效电容两个电容上的分压：其中，是系统不平衡电压，是相控消弧成套装置一次部分等效电容；是系统接地单元电容；在开关k断开时测得系统不平衡电压，在开关k闭合时测得两个电容上的分压，为已知值，于是式中只有一个未知数，解方程可得：
由于开关k不受系统不平衡电压的影响，所以分压测量法可以适用于电网不平度的各种情况。
29.步骤35，基于分压测量法的相控消弧线圈，只需在常规相控消弧线圈的基础上增加一只真空接触器或类似的开关，通过投切滤波支路，利用滤波电容器与系统对地电容分压，进行电容电流的测量计算，电容电流计算公式为：其中，为电容电流，为中性点电压，为工频角频率，为系统接地电容。然后通过相控消弧线圈进行精确补偿，消弧线圈补偿电流计算公式为：其中，l为相控消弧线圈补偿电感。使 ，故消弧线圈补偿电感。
30.该方法可以适用于电网不平度的各种情况，在硬件方面，成本低、易于实现；在软件方面，算法复杂度小，精度高。后文所采集的暂态零序电流是基于相控消弧线圈补偿之后系统中各条线路的暂态零序电流，文中无法用公式进行联系。
31.步骤4，采集相控消弧线圈精确补偿后每条线路5ms内的暂态零序电流；发生故障后由正常状态(稳态)到故障状态(稳态)过渡的一般性时间为5ms~10ms，故采集接地故障发生时刻起每条线路5ms内的数据，采样次数n设定为32。
32.步骤5，计算馈线的特征值，将特征值进行累加；馈线的累加特征值ki的函数模型如下：其中，采样次数设定为n，系统馈线总数设定为m，为线路暂态零序电流采样值，i表示线路号，t表示采样值对应的采样时刻，为计算的累加特征值。
33.步骤6，将各条馈线依据累加特征值递减的规律进行排序，选取累加特征值为正的线路确定为故障线路。
34.故障选线装置动作的准确性是确保故障被及时清除的前提条件，对于保护电网免
受过电压的长时间冲击以及预防事故范围扩大具有重要意义。
35.在本实例中，采集接地故障发生时刻起5ms内的数据，采样次数n设定为32，系统馈线总数m设定为5，为线路暂态零序电流采样时刻为t时第i条馈线的采样值，为第i条馈线计算的累加特征值。
36.如附图6所示，在一种实施例中，在仿真模型中设置第一路、第二路a相接地，接地故障过渡电阻rz1、rz2为1ω，通过相控消弧线圈确定的补偿电感值为0. 1433h，第一路出线i1为16.67a，第二路出线i2为33.33a，第三路出线i3为11a，第四路出线i4为17a，第五路出线i5为22a，仿真结果见图6，特征值结果见表1。计算结果中线路1和线路2的特征值为正，故判定线路1和线路2为故障线路，选线正确。
37.表1：各支路零序电流特征值计算结果本发明针对消弧线圈接地系统中发生多回路接地时的故障选线问题，研究制定了基于暂态零序电流相对极性特征函数值选线算法，分别对接地故障发生时刻起预设时间段内每条馈线的暂态零序电流数据进行若干次采样，根据采样次数、配电系统的馈线总数和
各个采样时刻各条馈线的采样数据建立馈线的特征值的函数模型，根据函数模型计算每条馈线的特征值，当特征值为正时，判定线路发生接地故障。
38.基于暂态零序电流相对极性特征函数值选线算法，采集接地故障发生时刻起5ms内的数据，根据特征函数模型计算各馈线的特征值ki，快速准确的判断出多回路接地的线路。与已有算法相比，不受电流互感器的不平衡电流和故障点过渡电阻的干扰，没有对故障点的额外冲击；算法只需采集零序电压、零序电流信号并进行相应的计算分析，可准确判别多回线故障，而且对消弧接地系统、高阻接地故障均适用，对于越来越多的单塔（杆）多回的配电网具有重要意义。
39.本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据实施例和附图公开内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变换或更改的设计，都落入本发明保护的范围。