基于保护配合关系的66kV电网中性点避雷器选型方法与流程

本发明属于电力系统过电压保护
技术领域：
，尤其涉及一种基于保护配合关系的66kv电网中性点避雷器选型方法。
背景技术：
：氧化锌避雷器是电力系统中保护其他电力设备的关键设备，为电网的安全稳定运行提供保障。如何正确选用不同额定电压的避雷器，以及系统内不同位置的避雷器如何配合使用，是值得关注的问题。目前，66kv电网中满足绝缘配合要求的中性点避雷器选型范围过于宽泛，选型随意性较大，额定电压为51kv、54kv、60kv、72kv、75kv、90kv、96kv的中性点避雷器均有应用。然而，实际运行经验表明，中性点避雷器与相线避雷器的不合理配合会导致一系列电网事故发生。例如，某地区发生的一起66kv电网中性点避雷器爆炸事故。由于该66kv电网中性点避雷器选型不当，当系统内长时间频繁发生单相间歇性弧光接地故障时，主变66kv侧中性点暂态过电压引发中性点避雷器频繁动作，致使中性点避雷器热崩溃进而发生爆炸。该66kv电网中性点避雷器选型虽然符合绝缘配合标准规定，满足与主变压器66kv绕组中性点、消弧线圈等被保护对象的绝缘配合要求，但未考虑与系统内相线避雷器的配合问题，在系统发生故障时，中性点避雷器运行工况极差，导致发生爆炸事故的发生，这样就给人们的工作和生活造成不避要的安全隐患。技术实现要素：针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种基于保护配合关系的66kv电网中性点避雷器选型方法。其目的是为了解决66kv电网中性点避雷器与相线避雷器的配合选型的问题的发明目的，有效改善单个避雷器在电网故障下的运行工况，防止单个避雷器频繁动作导致热崩溃爆炸事故的发生，有效提高电网设备运行可靠性。本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：基于保护配合关系的66kv电网中性点避雷器选型方法，包括以下步骤：步骤1.选取满足要求的电压等级的避雷器，求取已选定的相线避雷器直流参考电压与每个备选中性点避雷器直流参考电压的差值；步骤2.通过暂态过电压实测或仿真计算，得到电网总体统计次数单相接地故障的非故障相暂态过电压峰值与中性点暂态过电压峰值，并求出每次单相接地故障时二者的差值，将差值的分布范围按区间进行标记；步骤3.根据差值的分布范围按区间绘制差值的分布直方统计图及差值的累积分布统计图，对累积分布统计图进行平滑曲线拟合，并读取总体统计次数的一半所对应的差值；步骤4.将步骤1求取的避雷器直流参考电压差值分别与步骤3所得到的单相接地故障时的暂态电压差值进行比较，选取直流参考电压与相线避雷器差值接近于总体统计次数的一半所对应的差值的中性点避雷器为最优选型。进一步的，所述步骤1包括：选取满足66kv电网中性点避雷器选型标准要求的所有电压等级的避雷器，分别得到其直流1ma参考电压u1ma中1、u1ma中2、……、u1ma中n，并求取已选定的相线避雷器直流1ma参考电压u1ma相与每个备选中性点避雷器直流1ma参考电压u1ma中i的差值δu1ma1、δu1ma2、……、δu1man。进一步的，所述步骤2包括：通过暂态过电压实测或仿真计算，得到该66kv电网总体统计次数σnδu次单相接地故障的非故障相暂态过电压峰值uph与中性点暂态过电压峰值u0，求出每次单相接地故障时二者的差值δu，并检索出总体统计次数σnδu次单相接地故障中差值δu的最大值δumax及最小值δumin，将差值δu的分布范围[δumin,δumax]等分成m个区间，各区间由低到高分别标记为δu1、δu2、……、δum。进一步的，所述对66kv电网单相接地故障过电压的总体统计次数σnδu越多，得到的最大值δumax、最小值δumin以及总体统计次数的一半所对应的差值越准确。进一步的，所述步骤3包括：根据总体统计次数σnδu中，差值δu落在每个区间δui的次数绘制差值δu的分布直方统计图，再根据分布直方统计图中，差值δu落在≤δui的全部区间的次数绘制差值δu的累积分布统计图；其中，即等于总体统计次数σnδu，对累积分布统计图进行平滑曲线拟合，最终在差值δu累积分布曲线上读取总体统计次数的一半所对应的差值进一步的，所述步骤4包括：将求取的避雷器直流参考电压差值δu1ma1、δu1ma2、……、δu1man分别与所得到的最大值δumax、最小值δumin以及总体统计次数的一半对应的差值进行比较；根据相线-中性点避雷器配合动作关系判定公式，判定两种避雷器的配合动作情况，选取直流1ma参考电压与相线避雷器差值δu1mai接近于的中性点避雷器，即为此66kv电网中性点避雷器与相线避雷器配合的最优选型方案。进一步的，所述相线-中性点避雷器配合动作关系判定公式如下：进一步的，所述相线与中性点避雷器直流参考电压差值δu1ma越大，中性点避雷器先于相线避雷器动作的情况越多，即非故障相暂态过电压峰值uph在参考电压线line1以下的情况越多，相线避雷器的保护作用越难以得到发挥；当相线与中性点避雷器直流参考电压差值δu1ma越小，相线避雷器先于中性点避雷器动作的情况越多，即非故障相暂态过电压峰值uph在line1以上的情况越多，中性点避雷器的保护作用越难以得到发挥。进一步的，所述相线与中性点避雷器直流参考电压差值δu1ma大于非故障相暂态过电压峰值与中性点暂态过电压峰值之间差值δu的最大值δumax时，即非故障相暂态过电压峰值uph总是在line1以下时，66kv电网发生单相接地故障时，中性点避雷器先于相线避雷器动作、相线避雷器不发挥限制过电压作用；当相线与中性点避雷器直流参考电压差值δu1ma小于非故障相暂态过电压峰值与中性点暂态过电压峰值之间差值δu的最小值δumin时，即非故障相暂态过电压峰值uph总是在line1以上时，相线避雷器先于中性点避雷器动作、中性点避雷器不发挥限制过电压作用。进一步的，一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的基于保护配合关系的66kv电网中性点避雷器选型方法的步骤。本发明具有以下优点及有益效果：本发明提出一种基于保护配合关系的66kv电网中性点避雷器选型方法，根据66kv电网多次单相接地故障的非故障相与中性点暂态过电压统计规律，通过相线-中性点避雷器配合动作关系判定公式确定中性点避雷器与相线避雷器配合的最佳选型方案。通过此方法可以使相线及中性点避雷器共同发挥限制过电压的作用，防止出现单个避雷器频繁动作，其他避雷器几乎不动作的情况，有效改善单个避雷器在电网故障下的运行工况，防止单个避雷器频繁动作导致热崩溃，进而造成避雷器爆炸事故，提高电网设备运行可靠性。附图说明本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为本发明66kv电网相线避雷器与中性点避雷器安装位置示意图；图2为本发明数学原理示意图；图3为本发明的一个实施例中66kv电网单相接地故障实测非故障相与中性点暂态过电压峰值差的分布直方统计图；图4为本发明的一个实施例中66kv电网单相接地故障实测非故障相与中性点暂态过电压峰值差的累积分布统计图。图中：t为电力变压器66kv绕组，o为电力变压器66kv绕组中性点，l0为中性点消弧线圈，m0为待选型的中性点避雷器，ma、mb、mc分别为a、b、c相的相线避雷器，line0为零电位参考线，line1为避雷器配合动作参考电位线。具体实施方式为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。下面参照图1-图4描述本发明一些实施例的技术方案。实施例1本发明是一种基于保护配合关系的66kv电网中性点避雷器选型方法，包括以下步骤：步骤1.选取满足要求的电压等级的避雷器，求取已选定的相线避雷器直流参考电压与每个备选中性点避雷器直流参考电压的差值；步骤2.通过暂态过电压实测或仿真计算，得到电网总体统计次数单相接地故障的非故障相暂态过电压峰值与中性点暂态过电压峰值，并求出每次单相接地故障时二者的差值，将差值的分布范围按区间进行标记；步骤3.根据差值的分布范围按区间绘制差值的分布直方统计图及差值的累积分布统计图，对累积分布统计图进行平滑曲线拟合，并读取总体统计次数的一半所对应的差值；步骤4.将步骤1求取的避雷器直流参考电压差值分别与步骤3所得到的单相接地故障时的暂态电压差值进行比较，选取直流参考电压与相线避雷器差值接近于总体统计次数的一半所对应的差值的中性点避雷器为最优选型。实施例2本发明又提供了一种实施例，是一种基于保护配合关系的66kv电网中性点避雷器选型方法，包括以下步骤：s1.选取满足66kv电网中性点避雷器选型标准要求的所有电压等级的避雷器，分别得到其直流1ma参考电压u1ma中1、u1ma中2、……、u1ma中n，并求取已选定的相线避雷器直流1ma参考电压u1ma相与每个备选中性点避雷器直流1ma参考电压u1ma中i的差值δu1ma1、δu1ma2、……、δu1man。其中，直流1ma参考电压(直流1毫安参考电压)是避雷器的基本参数之一，用u1ma来表示，其中，中性点避雷器的该参数表示为u1ma中，第i个备选中性点避雷器的该参数表示为u1ma中i，相线避雷器的该参数表示为u1ma相，相线避雷器与中性点避雷器的直流1ma参考电压之间的差值表示为δu1ma，相线避雷器与第i个备选中性点避雷器的直流1ma参考电压之间的差值表示为δu1mai，若共有n个备选的中性点避雷器，则其直流1ma参考电压分别表示为u1ma中1、u1ma中2、……、u1ma中n，其与相线避雷器直流1ma参考电压u1ma相之间的差值分别表示为δu1ma1、δu1ma2、……、δu1man。s2.通过暂态过电压实测或仿真计算，得到该66kv电网总体统计次数σnδu次单相接地故障的非故障相暂态过电压峰值uph与中性点暂态过电压峰值u0，求出每次单相接地故障时二者的差值δu，并检索出总体统计次数σnδu次单相接地故障中差值δu的最大值δumax及最小值δumin，将差值δu的分布范围[δumin,δumax]等分成m个区间，各区间由低到高分别标记为δu1、δu2、……、δum。s3.根据总体统计次数σnδu中，差值δu落在每个区间δui的次数绘制差值δu的分布直方统计图，再根据分布直方统计图中，差值δu落在≤δui的全部区间的次数绘制差值δu的累积分布统计图，其中，即等于总体统计次数σnδu，对累积分布统计图进行平滑曲线拟合，最终在差值δu累积分布曲线上读取总体统计次数的一半所对应的差值s4.将求取的差值δu1ma1、δu1ma2、……、δu1man分别与所得到的最大值δumax、最小值δumin以及总体统计次数的一半所对应的差值进行比较，根据相线-中性点避雷器配合动作关系判定公式，判定两种避雷器的配合动作情况，选取直流1ma参考电压与相线避雷器差值δu1mai接近于的中性点避雷器，即为此66kv电网中性点避雷器与相线避雷器配合的最优选型方案。步骤s2中对66kv电网单相接地故障过电压的总体统计次数σnδu越多，得到的最大值δumax、最小值δumin以及总体统计次数的一半所对应的差值越准确。所述步骤s4中，相线-中性点避雷器配合动作关系判定公式如下：如图1所示，图1是本发明66kv电网相线避雷器与中性点避雷器安装位置示意图。其中，t为电力变压器66kv绕组；o为电力变压器66kv绕组中性点；l0为中性点消弧线圈；m0为待选型的中性点避雷器；ma、mb、mc分别为a、b、c相的相线避雷器。电力系统发生单相接地故障时，例如a相，非故障相b、c相与中性点o同时出现暂态过电压。根据电力设备基本理论，直流1ma参考电压为避雷器非线性伏安特性的拐点电压，当暂态过电压峰值达到避雷器的直流1ma参考电压时，避雷器开始限制过电压，相线与中性点避雷器直流1ma参考电压的差值δu1ma决定了66kv电网发生单相接地故障时，两种避雷器限制暂态过电压时的配合动作情况。图2为本发明提出的66kv电网中性点避雷器选型方法数学原理示意图。图中line0为零电位参考线，相线避雷器直流1ma参考电压线line1为避雷器配合动作参考电位线。当中性点暂态过电压峰值u0达到中性点避雷器直流1ma参考电压u1ma中i时，若非故障相暂态过电压峰值uph在参考电压线line1以下，则实际发生单相接地故障时，中性点暂态过电压峰值u0先达到中性点避雷器直流1ma参考电压u1ma中i，中性点避雷器先于相线避雷器动作限压；若非故障相暂态过电压峰值uph在参考电压线line1以上，则实际发生单相接地故障时，非故障相暂态过电压峰值uph先达到已选定的相线避雷器直流1ma参考电压u1ma相，相线避雷器先于中性点避雷器动作限压。由上述分析可知，相线与中性点避雷器直流参考电压差值δu1ma越大，中性点避雷器先于相线避雷器动作的情况越多，即非故障相暂态过电压峰值uph在参考电压线line1以下的情况越多，相线避雷器的保护作用越难以得到发挥。进一步地，当相线与中性点避雷器直流参考电压差值δu1ma大于非故障相暂态过电压峰值与中性点暂态过电压峰值之间差值δu的最大值δumax时，即非故障相暂态过电压峰值uph总是在line1以下时，会出现66kv电网发生单相接地故障时，中性点避雷器总是先于相线避雷器动作、相线避雷器基本不发挥限制过电压作用的情况。相反地，相线与中性点避雷器δu1ma越小，相线避雷器先于中性点避雷器动作的情况越多，即非故障相暂态过电压峰值uph在line1以上的情况越多，中性点避雷器的保护作用越难以得到发挥。进一步地，当相线与中性点避雷器直流参考电压差值δu1ma小于非故障相暂态过电压峰值与中性点暂态过电压峰值之间差值δu的最小值δumin时，即非故障相暂态过电压峰值uph总是在line1以上时，会出现相线避雷器总是先于中性点避雷器动作、中性点避雷器基本不发挥限制过电压作用的情况。因此，在相线避雷器直流1ma参考电压u1ma相,即避雷器配合动作参考电位线line1一定的情况下，合理选取中性点避雷器直流1ma参考电压u1ma中i与二者差值δu1mai，使66kv电网出现单相接地暂态过电压时，相线避雷器先于中性点避雷器动作,即中性点暂态过电压峰值u0达到中性点避雷器直流1ma参考电压u1ma中i时，非故障相暂态过电压峰值uph在line1以上时，与中性点避雷器先于相线避雷器动作，即中性点暂态过电压峰值u0达到中性点避雷器参考电压u1ma中i时，非故障相暂态过电压峰值uph在line1以下的情况发生概率尽量接近，促使两种避雷器共同参与限制过电压，平均分担电网暂态过电压的能量冲击，实现相线避雷器与中性点避雷器配合动作的最优化。如图3和图4所示，图3为本发明的一个实施例中66kv电网单相接地故障实测非故障相与中性点暂态过电压峰值差的分布直方统计图；图4为本发明的一个实施例中66kv电网单相接地故障实测非故障相与中性点暂态过电压峰值差的累积分布统计图。由上述中性点避雷器选型原理分析可知，准确掌握66kv电网单相接地故障时非故障相暂态过电压峰值uph、中性点暂态过电压峰值u0及二者差值δu的统计规律，是选取与相线避雷器最优配合的中性点避雷器的重要前提。通过暂态过电压实测或仿真计算，统计66kv电网σnδu次单相接地故障的非故障相暂态过电压峰值uph与中性点暂态过电压峰值u0，求出每次单相接地故障时二者的差值δu，并检索出总体统计次数σnδu次单相接地故障中差值δu的最大值δumax及最小值δumin，将差值δu的分布范围[δumin,δumax]等分成m个区间，各区间由低到高分别标记为δu1、δu2、……、δum。根据总体统计次数σnδu中，差值δu落在每个区间δui的次数绘制差值δu的分布直方统计图，再根据分布直方统计图中，差值δu落在≤δui的全部区间的次数绘制δu的累积分布统计图，其中，即等于总体统计次数σnδu，对累积分布统计图进行平滑曲线拟合，最终在差值δu累积分布曲线上读取总体统计次数的一半所对应的差值则此66kv电网发生单相接地故障时，非故障相与中性点暂态过电压峰值之间差值及的情况发生概率各占50％。据此将相线避雷器与全部备选中性点避雷器直流1ma参考电压差值δu1ma1、δu1ma2、……、δu1man分别与所得到的总体统计次数的一半所对应的差值进行比较，若第i个备选中性点避雷器对应的δu1mai与总体统计次数的一半所对应的差值相接近，则选用此中性点避雷器后，该66kv电网出现单相接地暂态过电压时，相线避雷器先于中性点避雷器动作，即非故障相暂态过电压峰值uph在line1以上时，与中性点避雷器先于相线避雷器动作，即非故障相暂态过电压峰值uph在line1以下的情况发生概率相接近，相线避雷器与中性点避雷器共同参与限制过电压，平均分担电网暂态过电压能量冲击。综上所述，选取直流1ma参考电压与相线避雷器差值δu1mai接近于总体统计次数的一半所对应的差值的中性点避雷器，为66kv电网中性点避雷器与相线避雷器保护配合的最优选型方案。实施例3本发明又提供了一种实施例，某地区66kv电网已选取额定电压96kv的避雷器作为相线避雷器，其直流1ma参考电压u1ma相为140kv。根据本发明提出的方法，选取与相线避雷器最优配合中性点避雷器的步骤如下：步骤1：选取满足66kv电网中性点避雷器选型标准要求的额定电压分别为54kv、60kv、72kv、96kv的避雷器，它们的直流1ma参考电压及其与相线避雷器直流1ma参考电压u1ma相的差值δu1ma1、δu1ma2、……、δu1man见下表。中性点避雷器额定电压54kv60kv72kv96kv直流1ma参考电压78kv85kv103kv140kvδu1mai62kv55kv37kv0kv步骤2：通过暂态过电压实测，统计该66kv电网发生的336次单相接地故障中，非故障相暂态过电压峰值uph与中性点暂态过电压峰值u0，求出每次单相接地故障时二者的差值δu，分别检索出其最大值δumax为61.43kv，最小值δumin为31.47kv，将差值δu的分布范围[31kv,62kv]等分成31个区间，每个区间宽度为1kv，各区间由低到高分别标记为δu1＝[31kv,32kv)、δu2＝[32kv，33kv)、……、δu31＝[61kv,62kv]；步骤3：根据总体统计次数σnδu＝336次单相接地故障中，非故障相与中性点暂态过电压峰值差值δu落在每个区间δui的次数绘制差值δu的分布直方统计图，再根据分布直方统计图中，差值δu落在≤δui的全部区间的总体统计次数绘制差值δu的累积分布统计图。图3、图4分别为本实施例中66kv电网单相接地故障实测非故障相与中性点暂态过电压峰值差的分布直方统计图、累积分布统计图。对累积分布统计图进行平滑曲线拟合，最终在差值δu累积分布曲线上读取总体统计次数的一半次所对应的差值步骤4：将步骤一表格中列出的相线-中性点避雷器参考电压差值δu1ma1、δu1ma2、δu1ma3、δu1ma4分别与所得到的最大值δumax、最小值δumin以及总体统计次数的一半所对应的差值进行比较，根据相线-中性点避雷器配合动作关系判定公式，选取额定电压54kv的中性点避雷器时，δu1ma1＝62kv＞δumax，对应于判定公式中的工况1，则此66kv电网出现单相接地暂态过电压时，中性点避雷器总是先动作，相线避雷器难以发挥限制过电压的作用，中性点避雷器将单独承受暂态过电压的能量冲击，运行工况极差，严重时将引发中性点避雷器爆炸事故；选取额定电压72kv的中性点避雷器时，δu1ma3＝37kv，介于最小值δumin与总体统计次数的一半所对应的差值之间，对应于判定公式中的工况4，则此66kv电网出现单相接地暂态过电压时，相线避雷器先动作的概率较大，中性点避雷器限制过电压的作用相对较小，相线避雷器将主要承受暂态过电压的能量冲击，运行工况较差；选取额定电压96kv的中性点避雷器时，δu1ma4＝0kv＜δumin，对应于判定公式中的工况5，则此66kv电网出现单相接地暂态过电压时，相线避雷器总是先动作，中性点避雷器难以发挥限制过电压的作用，相线避雷器将单独承受暂态过电压的能量冲击，运行工况极差，严重时将引发相线避雷器爆炸事故。选取额定电压60kv的中性点避雷器时，δu1ma＝55kv，与总体统计次数的一半所对应的差值基本相等，对应于判定公式中的工况3，则此66kv电网出现单相接地暂态过电压时，相线避雷器与中性点避雷器先动作的概率均接近50％，配合动作情况良好，共同发挥限制过电压的作用，且能够平均分担暂态过电压的能量冲击，二者运行工况均良好。由此可知，此66kv电网中性点避雷器与相线避雷器保护配合的最优选型方案为选用额定电压60kv的中性点避雷器。本发明所述基于保护配合关系的66kv电网中性点避雷器选型方法，既能保证中性点避雷器与被保护对象之间满足绝缘配合标准要求，又可实现中性点避雷器与相线避雷器的最优配合，使其共同参与限制过电压，防止当66kv电网长时间频繁发生单相接地故障时，出现单个避雷器频繁动作的恶劣工况。实施例4基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例1或2所述的一种基于保护配合关系的66kv电网中性点避雷器选型方法的步骤。本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。当前第1页12