直流电网接地故障在线定位与保护系统的制作方法

本发明涉及直流电网继电保护，尤其涉及一种直流电网接地故障在线定位与保护系统。

背景技术：

1、直流电网作为现代电力系统的重要组成部分，越来越多地被用于长距离电力传输、分布式能源接入和电网稳定控制等多个领域。调研发现，电网在设计和运营过程中，一般会通过针对性地选用优化的接地方式来保障电网的安全性和运行性能。好的接地方案不仅能够显著降低故障状态下的电气危险，包括电火花、电击和火灾等，还可以直接影响电力系统在故障和异常状态下的响应机制，这对于故障在线定位与保护系统至关重要。

2、在直流电网中，常见的接地类型主要包括直接接地、低阻值电阻接地和高阻值电阻接地三种。

3、其中，直接接地系统主要用于“真双极”（true bipolar）系统，这是一种高可靠性和稳定性的电网架构。这种接地方式可以提供一个稳定的电压基准，并能在系统发生故障时迅速地将故障电流导入地面，削弱对其他电网组件的影响。然而这类系统的造价较高。

4、低阻值电阻接地能有效地限制接地故障电流，并有助于快速和准确地进行故障定位，主要包含交流变压器中性点通过低阻值电阻接地和中间级通过低阻值电阻接地两种方案。前者适用于具有交流换流阀的直流电网，而后者理论上可应用于无交流换流阀的直流电网，但在故障在线定位与保护系统中，实际应用相对较少。

5、高阻值电阻接地或悬浮系统通常适用于对接地电流有严格限制的场合，如高精度测量或通信系统。这种接地方式能有效地限制接地故障电流，从而减轻其对系统其他部分的不良影响，但可能增加系统复杂性和成本。在此类电网发生正极或负极对地短路时，另一极的对地电压会比其正常对地电压增加一倍，危害系统的安全性和绝缘材料使用寿命。本发明针对高阻值电阻接地或悬浮直流电网，提供了一套接地故障在线定位与保护系统，可以在这类直流电网发生单点对地短路时，快速定位发生短路的支路，通知指挥中心切除该支路、隔离短路故障，显著提高系统的安全性。

6、目前市面上也存在一些应用于直流电网的接地故障在线定位相关专利技术，例如：中国专利202210609172.3公开了一种基于bp神经网络的直流电网故障检测方法，中国专利202210454893.1公开了一种基于变化量判据的故障判断方法及系统等。虽然已有针对直流电网接地故障和定位的专利技术，但经调研发现它们均有局限性。具体来说，这些方法主要适用于采用交流换流阀的直流电网，在这种情况下，工程师可以通过短暂接地交流变压器中性点来定位接地故障。然而，在没有采用交流换流阀的直流电网中，尚无可在线执行的接地故障定位专利技术。目前，工程师只能通过分区停电来进行故障检测，这不仅耗时，还影响了电网其他设备的运行。

7、针对上述现有技术中直流电网进行故障定位的缺点，本发明提供了一套直流电网接地故障在线定位与保护系统。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提出一种直流电网接地故障在线定位与保护系统，其特征在于：所述系统的基本组成包含：电网对地电压检测装置、定位电流发生装置、切换开关、支路电流检测装置，其中：

2、所述电网对地电压检测装置，用于检测正极对地电压和负极对地电压；所述定位电流发生装置，用于发生一个特定的电流，用于接地故障定位；所述切换开关用于将定位电流发生装置连接与正极和地之间，或者负极和地之间；所述支路电流检测装置，安装与电网的各个支路上，也可以内置与电网各个支路的现有保护装置内，用于确定检测电流的流通路径；所述中压直流，典型范围约为5kv ~ 60kv，典型值20kv。

3、作为进一步的技术方案，所述定位电流发生装置包含：被动型定位电流发生装置和主动型定位电流发生装置。

4、作为进一步的技术方案，被动型定位电流发生装置采用直流电网本身的能量生成测试电流。

5、所述的被动型定位电流发生装置可以由一个电阻和一个电容串联组成，根据需要，可以为电容配置放电电阻，也可以为电容的放电电阻配置放电开关；所述的被动型定位电流发生装置使用时连接于正负极中浮动电极和地之间，可以在二者之间生成一个脉冲电流。

6、作为进一步的技术方案，主动型定位电流发生装置，采用外部电源或者内置电池，以及ac/dc或者dc/dc电力变换装置，主动输出测试电流。

7、所述的主动型定位电流发生装置可以是一组串联的电阻和电容，采用外部电源或者内置电池，向电容充入一定的电压，使用时该电容通过串联的限流电阻向外部放电，生成测试电流脉冲。

8、所述的主动型定位电流发生装置使用时安装于正负极中接地电极和地之间，在二者之间生成一个短时测试电流。

9、作为进一步的技术方案：为正极和负极各自配置独立的所述定位电流发生装置，避免在切换开关动作出现异常时，发生正极和负极之间的直接短路。在正极和辅机各自配置所述定位电流发生装置时，可以共用其中的部分组件，例如限流电阻。

10、作为进一步的技术方案：所述系统的控制方法为：电流发生装置工作前后，比较电网正负极电流之和的变化情况，判断该支路是否发生故障。

11、当支路电网故障位置后，系统通知该支路设备停机，并分断该支路的供电开关，对该支路进行检修。

12、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

13、1、能够快速对直流电网接地故障发生的位置进行定位，显著降低故障状态下的电气危险，包括电火花、电击和火灾等；

14、2、可以快速、准确地对故障进行隔离和检修，不影响非故障支路电网设备的正常运行；

15、3、能够支持直流电网非停机状态的在线检测，系统拓扑简洁，造价低。

技术特征：

1.一种直流电网接地故障在线定位与保护系统，其特征在于：所述系统的基本组成包含：电网对地电压检测装置、定位电流发生装置、切换开关、支路电流检测装置，其中：所述电网对地电压检测装置，用于检测正极对地电压和负极对地电压；所述定位电流发生装置，用于发生一个特定的电流，用于接地故障定位；所述切换开关用于将定位电流发生装置连接与正极和地之间，或者负极和地之间；所述支路电流检测装置，安装与电网的各个支路上，也可以内置与电网各个支路的现有保护装置内，用于确定检测电流的流通路径。

2.根据权利要求1所述的直流电网接地故障在线定位与保护系统，其特征在于：所述定位电流发生装置包含：被动型定位电流发生装置和主动型定位电流发生装置。

3.根据权利要求2所述的直流电网接地故障在线定位与保护系统，其特征在于，被动型定位电流发生装置采用直流电网本身的能量生成测试电流。所述的被动型定位电流发生装置可以由一个电阻和一个电容串联组成，根据需要，可以为电容配置放电电阻，也可以为电容的放电电阻配置放电开关；所述的被动型定位电流发生装置使用时连接于正负极中浮动电极和地之间，可以在二者之间生成一个脉冲电流。

4.根据权利要求2所述的直流电网接地故障在线定位与保护系统，其特征在于，主动型定位电流发生装置，采用外部电源或者内置电池，以及ac/dc或者dc/dc电力变换装置，主动输出测试电流。所述的主动型定位电流发生装置可以是一组串联的电阻和电容，采用外部电源或者内置电池，向电容充入一定的电压，使用时该电容通过串联的限流电阻向外部放电，生成测试电流脉冲；所述的主动型定位电流发生装置使用时安装于正负极中接地电极和地之间，在二者之间生成一个短时测试电流。

5.一种直流电网接地故障在线定位与保护系统，其特征在于：为电网支路的正极和负极配置独立的定位电流发生装置，避免在切换开关动作出现异常时，发生正极和负极之间的直接短路。所述的定位电流发生装置在正极和负极独立配置的过程中，可以共用其中的部分组件，例如限流电阻。

6.一种直流电网接地故障在线定位与保护系统，其特征在于：所述系统的控制方法为：电流发生装置工作前后，比较电网正负极电流之和的变化情况，判断该支路是否发生故障。当支路电网故障位置后，系统通知该支路设备停机，并分断该支路的供电开关，对该支路进行检修。

技术总结
本发明公开了一种直流电网接地故障在线定位与保护系统，该系统包含：电网对地电压检测装置、定位电流发生装置、切换开关和支路电流检测装置。其中，定位电流发生装置由电阻、电容等元件组成，可以为系统提供一个短时测试电流，依据是否采用电源可分为被动型和主动型两种。实际使用过程中，电网所有支路的正极和负极需配置所述定位电流发生装置，通过比较正负极电流之和的变化情况，判断该电网支路是否发生故障。该系统能够对接地故障进行实时定位，通过光纤将数据反馈给指挥中心，对故障支路进行定点切除，有效的避免了大范围的断电检修。

技术研发人员：马永健
受保护的技术使用者：中科智寰（北京）科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15