一种消弧线圈接地系统的单回线复故障保护方法及系统与流程

1.本公开涉及电网故障保护技术领域，具体涉及一种消弧线圈接地系统的单回线复故障保护方法及系统。


背景技术：

2.随着用电需求的不断提高，电网的结构愈加复杂和庞大，对供电可靠性的要求也随之升高。配电线路多发故障为单相接地故障，单相接地故障可以发展为其他复故障，因此为了保证电力系统安全运行，需要设置合适的接地保护，电网在遭遇极端条件，如台风等因素下有可能同时发生多个单相接地故障，且类型众多，因此简单的接地保护难以适用。
3.消弧线圈接地系统是用于小电流接地系统的一种补偿装置。当电网发生单相接地故障时，消弧线圈产生感性电流补偿接地电容电流，使通过接地点的电流低于产生间歇电弧或维持稳定的电弧所需要的电流值，起到消除接地点电弧的作用。
4.消弧线圈接地系统通常包括母线和多条与母线连接的回线，准确定位故障回线是消弧线圈接地系统故障保护的关键，现有技术中通常采用零序电流方法来确定故障回线，其具体是根据故障线路和非故障线路之间的暂态零序电流方向的差异进行选线，该方法是针对两条不同回线发生同相接地故障时的情况，并不适用于同一回线发生的两点异相接地的情况。
5.另一种方式是采用单相接地简单故障零序过电流保护，该方法对于同一回线的两个故障点之间的这一段线路能够有效动作，但是对于第一个故障点与母线之间的这一段线路，由于该段的零序电流很小，容易出现保护距动的问题。
6.此外，现有技术中还通过实时采集母线零序电压及各条回线零序电压，比较两者的幅值相位关系以此判断两点相继接地故障选线，但该方法仍然仅能适用于不同回线的两点发生接地故障进行选线，且该方法的灵敏度较低。
7.综上所述，现有技术中对于消弧线圈接地系统同一回线内，两点异相接地的复故障情形，尚无有效的故障保护方法，无法实现快速故障选线保护。


技术实现要素：

8.为了解决上述现有技术存在的问题，本公开目的在于提供一种消弧线圈接地系统的单回线复故障保护方法及系统。本公开可对单回线两点异相接地复故障情形进行保护，且不受故障点位置、过渡电阻等因素的影响，且具有抗干扰能力强，稳定性、适用性和灵敏度高的优点。
9.本公开所述的一种消弧线圈接地系统的单回线复故障保护方法，根据消弧线圈接地系统中线路的负序测量阻抗角或负序测量导纳角判断对应的线路是否发生接地故障。
10.优选地，所述单回线复故障保护方法包括以下步骤：
11.获取消弧线圈接地系统正常运行状态下各线路的负序阻抗角，记为常态负序阻抗角θ
set
；
12.获取可能发生接地故障线路的负序测量阻抗角θk；
13.计算负序测量阻抗角θk与常态负序阻抗角θ
set
的阻抗角差值记为δθ；
14.判断所述阻抗角差值δθ是否属于预设的阻抗角差值区间c
θ
，如是则判断该线路发生接地故障，否则判断该线路未发生接地故障；
15.或者，获取消弧线圈接地系统正常运行状态下各线路的负序导纳角，记为常态负序导纳角
16.获取可能发生接地故障线路的负序测量导纳角
17.计算负序测量导纳角与常态负序导纳角的导纳角差值记为
18.判断所述导纳角差值是否属于预设的导纳角差值区间如是则判断该线路发生接地故障，否则判断该线路未发生接地故障。
19.优选地，所述可能发生接地故障线路通过如下步骤判断：
20.获取消弧线圈接地系统的负序电流整定值
21.获取各线路的首端负序电流
22.判断所述首端负序电流是否大于所述负序电流整定值如是则判断对应线路可能发生接地故障，否则判断该线路正常运行。
23.优选地，所述可能发生接地故障线路的负序测量阻抗角θk按如下步骤计算：
24.获取可能发生接地故障线路的负序电压
25.按如下公式计算负序测量阻抗角θk：
[0026][0027]
所述可能发生接地故障线路的负序测量导纳角按如下步骤计算：
[0028]
获取可能发生接地故障线路的负序电压
[0029]
按如下公式计算负序测量导纳角
[0030][0031]
优选地，所述负序电流整定值按如下公式计算：
[0032][0033]
其中，kk表示可靠系数，表示其他馈线发生单相接地故障时在故障线路上产生的负序电流。
[0034]
优选地，所述阻抗角差值区间c
θ
＝[-180
°
，-90
°
]；所述导纳角差值区间
[0035]
本公开的一种消弧线圈接地系统的单回线复故障保护系统，包括：
[0036]
获取模块，其用于获取消弧线圈接地系统中线路的负序测量阻抗角或负序测量导纳角；
[0037]
判断模块，其用于根据所得负序测量阻抗角或负序测量导纳角，判断对应的线路是否发生接地故障。
[0038]
本公开的一种计算机设备，包括信号连接的处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令或至少一段程序，所述至少一条指令或所述至少一段程序由所述处理器加载时执行如上所述消弧线圈接地系统的单回线复故障保护方法。
[0039]
本公开的一种计算机可读存储介质，其上存储有至少一条指令或至少一段程序，所述至少一条指令或所述至少一段程序被处理器加载时执行如上所述消弧线圈接地系统的单回线复故障保护方法。
[0040]
本公开所述的一种消弧线圈接地系统的单回线复故障保护方法及系统，其优点在于，本公开可通过获取线路首端的负序电流和负序电压，可计算负序测量阻抗或导纳，进而获得负序测量阻抗角或导纳角，通过阻抗角或导纳角来识别判断故障线路形成保护。本公开可对单回线两点异相接地复故障情形进行保护，且只需线路的负序信息即可识别故障电路，信息获取量和通信量小，对设备同步要求低、易于应用，同时本公开的方法对于两点接地位置不断变化时保护仍能响应动作，不受故障点位置、过渡电阻等因素的影响，在两相同一点接地时也能有效适用，具有具有抗干扰能力强，稳定性、适用性和灵敏度高的优点。
附图说明
[0041]
图1是本实施例所述消弧线圈接地系统的单回线复故障保护方法的判断流程图；
[0042]
图2是本实施例所述消弧线圈接地系统两点接地复故障的结构示意图；
[0043]
图3是图1对应的两相接地复故障负序网络图；
[0044]
图4是本实施例所述负序测量阻抗角分布图；
[0045]
图5是本实施例所述配电网仿真模型结构示意图；
[0046]
图6是本实施例所述计算机设备的结构示意图。
[0047]
附图标记说明：t0-接地变压器，t1-主变压器，101-处理器，102-存储器。
具体实施方式
[0048]
如图1所示，本公开所述的一种消弧线圈接地系统的单回线复故障保护方法，其根据消弧线圈接地系统中线路的负序测量阻抗角或负序测量导纳角来判断对应的线路是否发生接地故障，即故障线路和非故障线路的负序测量阻抗角的数值有明显差异，其原理如下所述，如图2示出的10kv消弧线圈接地系统，图中t0为接地变压器，t1为系统侧主变压器，li(i＝1，2...n)分别表示各条线路馈线的长度，馈线l1同时发生两点异相接地故障，f1点b相接地，f2点c相接地，r
f1
为f1点接地过渡电阻，r
f2
为f2点接地过渡电阻，l
f1
为母线至第一个故障点f1点的距离，l
f2
为母线至第二个故障点f2点的距离，z
loadi
(i＝1,2,...n)为第i条馈线的负荷，采用负序网络进行分析如图2。
[0049]
图3为图2中消弧线圈接地系统单回线两相接地复故障的负序网络，以负序测量阻抗角为例，图3中的与分别为负序网络等效电源，其分别计算如下式：
[0050][0051]
[0052]
式中，与故障点f1与f2的零序电流，可由复合序网图求解得到，y
1(2)
、y
2(2)
、y
12(2)
分别为负序网络的f1点自导纳、f2点自导纳、f1和f2两点间的互导纳，r＝e
120
°
。由此可以求得故障线路首端负序电压电流信息，母线负序电压为：
[0053][0054]
式中，z2为线路单位长度负序阻抗，l
1-1
为母线到第一个故障点的距离，y
d1(2)
为点对地负序总导纳，c2为线路对地单位长度负序电容，ω为角频率。
[0055]
则故障线路首端负序电流为：
[0056][0057]
第i条非故障线路首端负序电流为：
[0058][0059]
利用线路首端的负序电压和负序电流信息，可求得单回线发生两相接地复故障时各条线路的负序测量阻抗，故障线路负序测量阻抗为：
[0060][0061]
对于非故障线路，测量阻抗为：
[0062][0063]
式中，li为第i条线路的长度。
[0064]
对于非故障线路，负序测量阻抗是线路阻抗和负载阻抗的和，由于线路负序阻抗相对于负载阻抗很小，因此可以忽略，即可以认为负序测量阻抗是负载阻抗，负载一般是弱感性的，即相位大约在0
°
至45
°
之间。
[0065]
对于故障线路，其负序测量阻抗近似系统负序阻抗，系统负序阻抗主要是主变压器的等效阻抗，是呈强感性的，相位大约是90
°
，但由于规定从母线流出的方向为正方向，因此故障线路的测量阻抗的相位应该是-90
°
。
[0066]
考虑一定的裕度，故障线路的负序测量阻抗角可取-90
°±5°
，即
[0067]
argz
cl1(2)
∈(-85
°
,-95
°
)；
[0068]
对于非故障线路，其负序测量阻抗角为：
[0069]
argz
cli(2)
∈(0
°
,45
°
)。
[0070]
做故障线路和非故障线路的负序测量阻抗角分布图如图4所示，可知对于发生接地故障的线路，其负序测量阻抗角明显区别于非故障线路，因此可通过各线路的负序测量阻抗角来判断对应的线路是否发生接地故障，对于负序测量导纳角，由于负序测量导纳角等于负的负序测量阻抗角，因此其在故障线路和非故障线路中同样存在明显差异，可用于进行故障线路的判断，可参照负序测量阻抗角的内容进行理解，在此不再赘述。
[0071]
详细如图1所示，本实施例的消弧线圈接地系统的单回线复故障保护方法的具体
步骤如下所述：
[0072]
以负序测量阻抗角作为判断依据为例，首先获取两个基准值，即消弧线圈接地系统的负序电流整定值和常态负序阻抗角θ
set
，其中负序电流整定值按如下公式计算：
[0073][0074]
其中，kk表示可靠系数，表示其他馈线发生单相接地故障时在故障线路上产生的负序电流。
[0075]
常态负序阻抗角θ
set
表示系统正常运行情况下，各线路的负序阻抗角，其计算公式可参照非故障线路负序测量阻抗角，将正常运行状态下，非故障线路的负序测量阻抗角作为所述的常态负序阻抗角θ
set
。
[0076]
在进行消弧线圈接地系统的单回线复故障保护方法时，系统获取各线路的负序信息，即各线路的首端负序电流和负序电压
[0077]
将首端负序电流与上述的负序电流整定值做数值比较，判断所述首端负序电流是否大于所述负序电流整定值如是则判断对应线路可能发生接地故障，否则判断该线路正常运行。
[0078]
对于判断为可能发生接地故障的线路进行进一步判断，具体为，计算可能发生接地故障线路的负序测量阻抗角θk，将负序测量阻抗角θk与常态负序阻抗角θ
set
做差，得阻抗角差值记为δθ。
[0079]
判断所述阻抗角差值δθ是否属于预设的阻抗角差值区间c
θ
，即判断负序测量阻抗角θk与常态负序阻抗角θ
set
的差值是否满足一定的数值条件，如是则判断该线路发生接地故障，否则判断该线路未发生接地故障。
[0080]
更具体的，参照上文关于故障线路和非故障线路的负序测量阻抗角的相位范围，对负序测量阻抗角的阻抗角差值区间c
θ
进行设计，为确保故障保护的有效性，避免出现遗漏现象，阻抗角差值区间c
θ
应大于故障线路和非故障线路的负序测量阻抗角的相位差值范围，故取阻抗角差值区间c
θ
＝[-180
°
，-90
°
]，可有效包括故障线路和非故障线路的负序测量阻抗角的相位差值范围，进而起到有效的故障保护作用。
[0081]
即当可能发生接地故障线路的负序测量阻抗角θk满足-180
°
≤θ
k-θ
set
≤-90
°
的关系时，判断该线路发生接地故障，否则判断该线路无故障发生。
[0082]
相对应的，负序测量导纳角的计算公式如下：
[0083][0084]
则，导纳角差值区间其原理与负序测量阻抗角θk相同，可参照上文描述进行理解，在此不再赘述。
[0085]
以下将结合仿真实例，进一步说明本实施例所述消弧线圈接地系统的单回线复故障保护方法的技术效果。
[0086]
如图5所示的，利用pscad搭建10kv消弧线圈接地系统仿真模型，共设置三条线路，从l1-l3设置线路长度分别为5km、5km、8km，线路正序参数如下：
[0087]
z1＝(0.105+j0.08)ω/km；
[0088]
c1＝0.12μf/km；
[0089]
线路零序参数如下：
[0090]
z0＝(1.05+j5.027)ω/km；
[0091]
c0＝6.4
×
10-3
μf/km；
[0092]
l
p
＝0.417h。
[0093]
假设线路l3发生单相断线故障，首先运用其他方法，如零序电流法验证确定线路l3的故障状态，具体如下：
[0094]
获取每条线路的首端的零序电流和母线的零序电压计算每条线路的零序电流和零序电压之比得到零序导纳分量y
i(0)
，然后计算零序导纳相位，即零序导纳角，如果零序导纳相位在(90
°
,180
°
)之间，那么就确定该线路为故障线路，通过上述方法验证确定线路l3为故障线路。
[0095]
改变线路l3中接地故障点的位置，在不同故障位置时分别获取负序测量阻抗角，所得结果如下表1：
[0096]
表1.两点不同故障位置时的仿真结果
[0097][0098][0099]
由表1可知，故障发生位置(表现为故障点与母线之间的距离)不同，故障线路的负序测量阻抗角基本不变，维持在-92.7
°
左右，即故障线路的负序测量阻抗角不受故障发生位置的变化而影响。其与正常运行线路的负序测量阻抗角，即所述的常态负序阻抗角θ
set
的阻抗角差值δθ保持在-115.6
°
左右，相差明显，且属于阻抗角差值区间c
θ
，即通过获取线路的负序测量阻抗角可准确判断识别故障线路，进而进行保护，且不受故障点发生位置的影响。
[0100]
改变线路中的过渡电阻阻值，在不同过渡电阻阻值情况下分别获取负序测量阻抗角，所得结果如下表2：
[0101]
表2.不同过渡电阻时的仿真结果
[0102][0103]
由表2可知，随着过渡电阻阻值的增加，故障线路的负序测量阻抗角基本不变，维持在-92.7
°
左右，即故障线路的负序测量阻抗角不随过渡电阻的阻值变化而变化，其与正常运行线路的负序测量阻抗角，即所述的常态负序阻抗角θ
set
的阻抗角差值δθ保持在-115
°
左右，相差明显，且属于阻抗角差值区间c
θ
，即通过获取线路的负序测量阻抗角可准确判断识别故障线路，进而进行保护，且不受过渡电阻的阻值大小影响，在过渡电阻阻值大小不同的线路中均可有效定位故障线路，适用性广泛。
[0104]
本公开可通过获取线路首端的负序电流和负序电压，可计算负序测量阻抗或导纳，进而获得负序测量阻抗角或导纳角，通过阻抗角或导纳角来识别判断故障线路形成保护。本公开可对单回线两点异相接地复故障情形进行保护，且只需线路的负序信息即可识别故障电路，信息获取量和通信量小，对设备同步要求低、易于应用，同时本公开的方法对于两点接地位置不断变化时保护仍能响应动作，不受故障点位置、过渡电阻等因素的影响，在两相同一点接地时也能有效适用，具有具有抗干扰能力强，稳定性、适用性和灵敏度高的优点。
[0105]
本实施例还提供了一种消弧线圈接地系统的单回线复故障保护系统，包括：
[0106]
获取模块，其用于获取消弧线圈接地系统中线路的负序测量阻抗角或负序测量导纳角；
[0107]
判断模块，其用于根据所得负序测量阻抗角或负序测量导纳角，判断对应的线路是否发生接地故障。
[0108]
本实施例的单回线复故障保护系统与上述的单回线复故障保护方法基于相同的发明构思，可参照上文描述进行理解，在此不再赘述。
[0109]
如图6所示，本实施例还提供了一种计算机设备，包括通过总线信号连接的处理器101和存储器102，所述存储器102中存储有至少一条指令或至少一段程序，所述至少一条指令或所述至少一段程序由所述处理器101加载时执行如上所述单回线复故障保护方法，存储器102可用于存储软件程序以及模块，处理器101通过运行存储在存储器102的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用。存储器102可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、功能所需的应用程序等；存储数据区可存储根据所述设备的使用所创建的数据等。此外，存储器102可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。相应地，存储器102还可以包括存储器控制器，以提供处理器101对存储器102的访问。
[0110]
本公开实施例所提供的方法实施例可以在计算机终端、服务器或者类似的运算装
置中执行，即上述计算机设备可以包括计算机终端、服务器或者类似的运算装置。该计算机设备的内部结构可包括但不限于：处理器、网络接口及存储器。其中，计算机设备内的处理器、网络接口及存储器可通过总线或其他方式连接。
[0111]
其中，处理器101(或称cpu(centralprocessingunit，中央处理器))是计算机设备的计算核心以及控制核心。网络接口可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如wi-fi、移动通信接口等)。存储器102(memory)是计算机设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的存储器102可以是高速ram存储设备，也可以是非不稳定的存储设备(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储设备；可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器101的存储装置。存储器102提供存储空间，该存储空间存储了电子设备的操作系统，可包括但不限于：windows系统(一种操作系统)，linux(一种操作系统)，android(安卓，一种移动操作系统)系统、ios(一种移动操作系统)系统等等，本公开对此并不作限定；并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器101加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。在本说明书实施例中，处理器101加载并执行存储器102中存放的一条或一条以上指令，以实现上述方法实施例所述单回线复故障保护方法。
[0112]
本公开实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有至少一条指令或至少一段程序，所述至少一条指令或所述至少一段程序被处理器101加载时执行如上所述单回线复故障保护方法。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被执行时，实现根据本公开实施例的方法。
[0113]
根据本公开的实施例，计算机可读存储介质可以是非易失性的计算机可读存储介质。例如可以包括但不限于：便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
[0114]
在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。
[0115]
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本公开权利要求的保护范围之内。