一种柔性配电网单相接地消弧装置以及消弧方法与流程

1.本发明涉及一种电网接地消弧技术。


背景技术：

2.目前我国配电网大多采用不接地或消弧线圈接地方式消除电弧，流经消弧线圈的电感电流补偿单相接地故障会产生电容电流，该电容电流使残流迅速减小实现快速灭弧；随着配电网电缆线路规模的不断扩大，现有的消弧线圈补偿方式不能满足快速灭弧要求，并联电阻式消弧线圈应运而生；该并联电阻式的消弧线圈以开关投切实现消弧线圈的实时调整，仅能粗调；即并联电阻式的消弧线圈消弧的灵敏度差。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了解决现有的并联电阻式消弧线圈消弧的灵敏度差的问题，提出了一种柔性配电网单相接地消弧装置以及消弧方法。
4.本发明所述的一种柔性配电网单相接地消弧装置包括控制模块和补偿系统；
5.所述控制模块，用于检测配电网的母线是否发生单相故障，并在配电网母线发生单相故障时，生成控制信号；
6.所述补偿系统包括第一消弧线圈l1、第二消弧线圈l2、第一晶闸管vt1和第二晶闸管vt2；
7.所述第一消弧线圈l1的一端与配电网接地线的中性点相连接，第一消弧线圈l1的另一端同时与第二消弧线圈l2的一端、第一晶闸管vt1的阴极以及第二晶闸管vt2的阳极相连；
8.所述第二消弧线圈l2的另一端同时与第一晶闸管vt1的阳极以及第二晶闸管vt2的阴极相连，并接地；
9.所述第一晶闸管vt1的门极以及第二晶闸管vt2的门极同时接收控制信号。
10.进一步的，所述第一晶闸管vt1和第二晶闸管vt2均为门极关断晶闸管。
11.进一步的，第二消弧线圈l2的阻抗值是第一消弧线圈l1阻抗值的10％～20％倍。
12.一种柔性配电网单相接地消弧方法，该消弧方法是基于一种柔性配电网单相接地消弧装置实现的；
13.该消弧方法包括以下步骤：
14.步骤一、初始时补偿系统处于半补偿状态，利用控制模块实时采集补偿系统处于半补偿状态下配电网母线每一时刻的零序电压；
15.步骤二、根据步骤一采集的补偿系统处于半补偿状态下每一时刻配电网母线零序电压，计算半补偿状态下配电网的零序电流新息；
16.步骤三、根据步骤二计算出的半补偿状态下配电网的零序电流新息与控制模块内预设的零序电流新息阈值进行对比，判断计算出的半补偿状态下配电网的零序电流新息与控制模块内预设的零序电流新息阈值是否相同，若不相同，则执行步骤四；否则，执行步骤
九；
17.步骤四、确定出配电网母线具体发生单相故障的位置；
18.步骤五、控制模块生成控制信号，并发送至位于步骤四确定出配电网母线具体发生单相故障位置的补偿系统中，补偿系统处于全补偿状态；
19.步骤六、控制模块采集补偿系统处于全补偿状态下配电网母线每一时刻的零序电压；
20.步骤七、根据步骤六采集的补偿系统处于全补偿状态下每一时刻配电网母线零序电压，计算全补偿状态下配电网的零序电流新息；
21.步骤八、根据步骤七计算出的全补偿状态下配电网的零序电流新息与控制模块内预设的零序电流新息阈值进行对比，判断计算出的全补偿状态下配电网的零序电流新息与控制模块内预设的零序电流新息阈值是否相同，若不相同，则返回执行步骤五；否则，执行步骤九；
22.步骤九、配电网的补偿系统处于半补偿状态运行。
23.进一步的，步骤二中计算半补偿状态下配电网的零序电流新息的具体方法为：在半补偿状态下，用故障后一时刻电流测量值减去故障前一时刻电流测量值，得到电流的差值，该电流的差值即为半补偿状态下配电网的零序电流新息。
24.进一步的，步骤七中计算全补偿状态下配电网的零序电流新息的具体方法为：在全补偿状态下，用故障后一时刻电流测量值减去故障前一时刻电流测量值，得到电流的差值，该电流的差值即为全补偿状态下配电网的零序电流新息。
25.本发明的有益效果为：基于对第一晶闸管vt1和第二晶闸管vt2的控制，实现了对第二消弧线圈l2的接入接出的转换，同时第一消弧线圈l1和第二消弧线圈l2构成了主从式消弧线圈的控制策略，该控制策略是补偿系统的关键，第一晶闸管vt1和第二晶闸管vt2的触发导通角度直接决定了系统的补偿效果；在补偿系统正常运行时，第一消弧线圈l1投入运行，第一晶闸管vt1和第二晶闸管vt2均处于全导通状态，第二消弧线圈l2处于短路状态，补偿系统处于半补偿状态；当配电网母线发生单相故障时，调节第一晶闸管vt1和第二晶闸管vt2的门极，使得第一消弧线圈l1和第二消弧线圈l2串联投入运行，补偿系统进入全补偿状态；根据测得的零序电流新息值，调节第二消弧线圈l2迅速达到全补偿点处，完成故障消弧；在故障消除后，第一晶闸管vt1和第二晶闸管vt2继续全导通运行，第二消弧线圈l2恢复短路状态，使得补偿系统处于半补偿状态，避免消弧后运行在全补偿状态产生过电压；该补偿系统是根据控制模块的检测结果实时的在半补偿状态与全补偿状态切换，因此，该消弧装置消弧的灵敏度较高。
附图说明
26.图1为具体实施方式一中补偿系统的电路图；
27.图2为具体实施方式四所述的一种柔性配电网单相接地消弧方法的流程图。
具体实施方式
28.具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种柔性配电网单相接地消弧装置，该消弧装置包括控制模块和补偿系统；
29.所述控制模块，用于检测配电网的母线是否发生单相故障，并在配电网母线发生单相故障时，生成控制信号；
30.所述补偿系统包括第一消弧线圈l1、第二消弧线圈l2、第一晶闸管vt1和第二晶闸管vt2；
31.所述第一消弧线圈l1的一端与配电网接地线的中性点相连接，第一消弧线圈l1的另一端同时与第二消弧线圈l2的一端、第一晶闸管vt1的阴极以及第二晶闸管vt2的阳极相连；
32.所述第二消弧线圈l2的另一端同时与第一晶闸管vt1的阳极以及第二晶闸管vt2的阴极相连，并接地；
33.所述第一晶闸管vt1的门极以及第二晶闸管vt2的门极同时接收控制信号。
34.在本实施方式中，基于对第一晶闸管vt1和第二晶闸管vt2的控制，实现了对第二消弧线圈l2的接入接出的转换，同时第一消弧线圈l1和第二消弧线圈l2构成了主从式消弧线圈的控制策略，(其中，第一消弧线圈l1为主消弧线圈；第二消弧线圈l2为副消弧线圈)，该控制策略是补偿系统的关键，第一晶闸管vt1和第二晶闸管vt2的触发导通角度直接决定了系统的补偿效果；在补偿系统正常运行时，第一消弧线圈l1投入运行，第一晶闸管vt1和第二晶闸管vt2均处于全导通状态，第二消弧线圈l2处于短路状态，补偿系统处于半补偿状态；当配电网母线发生单相故障时，调节第一晶闸管vt1和第二晶闸管vt2的门极，使得第一消弧线圈l1和第二消弧线圈l2串联投入运行，补偿系统进入全补偿状态；根据测得的零序电流新息值，调节第二消弧线圈l2迅速达到全补偿点处，完成故障消弧；在故障消除后，第一晶闸管vt1和第二晶闸管vt2继续全导通运行，第二消弧线圈l2恢复短路状态，使得补偿系统处于半补偿状态，避免消弧后运行在全补偿状态产生过电压；该补偿系统是根据控制模块的检测结果实时的在半补偿状态与全补偿状态切换，因此，该消弧装置消弧的灵敏度较高。
35.具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种柔性配电网单相接地消弧装置进一步限定，在本实施方式中，所述第一晶闸管vt1和第二晶闸管vt2均为门极关断晶闸管。
36.具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种柔性配电网单相接地消弧装置进一步限定，在本实施方式中，第二消弧线圈l2的阻抗值是第一消弧线圈l1阻抗值的10％～20％倍。
37.具体实施方式四：结合图2说明本实施方式，本实施方式所述的一种柔性配电网单相接地消弧方法，该消弧方法是基于具体实施方式一所述的一种柔性配电网单相接地消弧装置实现的；
38.该消弧方法包括以下步骤：
39.步骤一、初始时补偿系统处于半补偿状态，利用控制模块实时采集补偿系统处于半补偿状态下配电网母线每一时刻的零序电压；
40.步骤二、根据步骤一采集的补偿系统处于半补偿状态下每一时刻配电网母线零序电压，计算半补偿状态下配电网的零序电流新息；
41.步骤三、根据步骤二计算出的半补偿状态下配电网的零序电流新息与控制模块内预设的零序电流新息阈值进行对比，判断计算出的半补偿状态下配电网的零序电流新息与
控制模块内预设的零序电流新息阈值是否相同，若不相同，则执行步骤四；否则，执行步骤九；
42.步骤四、确定出配电网母线具体发生单相故障的位置；
43.步骤五、控制模块生成控制信号，并发送至位于步骤四确定出配电网母线具体发生单相故障位置的补偿系统中，补偿系统处于全补偿状态；
44.步骤六、控制模块测实时采集补偿系统处于全补偿状态下配电网母线每一时刻的零序电压；
45.步骤七、根据步骤六采集的补偿系统处于全补偿状态下每一时刻配电网母线零序电压，计算全补偿状态下配电网的零序电流新息；
46.步骤八、根据步骤七计算出的全补偿状态下配电网的零序电流新息与控制模块内预设的零序电流新息阈值进行对比，判断计算出的全补偿状态下配电网的零序电流新息与控制模块内预设的零序电流新息阈值是否相同，若不相同，则返回执行步骤五；否则，执行步骤九；
47.步骤九、配电网的补偿系统处于半补偿状态运行。
48.在本实施方式中，在步骤三中，如果计算出的半补偿状态下配电网的零序电流新息与控制模块内预设的零序电流新息阈值不同，则认定为配电网母线发生单相故障；配电网的零序阻抗幅值远大于过渡电阻值，则有故障线路的零序电流新息远大于正常线路零序电流新息，据此通过比较各线路零序电流新息，幅值最大者为故障线路；同时在步骤八中如果计算出的全补偿状态下配电网的零序电流新息与控制模块内预设的零序电流新息阈值不相同，则第二消弧线圈l2处于与第一消弧线圈l1串联的状态，则补偿系统处于全补偿状态；只有第一消弧线圈l1处于接入状态，而第二消弧线圈l2处于短路状态，则补偿系统处于半补偿状态。
49.在本实施方式中，控制模块内预设的零序电流新息阈值为非故障线路的零序电流新息；该非故障线路的零序电流新息通过以下公式确定：
[0050][0051]
其中，δi
0m
为控制模块内预设的零序电流新息阈值；z
0m
为故障线路对地零序阻抗；δu0为故障后经第一消弧线圈l1补偿导致零序电压变化值。
[0052]
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式四所述的一种柔性配电网单相接地消弧方法进一步限定，在本实施方式中，步骤二中计算半补偿状态下配电网的零序电流新息的具体方法为：在半补偿状态下，用故障后一时刻电流测量值减去故障前一时刻电流测量值，得到电流的差值，该电流的差值即为半补偿状态下配电网的零序电流新息。
[0053]
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式四所述的一种柔性配电网单相接地消弧方法进一步限定，在本实施方式中，步骤七中计算全补偿状态下配电网的零序电流新息的具体方法为：在全补偿状态下，用故障后一时刻电流测量值减去故障前一时刻电流测量值，得到电流的差值，该电流的差值即为全补偿状态下配电网的零序电流新息。
[0054]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。