一种利用电容器储能放电识别配电线路短路永久性故障与瞬时性故障的方法与流程

本发明属于配电网继电保护领域，特别涉及一种利用电容器储能放电识别配电线路永久故障与瞬时故障的方法。

背景技术：

电力系统重合闸对于提升电网供电可靠性具有重要意义，当线路故障引起保护动作开关跳闸以后，重合闸装置在预先设定的延时时间到达以后驱动开关自动重合，若故障为瞬时性，则重合成功，快速恢复供电；若故障为永久性故障，则重合失败，保护再次动作，开关再次跳闸。但是上述重合闸策略存在一个较大的问题就是：重合前并不区分瞬时性和永久性故障，重合本身带有一定的试探性，若重合到永久性故障，则会导致电力系统在短时间内承受短路电流的两次冲击。为了解决上述问题，需研究电力系统的瞬时性和永久性故障识别方法。

目前，在输电线路的瞬时和永久故障判别方面主要有如下方法：

1、基于瞬时性故障恢复电压的方法。

其利用输电线路上的工频恢复电压进行瞬时性与永久性故障判别，根据单相跳闸后线路上是否存在电容耦合电压来区分瞬时性和永久性故障；

2、基于瞬时性故障电弧特性的方法。

其中包含基于二次电弧电压、基于一次电弧电压、基于一次电弧电压和电流、基于一次二次电弧电压的方法。

基于二次电弧电压的方法其原理是利用瞬时故障时产生的二次电弧电压是一个熄灭、复燃的过程，电弧的非线性特性将使弧道上的电压含有高频分量，从而使与之相连的线路上同样含有高频分量，通过检测线路电压的高频分量来区别瞬时性与永久性故障。

基于一次电弧电压的方法其原理是利用瞬时故障较大电弧电压的存在，电弧电压由于电弧电阻的非线性而产生畸变，存在高频分量，从而使母线电压也含有高频分量，通过检测故障后母线电压的谐波来区分瞬时性与永久性故障。

基于一次电压、电流的方法其原理是根据一次电弧电压、电流采取最小二乘法求取故障点处的电弧电压，并根据该电弧电压的幅值来区分瞬时性和永久性故障。

基于一次、二次电弧电压的方法是根据形态学滤波，将一次和二次电弧特征调整到可比的水平，进而实现瞬时性与永久性故障判别。

3、基于高频通道信号衰减率的方法。

通过利用输电线路高频保护通道的信号传输特性来判别瞬时性与永久性故障。

其余还有利用断开相的自置电压幅值特征、差模电压的幅值等电压型判别方法；针对带并联电抗器的线路，利用测量精度高的电抗器电流进行永久故障判别的研究，以及利用模型参数辨识进行永久故障判别。

但是配电线路的特点有：1、不带并联电抗器；2、三相跳闸；3配电线路自身电容一般比较小。这些特点决定了适用于输电线路的瞬时性与永久性故障判别方法无法应用在配电线路。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种用电容器储能放电识别配电线路短路永久故障与瞬时故障的方法，以解决配电线路瞬时故障与永久故障判断的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用电容器储能放电识别配电线路短路永久性故障与瞬时性故障的方法，包括以下步骤：

1)、在配电线路出线断路器的线路侧三相和地之间并联电容器装置和接地开关；正常运行时线路向并联电容器装置的电容器充电，充电完成后将并联电容器从线路断开，接地开关正常时始终处于打开状态；

2)、当配电线路故障引起出线断路器三相跳开后，经过设定时间后，根据故障类型的不同选择不同的并联电容器投入并配合接地开关的动作，根据电容器投入后一段时间内的电压变化特征识别故障性质为瞬时性故障或永久性故障。

进一步的，并联电容器装置包括依次连接的整流电路、预充电及旁路开关电路、并联电容器、双向可控开关电路和线路故障检测装置及逻辑电路；预充电及旁路开关电路还连接有过压控制电路。

进一步的，步骤2)中所述设定时间为0.5s-1s。

进一步的，步骤2)中，如果故障类型为两相相间故障，则投入两个故障相中任意一相电容器，并将另一故障相接地开关闭合；若故障类型为两相接地故障，则投入两相电容器；若故障类型为三相故障，投入任意一相电容器，并在另外两个故障相中任选一相将该相接地开关闭合。

进一步的，步骤2)中根据电容器投入后一段时间内的电压变化特征识别故障性质为瞬时性故障或永久性故障，具体为：

当线路属于瞬时性故障，投入电容器时故障已消失，所投电容器通过整个负荷回路放电，电容器两端电压下降较慢；当线路故障为永久性接地故障时，所投电容器通过故障点形成低阻抗放电回路，电容电压则很快下降为零。

相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1)本发明方法在线路正常运行时，从线路取电为电容器充电，当电容器充满时，供电开关断开，此时电容器处于静置状态；成本较低。

2)本发明方法在不需要提供外加电源的情况下，可以稳定的长时间的运行于线路故障检测当中，实现对线路故障检测自供电的要求。

3)本发明方法未采取线路合闸，对非故障回路冲击较小。

4)本发明依靠判别电容器两端电压来识别瞬时和永久性故障，具有信号明显且可靠的优点。

附图说明

图1是电容器及其投切装置原理图。

图2是电容器接入线路示意图(通过aaa点投入电路)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1所示，本发明一种利用电容器储能放电识别配电线路短路永久性故障与瞬时性故障的方法，在配电线路出线断路器的线路侧三相和地之间并联电容器装置和接地开关；正常运行时线路向并联电容器装置的电容器充电，充电完成后将并联电容器从线路断开，接地开关正常时始终处于打开状态。

电容器装置以中性点接地方式并联在配电线路断路器线路侧三相与地之间，包括依次连接的整流电路、预充电及旁路开关电路、并联电容器、双向可控开关电路和线路故障检测装置及逻辑电路。预充电及旁路开关电路还连接有过压控制电路。

请参阅图2所示，当线路正常运行时，电网通过电流互感器向电容器装置供电，经过整流电路成为直流经预充电及旁路开关电路给并联电容器充电，当电容器充满电后，过压控制电路断开旁路开关电路与电容器之间的连接，电容器静置。当线路短路故障引起跳闸断电时，此时双向可控开关电路导通，电容器经开关对线路故障检测装置及逻辑电路进行放电，之后通过线路故障检测装置及逻辑电路判断故障类型，若是永久故障则发出允许重合闸信号，瞬时故障则闭锁重合闸。

本发明方法中电容器装置分相安装。当线路故障三相断路器跳开后，经过足够长的时间(考虑配电线路熄弧过程时间，一般整定为0.5s-1s)，进入利用电容器储能放电识别配电线路短路永久性故障与瞬时性故障的处理流程。若为两相相间故障，则投两个故障相其中任意一相电容器，并将另一故障相接地开关闭合；若为两相接地故障，则两相电容器均投入工作；三相故障则投入任意一相电容器，并在另外两个故障相中任选一相将该相接地开关闭合。当线路属于瞬时性故障，此时故障消失，所投电容器通过负荷电路放电，电容器两端电压下降较慢；而当线路发生永久性接地故障时，则通过故障点形成的低阻抗回路放电，电容电压则很快下降为零。所以可通过区别电容器两端电压的变化特征作为故障性质的判据。

本发明方法算例验证，运用pscad软件进行仿真。以5km长的10kv配电网为例，导线类型为lgj240，所用电容器电容大小为1μf，设置采样频率为20ms采集64个点。配网线路正常运行时，充电开关在0.2s时由电压控制元件判定电容器充满后断开。之后配网ab相发生两相接地短路，此时判断出故障线路后经一段时间(熄弧过程)，ab两相所并联的电容器投入工作，经过仿真观察，若为永久性短路故障时，所投电容器两端电压很快便降为零；若为瞬时性短路故障，电容器两端电压降低较少。建议电压判据设置为3kv。电容器投入2ms后采集电压大于判据电压则为瞬时性故障。