一种接地故障全补偿系统的限流保护方法及装置与流程

本申请涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种接地故障全补偿系统的限流保护方法及装置。

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。

为能够彻底消除单相接地故障危害，同时保证供电可靠性，国内外提出了诸多完全补偿单相接地故障点电流的方法。例如：瑞典swedishneutral制造的gfn(接地故障中和器)为代表的利用电力电子有源电源实现接地故障全补偿，以及一种配电网接地故障消弧和保护方法(cn102074950a)，技术原理上亦属于有源全补偿。另一方面，还有一种自产供电相电源的接地故障电流补偿系统及方法的专利(cn201910992110.3和cn201910992109.0等)，由于利用相供电电源变换器，并且不存在电力电子电源，其在成本、稳定性方面均有一定优势。

然而，无论何种全补偿技术，接地故障电流补偿系统需要判断接地故障相，然后进行接地补偿。一旦出现接地判相错误，接地故障电流补偿系统会错误投入非故障相，导致接地故障点出现较大的故障电流。该故障电流可能超过电网系统的线路的载流能力，危害电网系统的安全。因此，如何抑制接地故障判错相，全补偿装置引起的短路电流，成为当前亟需解决的行业技术难题。然而，现有技术没有抑制短路电流的方法。

技术实现要素：

本申请提供了一种接地故障全补偿系统的限流保护方法及装置，以解决现有技术中，一旦出现接地判相错误，接地故障电流补偿系统会错误投入非故障相，导致接地故障点出现较大的故障电流。该故障电流可能超过电网系统的线路的载流能力，危害电网系统的安全的问题。

第一方面，本发明提供了一种接地故障全补偿系统的限流保护方法，包括：

获取电网系统的电容电流ic；

根据所述电网系统的电容电流ic，计算限流电抗器的额定热短路电流ibase；

根据所述额定热短路电流ibase，计算所述限流保护电抗器的额定持续电流ie；

根据所述额定热短路电流ibase，计算所述限流保护电抗器的额定电抗值xl；

根据所述限流保护电抗器的额定电抗值xl以及所述额定持续电流ie，计算所述限流保护电抗器的额定容量sl，以使接地故障电流全补偿系统中所包含的额定电抗值为xl，额定容量为sl的限流电抗器，在所述电网系统存在接地故障，且所述接地故障电流全补偿系统对接地故障相判别错误的情况下，将所述接地故障相中的接地故障电流限制在预设阈值之下，所述预设阈值为所述电网系统所能承受的最大电流值；

其中，根据所述电网系统的电容电流ic，按照以下公式计算所述限流电抗器的额定热短路电流ibase：

k为电流限制系数，取值范围为2～6，kt为所述接地故障电流全补偿系统中调压变压器的额定变比。

进一步的，所述根据所述额定热短路电流ibase，计算所述限流保护电抗器的额定持续电流ie，包括：

根据所述额定热短路电流ibase，通过以下公式计算所述限流保护电抗器的额定持续电流ie：

其中，kd为降容系数，取值范围为5～10。

进一步的，所述根据所述额定热短路电流ibase，计算所述限流保护电抗器的额定电抗值xl，包括：

根据所述额定热短路电流ibase，通过以下公式计算所述限流保护电抗器的额定电抗值xl：

其中，为所述电网系统的额定线电压，xt为所述接地故障电流全补偿系统归算至所述电网系统的中性点一侧的漏抗。

进一步的，所述根据所述限流保护电抗器的额定电抗值xl以及所述额定持续电流ie，计算所述限流保护电抗器的额定容量sl，包括：

根据所述限流保护电抗器的额定电抗值xl以及所述额定持续电流ie，通过以下公式计算所述限流保护电抗器的额定容量sl：

sl＝xlie²。

进一步的，所述接地故障电流全补偿系统包括线相变换器1、限流保护电抗器2、分相开关组3、调压变压器4和控制器5；

所述线相变换器1包含相互连接的相供电电源产生器11和相供电电源相位补偿器12，所述相供电电源产生器11与所述电网系统的三相输电线中的每相输电线连接，所述相供电电源相位补偿器12与所述分相开关组3所包含的三个分相开关中的每个分相开关连接，所述控制器5与所述调压变压器4连接，所述控制器5与所述分相开关组3连接，所述调压变压器4的负荷侧与所述电网系统的中性点连接；

所述限流保护电抗器2的第一端与所述调压变压器4的电源侧连接，且所述限流保护电抗器2的第二端与所述分相开关组3所包含的三个分相开关中的每个分相开关连接，所述相供电电源相位补偿器12接地；或者，所述限流保护电抗器2的第一端接地，且所述限流保护电抗器2的第二端与所述相供电电源相位补偿器12连接，所述调压变压器4的电源侧与所述分相开关组3所包含的三个分相开关中的每个分相开关连接。

进一步的，在所述限流保护电抗器2的第一端与所述调压变压器4的电源侧连接，且所述限流保护电抗器2的第二端与所述分相开关组3所包含的三个分相开关中的每个分相开关连接的情况下，所述限流保护电抗器2的第一端的绝缘水平和所述限流保护电抗器2的第二端的绝缘水平与所述调压变压器4的电源侧的绝缘水平一致。

进一步的，在所述限流保护电抗器2的第一端接地，且所述限流保护电抗器2的第二端与所述相供电电源相位补偿器12连接的情况下，所述限流保护电抗器2的第一端的绝缘水平范围为所述调压变压器4的电源侧的绝缘水平的所述限流保护电抗器2的第二端的绝缘水平与所述调压变压器4的电源侧的绝缘水平一致。

第二方面，本发明提供了一种接地故障全补偿系统的限流保护装置，包括：

获取模块，用于获取电网系统的电容电流ic；

第一计算模块，用于根据所述电网系统的电容电流ic，计算限流电抗器的额定热短路电流ibase；

第二计算模块，用于根据所述额定热短路电流ibase，计算所述限流保护电抗器的额定持续电流ie；

第三计算模块，用于根据所述额定热短路电流ibase，计算所述限流保护电抗器的额定电抗值xl；

第四计算模块，用于根据所述限流保护电抗器的额定电抗值xl以及所述额定持续电流ie，计算所述限流保护电抗器的额定容量sl，以使接地故障电流全补偿系统中所包含的额定电抗值为xl，额定容量为sl的限流电抗器，在所述电网系统存在接地故障，且所述接地故障电流全补偿系统对接地故障相判别错误的情况下，将所述接地故障相中的接地故障电流限制在预设阈值之下，所述预设阈值为所述电网系统所能承受的最大电流值；

其中，根据所述电网系统的电容电流ic，按照以下公式计算所述限流电抗器的额定热短路电流ibase：

k为电流限制系数，取值范围为2～6，kt为所述接地故障电流全补偿系统中调压变压器的额定变比。

由以上技术方案可知，本发明实施例提供的一种接地故障全补偿系统的限流保护方法及装置，获取电网系统的电容电流ic；根据所述电网系统的电容电流ic，计算限流电抗器的额定热短路电流ibase；根据所述额定热短路电流ibase，计算所述限流保护电抗器的额定持续电流ie；根据所述额定热短路电流ibase，计算所述限流保护电抗器的额定电抗值xl；根据所述限流保护电抗器的额定电抗值xl以及所述额定持续电流ie，计算所述限流保护电抗器的额定容量sl，以使接地故障电流全补偿系统中所包含的额定电抗值为xl，额定容量为sl的限流电抗器，在所述电网系统存在接地故障，且所述接地故障电流全补偿系统对接地故障相判别错误的情况下，将所述接地故障相中的接地故障电流限制在预设阈值之下，所述预设阈值为所述电网系统所能承受的最大电流值；其中，根据所述电网系统的电容电流ic，按照以下公式计算所述限流电抗器的额定热短路电流ibase：k为电流限制系数，取值范围为2～6，kt为所述接地故障电流全补偿系统中调压变压器的额定变比。这样，在电网系统存在接地故障，且接地故障电流全补偿系统对接地故障相判别错误的情况下，可以将接地故障相中的接地故障电流限制在预设阈值之下，保护电网系统的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种接地故障全补偿系统的限流保护方法的流程图；

图2为本发明提供的接地故障电流全补偿系统的示意图之一；

图3为本发明提供的接地故障电流全补偿系统的示意图之二；

图4为本发明提供的一种限制接地故障相中的接地故障电流的示意图；

图5为本发明提供的一种接地故障全补偿系统的限流保护装置的结构图。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。

参见图1，图1是本发明提供的一种接地故障全补偿系统的限流保护方法的流程图。如图1所示，包括以下步骤：

步骤101、获取电网系统的电容电流ic。

在步骤101中，可以获取电网系统的电容电流ic。

步骤102、根据所述电网系统的电容电流ic，计算限流电抗器的额定热短路电流ibase。

在步骤102中，可以根据电网系统的电容电流ic，计算限流电抗器的额定热短路电流ibase。

步骤103、根据所述额定热短路电流ibase，计算所述限流保护电抗器的额定持续电流ie。

在步骤103中，可以根据额定热短路电流ibase，计算限流保护电抗器的额定持续电流ie。

可选的，所述根据所述额定热短路电流ibase，计算所述限流保护电抗器的额定持续电流ie，包括：

根据所述额定热短路电流ibase，通过以下公式计算所述限流保护电抗器的额定持续电流ie：

其中，kd为降容系数，取值范围为5～10。

需要说明的是，可以通过以下公式计算限流保护电抗器的额定持续电流ie：

其中，kd为降容系数，取值范围可以为5～10。

步骤104、根据所述额定热短路电流ibase，计算所述限流保护电抗器的额定电抗值xl。

在步骤104中，可以根据额定热短路电流ibase，计算限流保护电抗器的额定电抗值xl。

可选的，所述根据所述额定热短路电流ibase，计算所述限流保护电抗器的额定电抗值xl，包括：

根据所述额定热短路电流ibase，通过以下公式计算所述限流保护电抗器的额定电抗值xl：

其中，为所述电网系统的额定线电压，xt为所述接地故障电流全补偿系统归算至所述电网系统的中性点一侧的漏抗。

需要说明的是，可以通过以下公式计算限流保护电抗器的额定电抗值xl：

其中，为电网系统的额定线电压，xt为接地故障电流全补偿系统归算至电网系统的中性点一侧的漏抗。

步骤105、根据所述限流保护电抗器的额定电抗值xl以及所述额定持续电流ie，计算所述限流保护电抗器的额定容量sl，以使接地故障电流全补偿系统中所包含的额定电抗值为xl，额定容量为sl的限流电抗器，在所述电网系统存在接地故障，且所述接地故障电流全补偿系统对接地故障相判别错误的情况下，将所述接地故障相中的接地故障电流限制在预设阈值之下，所述预设阈值为所述电网系统所能承受的最大电流值；其中，根据所述电网系统的电容电流ic，按照以下公式计算所述限流电抗器的额定热短路电流ibase：

k为电流限制系数，取值范围为2～6，kt为所述接地故障电流全补偿系统中调压变压器的额定变比。

在步骤105中，可以根据限流保护电抗器的额定电抗值xl以及额定持续电流ie，计算限流保护电抗器的额定容量sl，以使接地故障电流全补偿系统中所包含的额定电抗值为xl，额定容量为sl的限流电抗器，在电网系统存在接地故障，且接地故障电流全补偿系统对接地故障相判别错误的情况下，将接地故障相中的接地故障电流限制在预设阈值之下。预设阈值为电网系统所能承受的最大电流值。

其中，可以根据电网系统的电容电流ic，按照以下公式计算限流电抗器的额定热短路电流ibase：

k为电流限制系数，取值范围为2～6，kt为接地故障电流全补偿系统中调压变压器的额定变比。

需要说明的是，现有技术中，一旦出现接地判相错误，接地故障电流补偿系统会错误投入非故障相，导致接地故障点出现较大的故障电流。该故障电流可能超过电网系统的线路的载流能力，危害电网系统的安全。

而在本发明中，在电网系统存在接地故障，且接地故障电流全补偿系统对接地故障相判别错误的情况下，可以将接地故障相中的接地故障电流限制在预设阈值之下，保护电网系统的安全。

可选的，所述根据所述限流保护电抗器的额定电抗值xl以及所述额定持续电流ie，计算所述限流保护电抗器的额定容量sl，包括：

根据所述限流保护电抗器的额定电抗值xl以及所述额定持续电流ie，通过以下公式计算所述限流保护电抗器的额定容量sl：

sl＝xlie²。

需要说明的是，可以通过以下公式计算限流保护电抗器的额定容量sl：

sl＝xlie²。

例如，设电网系统的额定线电压为10kv，电网系统的电容电流为100a，取电流限制系数k为4，调压变压器额定变比kt为1/15，计算限流保护电抗器的额定热短路电流ibase为6ka；

取降容系数kd为5，计算限流保护电抗器的额定持续电流ie为1.2ka；

接地故障电流全补偿系统归算至电网系统的中性点一侧的漏抗xt为14.4欧姆，计算限流保护电抗器的额定电抗值xl为0.047欧姆；

最后，计算限流保护电抗器的额定容量sl为68kva。

可选的，所述接地故障电流全补偿系统包括线相变换器1、限流保护电抗器2、分相开关组3、调压变压器4和控制器5；

所述线相变换器1包含相互连接的相供电电源产生器11和相供电电源相位补偿器12，所述相供电电源产生器11与所述电网系统的三相输电线中的每相输电线连接，所述相供电电源相位补偿器12与所述分相开关组3所包含的三个分相开关中的每个分相开关连接，所述控制器5与所述调压变压器4连接，所述控制器5与所述分相开关组3连接，所述调压变压器4的负荷侧与所述电网系统的中性点连接；

所述限流保护电抗器2的第一端与所述调压变压器4的电源侧连接，且所述限流保护电抗器2的第二端与所述分相开关组3所包含的三个分相开关中的每个分相开关连接，所述相供电电源相位补偿器12接地；或者，所述限流保护电抗器2的第一端接地，且所述限流保护电抗器2的第二端与所述相供电电源相位补偿器12连接，所述调压变压器4的电源侧与所述分相开关组3所包含的三个分相开关中的每个分相开关连接。

如图2所示，为本发明提供的接地故障电流全补偿系统的示意图之一；如图3所示，为本发明提供的接地故障电流全补偿系统的示意图之二。

接地故障电流全补偿系统可以包括线相变换器1、限流保护电抗器2、分相开关组3、调压变压器4和控制器5。

线相变换器1可以包含相互连接的相供电电源产生器11和相供电电源相位补偿器12。相供电电源产生器11与电网系统的三相输电线中的每相输电线连接，相供电电源相位补偿器12与分相开关组3所包含的三个分相开关中的每个分相开关连接。控制器5可以与调压变压器4连接，控制器5还可以与分相开关组3连接。调压变压器4的负荷侧可以与电网系统的中性点n连接。

如图2所示，限流保护电抗器2的第一端可以与调压变压器4的电源侧连接，且限流保护电抗器2的第二端可以与分相开关组3所包含的三个分相开关中的每个分相开关连接，相供电电源相位补偿器12可以接地。

或者，如图3所示，限流保护电抗器2的第一端接地，且限流保护电抗器2的第二端与相供电电源相位补偿器12连接，调压变压器4的电源侧可以与分相开关组3所包含的三个分相开关中的每个分相开关连接。

电网系统可以包含交流电源6、变压器7、线圈8以及三相输电线a、b、c。

可选的，在所述限流保护电抗器2的第一端与所述调压变压器4的电源侧连接，且所述限流保护电抗器2的第二端与所述分相开关组3所包含的三个分相开关中的每个分相开关连接的情况下，所述限流保护电抗器2的第一端的绝缘水平和所述限流保护电抗器2的第二端的绝缘水平与所述调压变压器4的电源侧的绝缘水平一致。

进一步的，在限流保护电抗器2的第一端与调压变压器4的电源侧连接，且限流保护电抗器2的第二端与分相开关组3所包含的三个分相开关中的每个分相开关连接的情况下，限流保护电抗器2的第一端的绝缘水平和限流保护电抗器2的第二端的绝缘水平可以与调压变压器4的电源侧的绝缘水平一致。

可选的，在所述限流保护电抗器2的第一端接地，且所述限流保护电抗器2的第二端与所述相供电电源相位补偿器12连接的情况下，所述限流保护电抗器2的第一端的绝缘水平范围为所述调压变压器4的电源侧的绝缘水平的所述限流保护电抗器2的第二端的绝缘水平与所述调压变压器4的电源侧的绝缘水平一致。

进一步的，在限流保护电抗器2的第一端接地，且限流保护电抗器2的第二端与相供电电源相位补偿器12连接的情况下，限流保护电抗器2的第一端的绝缘水平范围可以为调压变压器4的电源侧的绝缘水平的限流保护电抗器2的第二端的绝缘水平可以与调压变压器4的电源侧的绝缘水平一致。

如图4所示，为本发明提供的一种限制接地故障相中的接地故障电流的示意图。如图4所示，电网系统可以包含至少两条线路，分别为第一线路、第二线路以及第n线路等等。第一线路的零序电流为i01；第二线路的零序电流为i02；第n线路的零序电流为i0n。每条线路的零序电流包含三相电流，分别为a相电流、b相电流以及c相电流。在至少两条线路中的第n线路的c相发生单相接地故障的情况下，可以由限流保护电抗器限制电流避免危害电网系统的安全。

并且，电网系统的各线路保护装置可以设置零序电流保护，零序电流保护定值可以根据下式计算：

ith＝kthic

其中，ith为零序电流保护定值；kth为灵敏度系数，取值范围为1-2；ic为电网系统的电容电流。

在接地故障电流超过线路保护装置零序电流保护定值的情况下，可以通过线路保护装置跳开故障线路实现故障隔离。

由以上技术方案可知，本发明实施例提供的一种接地故障全补偿系统的限流保护方法，获取电网系统的电容电流ic；根据所述电网系统的电容电流ic，计算限流电抗器的额定热短路电流ibase；根据所述额定热短路电流ibase，计算所述限流保护电抗器的额定持续电流ie；根据所述额定热短路电流ibase，计算所述限流保护电抗器的额定电抗值xl；根据所述限流保护电抗器的额定电抗值xl以及所述额定持续电流ie，计算所述限流保护电抗器的额定容量sl，以使接地故障电流全补偿系统中所包含的额定电抗值为xl，额定容量为sl的限流电抗器，在所述电网系统存在接地故障，且所述接地故障电流全补偿系统对接地故障相判别错误的情况下，将所述接地故障相中的接地故障电流限制在预设阈值之下，所述预设阈值为所述电网系统所能承受的最大电流值；其中，根据所述电网系统的电容电流ic，按照以下公式计算所述限流电抗器的额定热短路电流ibase：k为电流限制系数，取值范围为2～6，kt为所述接地故障电流全补偿系统中调压变压器的额定变比。这样，在电网系统存在接地故障，且接地故障电流全补偿系统对接地故障相判别错误的情况下，可以将接地故障相中的接地故障电流限制在预设阈值之下，保护电网系统的安全。

参见图5，图5是本发明提供的一种接地故障全补偿系统的限流保护装置的结构图。如图5所示，接地故障全补偿系统的限流保护装置500包括获取模块501、第一计算模块502、第二计算模块503、第三计算模块504和第四计算模块505，其中：

获取模块501，用于获取电网系统的电容电流ic；

第一计算模块502，用于根据所述电网系统的电容电流ic，计算限流电抗器的额定热短路电流ibase；

第二计算模块503，用于根据所述额定热短路电流ibase，计算所述限流保护电抗器的额定持续电流ie；

第三计算模块504，用于根据所述额定热短路电流ibase，计算所述限流保护电抗器的额定电抗值xl；

第四计算模块505，用于根据所述限流保护电抗器的额定电抗值xl以及所述额定持续电流ie，计算所述限流保护电抗器的额定容量sl，以使接地故障电流全补偿系统中所包含的额定电抗值为xl，额定容量为sl的限流电抗器，在所述电网系统存在接地故障，且所述接地故障电流全补偿系统对接地故障相判别错误的情况下，将所述接地故障相中的接地故障电流限制在预设阈值之下，所述预设阈值为所述电网系统所能承受的最大电流值；

其中，根据所述电网系统的电容电流ic，按照以下公式计算所述限流电抗器的额定热短路电流ibase：

k为电流限制系数，取值范围为2～6，kt为所述接地故障电流全补偿系统中调压变压器的额定变比。

接地故障全补偿系统的限流保护装置500能够实现图1的方法实施例中接地故障全补偿系统的限流保护装置实现的各个过程，为避免重复，这里不再赘述。且接地故障全补偿系统的限流保护装置500可以实现在电网系统存在接地故障，且接地故障电流全补偿系统对接地故障相判别错误的情况下，可以将接地故障相中的接地故障电流限制在预设阈值之下，保护电网系统的安全。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。