一种自产供电源型接地故障补偿系统及故障线的选线方法与流程

本发明涉及配电网技术领域，尤其涉及一种自产供电源型接地故障补偿系统及故障线的选线方法。

背景技术：

国内外配电网单相接地故障占80％以上，严重影响电网及设备的安全运行，安全处理接地故障对社会及经济发展有重要作用。当系统的电容电流大于10a以上时，采用消弧线圈接地方式。消弧线圈能够在一定程度上减少故障电流，系统可带故障运行2小时，但消弧线圈不能实现全补偿，故障点依然存在小于10a的残流，残流的存在可引起人身触电、火灾事故，以及严重威胁电网和设备的安全稳定运行。当系统的电容电流较大时，多采用小电阻接地方式，当发生单相接地故障时，放大故障线路零序电流，继电保护装置快速切除故障线路，但此种接地方式供电可靠性难以保障，且存在高阻接地时，继电保护拒动的风险。

目前通过外接电源对线路过电流进行补偿抑制，在新的全补偿系统下，当补偿系统完全补偿接地电流后，各线路零序电流的幅值和相位只与线路自身参数相关，无法根据稳态幅值或相位选线，现有的如比幅比相等选线方法在自产供电电源型接地故障补偿系统补偿作用下均不能准确选线。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明人提出通过两次改变自产供电电源型接地故障补偿器的输出电压，系统非故障相零序电流幅值变化极小，而故障线路零序电流变化较大，根据这一明显特征，能够准确、快速地判定接地线路，给故障处理提供依据。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

本发明的一种自产供电源型接地故障补偿系统包括线相变换器、投切开关、电压电流采集器和控制器，所述线相变换器与母线连接，所述线相变换器与母线连接后通过投切开关接入系统的中性点，所述控制器的输入端与母线的电压互感器连接，所述电压电流采集器串接于投切开关与中性点之间，所述电压电流采集器的输出端与控制器的输入端连接，所述控制器的输出端分别与投切开关和线相变换器的输入端连接。

进一步，所述线相变换器将母线的线电压变为与母线的电压相位相反，幅值相同的反相电压，该电压即能够完全补偿接地故障点电流。所述线相变换器包括相供电电源产生器和供电电源相位补偿器，所述相供电电源产生器的联结形式为dy或zy或yd或yy的形式，所述相供电电源相位补偿器联结形式为dyn或zyn或yyn。

进一步，所述控制器通过电压互感器判断母线的接地相，当发生接地故障时，控制器控制投切开关闭合相应的相，通过线相变换器输出的与母线的电压相位相反，幅值相同的反相电压来完全补偿接地故障点的电流。

本发明的一种自产供电源型接地故障补偿系统的故障线的选线方法具体按以下步骤执行：

s1:系统发生单相接地后，所述线相变换器输出第一补偿电压，完全补偿接地电流，所述电压电流采集器记录当前线相变换器注入系统的电流为第一注入电流，记录当前线相变换器输出的电压为第一特征电压，记录任意线路零序电流为第一线路零序电流；

s2:控制器调节线相变换器输出电压为第二特征电压，记录在第二特征电压下的各线路零序电流幅值为第二零序电流集合；

s3:控制器调节线相变换器输出电压为第三特征电压，记录在第三特征电压下的各线路零序电流幅值为第三零序电流集合；

s4:控制器计算第一零序电流集合和第二零序电流集合对应线路的幅值差值的绝对值为特征零序电流集合；

s5:当特征零序电流集合中所有元素均小于幅值特征阈值，则判断为母线接地；否则判定为特征零序电流集合中的最大元素对应的线路为接地线路。

进一步，所述线相变换器输出第一补偿电压将系统在单相接地时故障点的电压和电流抑制为零，即故障相相电压为零。

进一步，在步骤s2中，第二特征电压幅值为第一特征电压的60％-95％。

进一步，在步骤s3中，第三特征电压幅值为第一特征电压的105％-140％。

进一步，幅值特征阈值为第一零序电流集合平均值的1％-10％。

需要说明的是，如何采集所述电压幅值和相位等，是业内已较为成熟的技术，本发明中对此不再赘述。

本发明的有益效果在于：

本发明首创性的提出了在自产供电电源型接地故障补偿系统补偿调节过程中，通过自产供电电源注入电流与线路零序电流相位差的差值这一明显有效的特征值，准确判断接地故障发生线的故障线路。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明的一种自产供电电源型接地故障补偿系统的接地故障线的选线方法流程图；

其中：线相变换器1、投切开关2、控制器3和电压电流采集器4。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明，显然，所描述的实施例仅仅只是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，本发明的一种自产供电源型接地故障补偿系统包括线相变换器1、投切开关2、控制器3和电压电流采集器4，所述线相变换器1与母线连接，所述线相变换器1与母线连接后通过投切开关2接入系统的中性点，所述电压电流采集器4串接于投切开关2与中性点之间，所述电压电流采集器4的输出端与控制器3的输入端连接，所述控制器3的输入端与母线的电压互感器连接，所述控制器3的输出端分别与投切开关2和线相变换器1的输入端连接。

本实施例中，所述线相变换器1将母线的线电压变为与母线的电压相位相反，幅值相同的反相电压，该电压即能够完全补偿接地故障点电流。所述控制器3通过电压互感器判断母线的接地相，当发生接地故障时，控制器3控制投切开关2闭合相应的相，通过线相变换器1输出的与母线的电压相位相反，幅值相同的反相电压来完全补偿接地故障点电流。

本实施例中，所述线相变换器包括相供电电源产生器和供电电源相位补偿器,所述相供电电源产生器的联结形式为dy或zy或yd或yy的形式，所述相供电电源相位补偿器联结形式为dyn或zyn或yyn。

根据变压器原理，相供电电源产生器产生的供电相电源与电网系统供电电源相电压存在相位差且

其中为相供电电源产生器线电压与电网系统对应的线电压之间的相位差，n为[0,11]范围内的整数。

相供电电源产生器的额定电压对本发明的实现没有原理上的冲突或影响，但考虑现有成熟技术和更方便的实现本技术，推荐的相供电电源产生器二次绕组的额定线电压为0.4kv或以上，且在电网系统额定电压内。但相供电电源产生器一次绕组和二次绕组的电压比为k。

相供电电源相位补偿器补偿相供电电源产生器产生的相电压相位差；其输出线电压与输入线电压存在相位差

相供电电源相位补偿器的一次绕组额定电压为相供电电源产生二次次绕组额定电压，相供电电源相位补偿器二次绕组额定线电压为电网系统额定电压，其一次绕组和二次绕组的电压比为1/k。

为更方便的实施本技术，表1给出了部分相供电电源产生器可采用的联结组别以及相应的相供电电源相位补偿器应采用的联结组别。

表1部分相供电电源产生器可采用和相供电电源相位补偿器采用的联结组别

记母线供电电源线电压分别为uab、ubc、uca，母线供电电源相电压分别为ua、ub、uc；记相供电电源产生器输出的线电压分别为uab1、ubc1、uca1，相电压分别为ua1、ub1、uc1，根据变压器原理,dy11联结组别的变压器，二次侧线电压超前于一次侧电压30°，即母线线电压经相供电电源产生器1传递后，将母线线电压uab、ubc、uca转换为相电压ua1、ub1、uc1，并且uab1、ubc1、uca1相角分别超前uab、ubc、uca角度30°如式1：

相供电电源产生器一次绕组与二次绕组的电压比为k；因此，有式2：

记相供电电源相位补偿器输出的线电压为uab2、ubc2、uca2，相电压分别为ua2、ub2、uc2，根据变压器原理,dyn7联结组别的变压器，二次侧线电压滞后于一次侧线电压210°，即uab2、ubc2、uca2相角分别滞后于uab1、ubc1、uca1210°，可用公式表示为式3：

相供电电源相位补偿器一次绕组与二次绕组的电压比为1/k,因此如式4：

根据式1和式3，可得式5：

根据式2和式4，可得式6：

进一步的，由公式7可知:

本实施例中，母线线电压uab、ubc、uca经过相供电电源产生器、相供电电源相位补偿器传递后的uab2、ubc2、uca2相位相反，因此系统母线侧相供电电源电压ua、ub、uc、与经过相供电电源产生器、相供电电源相位补偿器传递后的ua2、ub2、uc2相位相反,幅值相等。

本实施例中，如图1所示，系统包含三条出线，线路1、线路2、线路3的单相对地分布电容分别为0.3uf、0.6uf、1.2uf。其中三条线路的单相对地分布电容数据值的计算为本领域人员公知的常识，在此不再赘述，此时线路3的b相发生单相接地，自产供电电源型接地补偿器进行接地补偿，补偿系统输出第一特征电压(即中性点电压)为5.71kv。线路1、线路2、线路3的第一零序电流集合为1.6a，3.2a,6.4a。取特征阈值为第一零序电流集合平均值的15％为0.56a。取第二特征电压为第一特征电压的99％为5.65kv，此时，线路1、线路2、线路3的第二零序电流集合为1.62a，3.23a,27.2a。取第三特征电压为第一特征电压的101％为5.76kv，此时线路1、线路2、线路3的第二零序电流集合为1.6a，3.2a,6.7a。计算特征零序电流集合为0.02a,0.03a,20.5a。由于线路3对应的特征零序电流为20.5a，大于特征阈值，且为特征零序电流集合中的最大值，判定线路3为接地线路。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。