消弧線圈接地系統(tǒng)故障選線裝置和方法與流程

本發(fā)明涉及電力電網(wǎng)領(lǐng)域，特別是涉及一種消弧線圈接地系統(tǒng)故障選線裝置和方法。

背景技術(shù)：

隨著城市化進(jìn)展加快，配電網(wǎng)中大量使用電纜線路，系統(tǒng)電容電流急劇增加。單相接地故障時容易在故障點(diǎn)形成間歇電弧，威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)行。目前我國在中低壓配網(wǎng)系統(tǒng)中往往采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈的接地方式，消弧線圈產(chǎn)生感性電流補(bǔ)償了接地點(diǎn)的電容電流，能有效的限制發(fā)生單相接地故障時流過接地點(diǎn)的故障電流，達(dá)到滅弧作用，同時會使故障點(diǎn)的殘流很小，從而使選線裝置難以通過殘流來準(zhǔn)確判斷故障位置。

傳統(tǒng)的故障選線方法主要有五次諧波分量法、首半波法等。在單相接地情況下，五次諧波容性電流分布與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中基波容性電流幾乎相同，且數(shù)值上遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于消弧線圈提供的五次諧波感性電流，因此可以利用五次諧波原理進(jìn)行選線，但在實(shí)際運(yùn)行的系統(tǒng)中，因外界的諧波干擾以及用戶的電弧爐、整流設(shè)備等諧波源的存在，使得故障線路中五次諧波電流不一定總是最大，相位關(guān)系也不一定成立，無法準(zhǔn)確判斷故障位置。因此，尋求一種能夠提高中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的選線準(zhǔn)確率的有效解決方案，對提高電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行有著重大的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對上述問題，提供一種提高故障選線準(zhǔn)確率的消弧線圈接地系統(tǒng)故障選線裝置和方法。

一種消弧線圈接地系統(tǒng)故障選線裝置，包括電壓采集模塊、電流采集模塊、處理器模塊和選線模塊，所述電壓采集模塊和所述電流采集模塊均連接所述處理器模塊，所述處理器模塊連接所述選線模塊，所述選線模塊用于連接消弧線圈；

所述電壓采集模塊根據(jù)接收的電壓采樣控制指令采集所述消弧線圈所處配電網(wǎng)的母線零序電壓，并將采樣得到的母線零序電壓發(fā)送至所述處理器模塊；

所述電流采集模塊根據(jù)接收的饋線零序電流采樣指令采集所述消弧線圈所處配電網(wǎng)的饋線零序電流，并將采樣得到的饋線零序電流發(fā)送至所述處理器模塊；

所述處理器模塊根據(jù)預(yù)設(shè)頻率發(fā)送電壓采樣控制指令至電壓采集模塊；根據(jù)接收的所述采樣得到的母線零序電壓計(jì)算母線零序電壓有效值；記錄所述母線零序電壓有效值小于或等于第一閾值的時長，并在所述時長大于第一預(yù)設(shè)時長時發(fā)送第一控制指令至所述選線模塊，且根據(jù)預(yù)設(shè)頻率發(fā)送饋線零序電流采樣指令至電流采集模塊；在發(fā)送所述第一控制指令第二預(yù)設(shè)時長后發(fā)送第二控制指令至所述選線模塊；以及獲取所述消弧線圈所處的配電網(wǎng)在接入選線電阻的時段內(nèi)的母線零序電壓和饋線零序電流，并根據(jù)獲取的母線零序電壓和饋線零序電流計(jì)算所述消弧線圈所處配電網(wǎng)線路的零序無功系數(shù)，根據(jù)各線路的零序無功系數(shù)確定故障線路并輸出；

所述選線模塊在接收所述第一控制指令時接入所述選線電阻至所述消弧線圈，并在接收到所述第二控制指令時切除所述選線電阻。

一種消弧線圈接地系統(tǒng)故障選線方法，包括以下步驟：

處理器模塊根據(jù)預(yù)設(shè)頻率發(fā)送電壓采樣控制指令至電壓采集模塊；

所述電壓采集模塊根據(jù)接收的電壓采樣控制指令采集所述消弧線圈所處配電網(wǎng)的母線零序電壓，并將采樣得到的母線零序電壓發(fā)送至所述處理器模塊；

所述處理器模塊根據(jù)接收的所述采樣得到的母線零序電壓計(jì)算母線零序電壓有效值；

所述處理器模塊記錄所述母線零序電壓有效值小于或等于第一閾值的時長，并在所述時長大于第一預(yù)設(shè)時長時發(fā)送第一控制指令至選線模塊，且根據(jù)預(yù)設(shè)頻率發(fā)送饋線零序電流采樣指令至電流采集模塊；在發(fā)送所述第一控制指令第二預(yù)設(shè)時長后發(fā)送第二控制指令至所述選線模塊；

所述選線模塊在接收所述第一控制指令時接入所述選線電阻至所述消弧線圈，并在接收到所述第二控制指令時切除所述選線電阻；

所述電流采集模塊根據(jù)接收的饋線零序電流采樣指令采集所述消弧線圈所處配電網(wǎng)的饋線零序電流，并將采樣得到的饋線零序電流發(fā)送至所述處理器模塊；

所述處理器模塊獲取所述消弧線圈所處配電網(wǎng)在接入選線電阻的時段內(nèi)的母線零序電壓和饋線零序電流，并根據(jù)獲取的母線零序電壓和饋線零序電流計(jì)算所述消弧線圈所處配電網(wǎng)線路的零序無功系數(shù)，根據(jù)各線路的零序無功系數(shù)確定故障線路并輸出。

上述消弧線圈接地系統(tǒng)故障選線裝置和方法，處理器模塊根據(jù)母線零序電壓有效值小于或等于第一閾值的時長大于第一預(yù)設(shè)時長時發(fā)送第一控制指令，并在發(fā)送第一指控指令第二預(yù)設(shè)時長后發(fā)送第二控制指令，控制選線模塊接入以及切除選線電阻，獲取消弧線圈所處的配電網(wǎng)在接入選線電阻時段內(nèi)的母線零序電壓和饋線零序電流，根據(jù)獲取的母線零序電壓和饋線零序電流計(jì)算各線路零序無功系數(shù)，采用線路零序無功系數(shù)故障選線方法，識別故障線路，解決了由于消弧線圈補(bǔ)償后殘留較小而造成故障選線困難的問題，提高了單線接地故障選線的準(zhǔn)確率，提高電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平。

附圖說明

圖1為一實(shí)施例中消弧線圈接地系統(tǒng)故障選線裝置結(jié)構(gòu)圖；

圖2為另一實(shí)施例中消弧線圈接地系統(tǒng)故障選線裝置示意圖；

圖3為一實(shí)施例中消弧線圈接地系統(tǒng)故障選線方法流程圖。

具體實(shí)施方式

在一個實(shí)施例中，如圖1所示，一種消弧線圈接地系統(tǒng)故障選線裝置，包括電壓采集模塊110、電流采集模塊120、處理器模塊130和選線模塊140，電壓采集模塊110和電流采集模塊120均連接處理器模塊130，處理器模塊130連接選線模塊140，選線模塊140用于連接消弧線圈；電壓采集模塊110根據(jù)接收的電壓采樣控制指令采集消弧線圈所處配電網(wǎng)的母線零序電壓，并將采樣得到的母線零序電壓發(fā)送至處理器模塊130；電流采集模塊120根據(jù)接收的饋線零序電流采樣指令采集消弧線圈所處配電網(wǎng)的饋線零序電流，并將采樣得到的饋線零序電流發(fā)送至處理器模塊130；處理器模塊130根據(jù)預(yù)設(shè)頻率發(fā)送電壓采樣控制指令至電壓采集模塊110；根據(jù)接收的采樣得到的母線零序電壓計(jì)算母線零序電壓有效值；記錄母線零序電壓有效值小于或等于第一閾值的時長，并在時長大于第一預(yù)設(shè)時長時發(fā)送第一控制指令至選線模塊140，且根據(jù)預(yù)設(shè)頻率發(fā)送饋線零序電流采樣指令至電流采集模塊120；在發(fā)送第一控制指令第二預(yù)設(shè)時長后發(fā)送第二控制指令至選線模塊140；以及獲取消弧線圈所處的配電網(wǎng)在接入選線電阻144的時段內(nèi)的母線零序電壓和饋線零序電流，并根據(jù)獲取的母線零序電壓和饋線零序電流計(jì)算消弧線圈所處配電網(wǎng)線路的零序無功系數(shù)，根據(jù)各線路的零序無功系數(shù)確定故障線路并輸出；選線模塊140在接收第一控制指令時接入選線電阻144至消弧線圈，并在接收到第二控制指令時切除選線電阻144。

具體地，電壓采集模塊110的具體類型并不唯一，能測量到母線零序電壓即可，比如將三相式電壓互感器二次側(cè)連接成開口三角形式，測量開口三角形的電壓就是零序電壓，同理，電流采集模塊120的具體類型并不唯一，能測量到饋線零序電流即可；第一閾值為其中uth為預(yù)設(shè)啟動門檻值。

處理器模塊130根據(jù)預(yù)設(shè)頻率發(fā)送電壓采樣控制指令至電壓采集模塊110之前，還包括：電壓采集模塊110實(shí)時采集母線零序電壓，并將母線零序電壓發(fā)送至處理器模塊130；處理器模塊130接收母線零序電壓，當(dāng)母線零序電壓大于預(yù)設(shè)啟動門檻值時，處理器模塊130根據(jù)預(yù)設(shè)頻率發(fā)送電壓采樣控制指令至電壓采集模塊110。

具體地，預(yù)設(shè)頻率可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置，處理器模塊130根據(jù)接收的采樣得到的母線零序電壓計(jì)算母線零序電壓有效值，具體為：

其中，urms表示母線零序電壓有效值，n表示總采樣點(diǎn)數(shù)，u0(n)表示母線零序電壓第n次采樣值。

處理器模塊130獲取消弧線圈所處的配電網(wǎng)在接入選線電阻144的時段內(nèi)的母線零序電壓和饋線零序電流，并根據(jù)獲取的母線零序電壓和饋線零序電流計(jì)算消弧線圈所處配電網(wǎng)線路的零序無功系數(shù)，根據(jù)各線路的零序無功系數(shù)確定故障線路，包括：處理器模塊130獲取消弧線圈所處配電網(wǎng)在接入選線電阻144的時段內(nèi)的母線零序電壓和饋線零序電流，并根據(jù)獲取的母線零序電壓和饋線零序電流計(jì)算消弧線圈所處配電網(wǎng)線路的零序無功系數(shù)；比較各線路的零序無功系數(shù)，確定零序無功系數(shù)最大值；判斷當(dāng)零序無功系數(shù)最大值與預(yù)設(shè)閾值的差值小于或等于預(yù)設(shè)比較閾值時，零序無功系數(shù)最大值對應(yīng)的線路為故障線路，否則，故障線路為母線。

具體地，處理器獲取消弧線圈所處配電網(wǎng)在接入選線電阻144的時段內(nèi)的母線零序電壓和饋線零序電流，并根據(jù)獲取的母線零序電壓和饋線零序電流計(jì)算消弧線圈所處配電網(wǎng)線路的零序無功系數(shù)，具體為：

其中，q0i為線路i的零序無功功率，tsb為第二預(yù)設(shè)時長，u0為母線零序電壓，i0i為線路i的零序電流，λi為零序無功系數(shù)，m為配電網(wǎng)線路總數(shù)量。

比較各線路的零序無功系統(tǒng)，確定零序無功系數(shù)最大值λmax，如果|λmax-0.5|≤ε，其中ε為預(yù)設(shè)比較閾值，0.5為預(yù)設(shè)閾值，則λmax對應(yīng)的線路為故障線路，否則故障線路為母線。

具體地，處理器模塊130不一定要在發(fā)送第一控制指令的同時發(fā)送饋線零序電流采樣指令至電流采集模塊120，可以在啟動后就根據(jù)預(yù)設(shè)頻率發(fā)送母線零序電壓采樣指令至電壓采集模塊110的同時發(fā)送饋線零序電流采樣指令至電流采集模塊120，最后處理器模塊130獲取到消弧線圈所處配電網(wǎng)在接入選線電阻144的時段內(nèi)的母線零序電壓和饋線零序電流即可。

在一個實(shí)施例中，如圖2所示，選線模塊140包括開關(guān)管和選線電阻144，開關(guān)管的第一端連接選線電阻144的一端，開關(guān)管的第二端連接處理器模塊130，開關(guān)管的第三端和選線電阻144的另一端分別用于連接消弧線圈的兩端。

具體地，處理器模塊130發(fā)送第一控制指令控制開關(guān)管閉合，接入選線電阻144，處理器模塊130發(fā)送第二控制指令控制開關(guān)管斷開，切除選線電阻144，通過控制開關(guān)管進(jìn)行閉合和斷開操作，實(shí)現(xiàn)接入以及切除選線電阻144，從而分析電阻投入后線路的零序無功功率，采用線路零序無功系數(shù)故障選線方法，識別故障線路。

在一個實(shí)施例中，開關(guān)管為可控硅開關(guān)142。

在一個實(shí)施例中，處理器模塊130包括處理器、第一計(jì)時器和第二計(jì)時器，第一計(jì)數(shù)器和第二計(jì)時器均連接處理器，處理器連接電壓采集模快和電流采集模塊120，處理器還連接選線模塊140。

具體地，處理器連接可控硅開關(guān)142。

具體地，當(dāng)時，其中，uth為預(yù)設(shè)啟動門檻值，urms表示母線零序電壓有效值，觸發(fā)第一計(jì)時器，開始記錄時間，標(biāo)記為ta，同時實(shí)時監(jiān)測urms。在ta≤tsa'時，如果監(jiān)測到則將第一計(jì)時器中ta清零。當(dāng)ta＞tsa'時，其中tsa'為第一預(yù)設(shè)時間閾值，具體為60s，第一計(jì)時器中ta清零，處理器發(fā)出第一控制信號，控制可控硅開關(guān)142閉合，接入選線電阻144，同時觸發(fā)第二計(jì)時器，開始記錄時間，標(biāo)記為tb，當(dāng)tb＞tsb'時，其中tsb'為第二預(yù)設(shè)時間閾值，具體為1s，第二計(jì)時器中tb清零，處理器發(fā)出第二控制信號，控制可控硅開關(guān)142斷開，切除選線電阻144。處理器記錄tsa'～tsa'+tsb'時間內(nèi)的母線零序電壓和饋線零序電流，計(jì)算各條線路的零序無功系數(shù)λi，計(jì)算公式如下：

其中，q0i為線路i的零序無功功率，tsa'為第一預(yù)設(shè)時間閾值，tsa'+tsb'為第二預(yù)設(shè)時間閾值，u0為母線零序電壓，i0i為線路i的零序電流，λi為零序無功系數(shù)，m為配電網(wǎng)線路總數(shù)量。

在一個實(shí)施例中，計(jì)時器的數(shù)量可以為一個，當(dāng)時，其中，uth為預(yù)設(shè)啟動門檻值，urms表示母線零序電壓有效值，觸發(fā)計(jì)時器得到計(jì)時時間，當(dāng)計(jì)時時間滿足第一時間閾值時，發(fā)送第一控制指令至選線模塊140，當(dāng)計(jì)時時間滿足第二時間閾值時，發(fā)送第二控制指令至選擇模塊，此處所講的第一時間閾值即為60s，第二時間閾值為61s。

在一個實(shí)施例中，消弧線圈接地系統(tǒng)故障選線裝置還包括顯示模塊150，顯示模塊150連接處理器模塊130。

具體地，處理器模塊130采用線路零序無功系數(shù)故障選線方法，識別故障線路，輸出數(shù)據(jù)結(jié)果到顯示模塊150，實(shí)現(xiàn)線路零序無功系數(shù)以及故障線路的結(jié)果輸出。顯示屏模塊的具體類型并不唯一，可以為液晶顯示器等。

在一個實(shí)施例中，裝置的初始狀態(tài)為處理器模塊130內(nèi)部所有變量清零、開關(guān)管斷開。

上述消弧線圈接地系統(tǒng)故障選線裝置，處理器模塊130根據(jù)母線零序電壓有效值小于或等于第一閾值的時長大于第一預(yù)設(shè)時長時發(fā)送第一控制指令，并在發(fā)送第一指控指令第二預(yù)設(shè)時長后發(fā)送第二控制指令，控制選線模塊140接入以及切除選線電阻144，獲取消弧線圈所處的配電網(wǎng)在接入選線電阻144時段內(nèi)的母線零序電壓和饋線零序電流，根據(jù)獲取的母線零序電壓和饋線零序電流計(jì)算各線路零序無功系數(shù)，采用線路零序無功系數(shù)故障選線方法，識別故障線路，解決了由于消弧線圈補(bǔ)償后殘留較小而造成故障選線困難的問題，提高了單線接地故障選線的準(zhǔn)確率，提高電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平。

在一個實(shí)施例中，如圖3所示，一種基于消弧線圈接地系統(tǒng)故障選線裝置的故障選線方法，包括以下步驟：

步驟s110：處理器模塊根據(jù)預(yù)設(shè)頻率發(fā)送電壓采樣控制指令至電壓采集模塊。

在一個實(shí)施例中，步驟s110之前，還包括步驟102和步驟104。

步驟102：電壓采集模塊實(shí)時采集母線零序電壓，并將母線零序電壓發(fā)送至處理器模塊。

步驟104：處理器模塊接收母線零序電壓，當(dāng)母線零序電壓大于預(yù)設(shè)啟動門檻值時，執(zhí)行步驟s110。

步驟s120：電壓采集模塊根據(jù)接收的電壓采樣控制指令采集消弧線圈所處配電網(wǎng)的母線零序電壓，并將采樣得到的母線零序電壓發(fā)送至處理器模塊。

步驟s130：處理器模塊根據(jù)接收的采樣得到的母線零序電壓計(jì)算母線零序電壓有效值。在本實(shí)施例中，步驟s130具體為：

其中，urms表示母線零序電壓有效值，n表示總采樣點(diǎn)數(shù)，u0(n)表示母線零序電壓第n次采樣值。

步驟s140：處理器模塊記錄母線零序電壓有效值小于或等于第一閾值的時長，并在時長大于第一預(yù)設(shè)時長時發(fā)送第一控制指令至選線模塊，且根據(jù)預(yù)設(shè)頻率發(fā)送饋線零序電流采樣指令至電流采集模塊；在發(fā)送第一控制指令第二預(yù)設(shè)時長后發(fā)送第二控制指令至選線模塊。

步驟s150：選線模塊在接收第一控制指令時接入選線電阻至消弧線圈，并在接收到第二控制指令時切除選線電阻。

步驟s160：電流采集模塊根據(jù)接收的饋線零序電流采樣指令采集消弧線圈所處配電網(wǎng)的饋線零序電流，并將采樣得到的饋線零序電流發(fā)送至處理器模塊。

步驟s170：處理器模塊獲取消弧線圈所處配電網(wǎng)在接入選線電阻的時段內(nèi)的母線零序電壓和饋線零序電流，并根據(jù)獲取的母線零序電壓和饋線零序電流計(jì)算消弧線圈所處配電網(wǎng)線路的零序無功系數(shù)，根據(jù)各線路的零序無功系數(shù)確定故障線路并輸出。在本實(shí)施例中，步驟s170包括步驟172至步驟176。

步驟172：處理器模塊獲取消弧線圈所處配電網(wǎng)在接入選線電阻的時段內(nèi)的母線零序電壓和饋線零序電流，并根據(jù)獲取的母線零序電壓和饋線零序電流計(jì)算消弧線圈所處配電網(wǎng)線路的零序無功系數(shù)。在本實(shí)施例中，步驟172具體為：

其中，q0i為線路i的零序無功功率，tsb為第二預(yù)設(shè)時長，u0為母線零序電壓，i0i為線路i的零序電流，λi為零序無功系數(shù)，m為配電網(wǎng)線路總數(shù)量。

步驟174：處理器模塊比較各線路的零序無功系數(shù)，確定零序無功系數(shù)最大值。

步驟176：處理器模塊判斷當(dāng)零序無功系數(shù)最大值與預(yù)設(shè)閾值的差值小于或等于預(yù)設(shè)比較閾值時，零序無功系數(shù)最大值對應(yīng)的線路為故障線路，否則，故障線路為母線。

上述消弧線圈接地系統(tǒng)故障選線方法，處理器模塊根據(jù)母線零序電壓有效值小于或等于第一閾值的時長大于第一預(yù)設(shè)時長時發(fā)送第一控制指令，并在發(fā)送第一指控指令第二預(yù)設(shè)時長后發(fā)送第二控制指令，控制選線模塊接入以及切除選線電阻，獲取消弧線圈所處的配電網(wǎng)在接入選線電阻時段內(nèi)的母線零序電壓和饋線零序電流，根據(jù)獲取的母線零序電壓和饋線零序電流計(jì)算各線路零序無功系數(shù)，采用線路零序無功系數(shù)故障選線方法，識別故障線路，解決了由于消弧線圈補(bǔ)償后殘留較小而造成故障選線困難的問題，提高了單線接地故障選線的準(zhǔn)確率，提高電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平。

為了更清楚的說明本發(fā)明的判斷過程，以具體數(shù)值舉例說明。配電網(wǎng)的電源額定電壓為110kv，系統(tǒng)側(cè)等值阻抗為j3.025ω，中性點(diǎn)采用相控式消弧線圈接地，補(bǔ)償度為過補(bǔ)償2％，變電站主變額定容量為40mva，變比為110/11，10kv母線共帶有11回饋線l1～l11，均為電纜線路，其線路串聯(lián)阻抗為0.0788+j0.0885ω/km，對地電容為0.3755μf/km，接入的接地故障選線裝置，并設(shè)定時間閾值tsa＝60s，tsb＝1s，零序系數(shù)閾值ε＝0.03，選線電阻為50ω。

情況1：t＝2.2s時刻線路l1中點(diǎn)發(fā)生a相金屬性接地，零序無功系數(shù)最大值為0.512，滿足|λmax-0.5|≤0.03，故可判定線路l4為故障線路。

情況2：設(shè)置t＝2.2s時刻母線發(fā)生a相金屬性接地。零序無功系數(shù)最大值為0.547，不能滿足|λmax-0.5|≤0.03，故可判定母線為故障線路。

情況3：設(shè)置t＝2.2s期間線路l1中點(diǎn)發(fā)生a相高阻接地，零序無功系數(shù)最大值為0.495，滿足|λmax-0.5|≤0.03，故可判定線路l1為故障線路。

情況4：設(shè)置t＝2.2s期間線路母線處發(fā)生a相高阻接地，零序無功系數(shù)最大值為0.458，不能滿足|λmax-0.5|≤0.03，故可判定母線為故障線路。

由選線結(jié)果可知，本發(fā)明解決了由于消弧線圈補(bǔ)償后殘流較小而造成故障選線困難的問題，提高了單線接地故障選線的準(zhǔn)確率，提高電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平，具有較強(qiáng)的適用性和工程實(shí)用性。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實(shí)施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。