CN117977492A - 一种配电网单相接地故障主动处置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种配电网单相接地故障主动处置方法。由接地变压器和单相反馈变压器组成接地故障主动处置装置，提出配电网单相接地故障主动处置方法对故障进行分类处理。利用主动处置装置输出的零序电流和系统中性点电压计算主动处置装置的等效零序导纳，并根据等效零序导纳的相角来评估故障点残流大小，若故障点残流较大，则将系统中性点经开关接地，进一步增大故障点电流，促使继电保护设备动作，隔离故障点；若故障点残流较小，则恢复接地故障主动处置装置的故障抑制状态。解决了柔性消弧装置成本高，传统消弧柜在故障相误选时易产生冲击过电流，常规电压消弧方法受线路阻抗压降变化影响大等问题，实现了配电网单相接地故障的可靠消弧和快速隔离。
Description
技术领域
本发明属于电力系统故障处置的技术领域，尤其涉及一种配电网单相接地故障主动处置方法。
背景技术
配电网结构复杂，单相接地故障为配电线路的主要故障，接地电弧常常引起森林火灾和电气设备损坏，单相接地故障发展成相间短路故障后，将引发停电。通过改变配电网中性点接地方式，如改为系统中性点直接接地或者小电阻接地，可在发生单相接地故障后快速隔离接地故障点，但首先高阻接地故障时，该方式也可能失效，另外瞬时性接地故障也将停电，供电可靠性较差。也可采用系统中性点不接地方式，瞬时性故障将自行消除，但接地电弧存在引发森林火灾的风险。因此，我国配电网中性点常采用经消弧线圈接地的方式，其通过补偿故障点容性电流，可熄灭大多数接地电弧，但随着接地故障电流中谐波和有功分量的增加，消弧线圈抑制接地电弧的效果有所降低，而且其难以抑制间歇性电弧接地故障。
配电网中另一种常用的接地故障消弧装置为消弧柜（接地故障转移装置），其通过接地开关将故障相电压抑制为零，防止接地电弧重燃。但故障相误选时其将导致相间短路，扩大故障影响；且线路阻抗压降较大时，对故障点电流的补偿作用不明显。消弧线圈可归为电流消弧法，消弧柜则可归为电压消弧法。针对消弧线圈和消弧柜存在的问题，出现了柔性（有源）消弧装置，其采用电力电子逆变器作为消弧装置，可应用电流消弧法，也可应用电压消弧法，但应用电流消弧法时接地故障电流的大小评估困难，应用电压消弧法时受线路阻抗压降影响较大的问题仍未得到有效解决，而且柔性消弧装置的成本相对较高，柔性消弧装置和消弧柜需要给定控制目标，可归为主动型消弧装置。
因此，本发明提出由接地变压器和单相反馈变压器组成接地故障主动处置装置，免去电力电子元件的投入，降低装置的成本，控制更为便捷；因接地变压器和单相反馈变压器内阻抗的作用，故障相误选产生过电流的概率较小。另外，提出故障点残流的评估和快速处置方法，实现接地故障电弧的可靠抑制和永久性接地故障的快速隔离，保障配电网供电的安全与稳定。
发明内容
为了弥补现有技术的空白和不足，本发明提出一种配电网单相接地故障主动处置方法。由接地变压器和单相反馈变压器组成接地故障主动处置装置，提出配电网单相接地故障主动处置方法对故障进行分类处理。利用主动处置装置输出的零序电流和系统中性点电压计算主动处置装置的等效零序导纳，并根据等效零序导纳的相角来评估故障点残流大小，若故障点残流较大，则将系统中性点经开关接地，进一步增大故障点电流，促使继电保护设备动作，隔离故障点；若故障点残流较小，则恢复接地故障主动处置装置的故障抑制状态。解决了柔性消弧装置成本高，传统消弧柜在故障相误选时易产生冲击过电流，常规电压消弧方法受线路阻抗压降变化影响大等问题，实现了配电网单相接地故障的可靠消弧和快速隔离。
本发明具体采用以下技术方案：
一种配电网单相接地故障主动处置方法，流程如图1所示，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：配电网单相接地故障发生后，进行接地故障选相，并利用接地故障主动处置装置调控系统中性点电压，将故障相电压抑制至零，使得接地故障点电弧熄灭；
步骤S2：接地故障抑制一段时间后，通过调整接地故障主动处置装置的挡位逐渐减小系统中性点电压，并利用接地故障状态辨识技术确定故障为瞬时性接地故障还是永久性接地故障；
步骤S3：若为瞬时性接地故障，则退出接地故障主动处置装置；
步骤S4：若为永久性接地故障，则利用电弧故障识别技术进一步辨识故障为电弧接地故障还是电阻接地故障；
步骤S5：若为永久性电弧接地故障，则恢复接地故障主动处置装置的消弧状态，将故障相电压抑制至零，再利用选段装置隔离故障区段；
步骤S6：若为永久性电阻接地故障，则利用故障点残流评估及处置方法隔离接地故障点。
进一步地，所述的接地故障主动处置装置由接地变压器和单相反馈变压器组成。单相反馈变压器一次绕组和二次绕组的变比为1，其中二次绕组有多个分档抽头；单相反馈变压器一次绕组的一端接于接地变压器引出的中性点，另一端通过开关接于单相接地故障相；单相反馈变压器二次绕组的一端接于接地变压器引出的中性点，另一端与大地连接。
进一步地，所述的故障点残流评估及处置方法，由故障抑制期间接地故障主动处置装置输出的零序电流和系统中性点电压的比值，计算主动处置装置的等效零序导纳。并根据主动处置装置等效零序导纳的相角来评估故障点残流大小，若等效零序导纳相角小于设定阈值，则判定故障点残流较大，此时将接地故障主动处置装置退出运行，并将系统中性点经开关接地，进一步增大故障点电流，促使继电保护设备动作，隔离故障点；若等效零序导纳的相角大于设定阈值，则判定故障点残流较小，并恢复接地故障主动处置装置的消弧状态，将故障相电压抑制至零，待利用接地故障选段装置选出和隔离故障区段后，再将接地故障主动处置装置退出运行。
与现有技术相比，本发明及其优选方案具有以下有益效果：
本发明的故障主动处置装置由接地变压器和单相反馈变压器组成，相对于系统中性点经接地变压器低压侧电源反馈的方式，本发明的反馈电源取自相电压和系统中性点电压，计及接地变压器的阻抗，故障点电压的抑制精度更高。相对于柔性消弧装置，免去了电力电子元件的投入，成本较低。而相对于消弧柜，因接地变压器和单相反馈变压器内阻抗的存在，在故障相误选时产生的冲击电流较小。相对于消弧线圈，该结构采用电压消弧原理，可有效抑制间歇性电弧接地故障。
本发明提出故障点残流评估及处置方法，根据主动处置装置等效零序导纳的相角来评估故障点残流大小，为故障点残流的评估提供解决方法，填补了故障点残流评估方法的空白。另外在永久性电阻接地故障的残流较大时，主动增大故障点电流，与现有技术相比，具有更快的故障点隔离速度。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
图1为本发明实施例的流程图；
图2为本发明实施例含主动处置装置配电网的示意图；
图3为本发明实施例含主动处置装置配电网的对地等效电路图；
图4为本发明实施例计及线路阻抗压降的配电网等效电路图；
图5为本发明实施例一仿真实例配电网单相接地故障主动处置仿真模型示意图；
图6为本发明实施例一仿真实例母线处接地故障的仿真波形图；
图7为本发明实施例一仿真实例重载线路末端接地故障的仿真波形图；
图8为本发明实施例一仿真实例接地故障快速隔离的仿真波形图；
具体实施方式
为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明如下：
本实施例提供了一种配电网单相接地故障主动处置方法。由接地变压器和单相反馈变压器组成接地故障主动处置装置，提出配电网单相接地故障主动处置方法对故障进行分类处理。利用主动处置装置输出的零序电流和系统中性点电压计算主动处置装置的等效零序导纳，并根据等效零序导纳的相角来评估故障点残流大小，若故障点残流较大，则将系统中性点经开关接地，进一步增大故障点电流，促使继电保护设备动作，隔离故障点；若故障点残流较小，则恢复接地故障主动处置装置的故障抑制状态。解决了柔性消弧装置成本高，传统消弧柜在故障相误选时易产生冲击过电流，常规电压消弧方法受线路阻抗压降变化影响大等问题，实现了配电网单相接地故障的可靠消弧和快速隔离。具体包括以下步骤：
步骤S1：配电网单相接地故障发生后，进行接地故障选相，并利用接地故障主动处置装置调控系统中性点电压，将故障相电压抑制至零，使得接地故障点电弧熄灭；
步骤S2：接地故障抑制一段时间后，通过调整接地故障主动处置装置的挡位逐渐减小系统中性点电压，并利用接地故障状态辨识技术确定故障为瞬时性接地故障还是永久性接地故障；
步骤S3：若为瞬时性接地故障，则退出接地故障主动处置装置；
步骤S4：若为永久性接地故障，则利用电弧故障识别技术进一步辨识故障为电弧接地故障还是电阻接地故障；
步骤S5：若为永久性电弧接地故障，则恢复接地故障主动处置装置的消弧状态，将故障相电压抑制至零，再利用选段装置隔离故障区段；
步骤S6：若为永久性电阻接地故障，则利用故障点残流评估及处置方法隔离接地故障点。
优选地，所述的接地故障主动处置装置由接地变压器和单相反馈变压器组成。单相反馈变压器一次绕组和二次绕组的变比为1，其中二次绕组有多个分档抽头；单相反馈变压器一次绕组的一端接于接地变压器引出的中性点，另一端通过开关接于单相接地故障相；单相反馈变压器二次绕组的一端接于接地变压器引出的中性点，另一端与大地连接。
优选地，所述的故障点残流评估及处置方法，由故障抑制期间接地故障主动处置装置输出的零序电流和系统中性点电压的比值，计算主动处置装置的等效零序导纳。并根据主动处置装置等效零序导纳的相角来评估故障点残流大小，若等效零序导纳相角小于设定阈值，则判定故障点残流较大，此时将接地故障主动处置装置退出运行，并将系统中性点经开关接地，进一步增大故障点电流，促使继电保护设备动作，隔离故障点；若等效零序导纳的相角大于设定阈值，则判定故障点残流较小，并恢复接地故障主动处置装置的消弧状态，将故障相电压抑制至零，待利用接地故障选段装置选出和隔离故障区段后，再将接地故障主动处置装置退出运行。
以下对本实施例的技术方案从原理角度进行详细说明：
含主动处置装置的配电网结构原理示意图如图2所示。根据基尔霍夫电压定律（KVL）可得
（1）
零序电压被控制为故障相电源电压负值时，即
（2）
此时，故障点残压为
（3）
由图3为含主动处置装置的配电网的对地等效电路图，根据基尔霍夫电流定律（KCL），易知
（4）
将电压和对地参数，根据欧姆定律代入得
（5）
假设三相对地参数对称，即E A+E B+E C=0，r AG∑=r BG∑=r CG∑=1/(3r 0)，C AG∑=C BG∑=C CG∑=C 0/3，则式（5）可简化为
（6）
将式（6）等式两边同时除以中性点电压U N（零序电压U 0），得到主动处置装置的等效零序导纳Y Z为
（7）
主动处置装置进行接地故障抑制期间，U 0=-E A，则主动处置装置的等效零序导纳为
（8）
图4为计及线路阻抗压降的配电网等效电路图。U Z为主动处置装置的输出零序电压，Z 0i为非故障馈线的对地阻抗，Z 0j为故障馈线的对地阻抗。
根据叠加定理可得故障点残流为
（9）
要使故障点残流为零，则主动处置装置输出电压应为
（10）
电压消弧方法用故障相电源电压E A替代故障点电压U f’，即忽略Z Z影响，因此采用电压消弧方法时，故障点残流为
（11）
将式（11）代入式（8）可得
（12）
接地故障点通常呈阻性，因此I fΔ/E A也呈阻性，其大小与故障点残流大小有关。主动处置装置等效零序导纳的相角为
（13）
通常系统对地电导1/r 0远小于系统对地电纳ωC 0，因此若故障点残流I fΔ较小，则主动处置装置等效导纳的相角接近于90º，即主动处置装置向系统主要注入零序无功功率。而当故障点残流I fΔ较大时，主动处置装置等效导纳的相角将接近于0º，此时主动处置装置向系统主要注入零序有功功率。
因此接地故障抑制期间主动处置装置等效导纳的相角可反映采用电压消弧法时故障点残流的大小。
为了让一般技术人员更好的理解本发明的技术方案，以下结合一仿真实例对本发明进行进一步介绍。
利用PSCAD/EMTDC软件搭建如图5所示含4条馈线的配电网络仿真模型，配电线路采用Bergeron模型。
对图5所示配电网络，0.4s发生接地故障，0.5s进行消弧，母线处发生5000Ω和5Ω接地故障时的故障点电流和主动处置装置等效零序导纳波形图如图6所示。由图6可知，母线处接地故障时，线路阻抗压降为零，采用电压消弧法时，无论时高阻接地故障还是低阻接地故障，故障点残流均能被抑制至较小值，主动处置装置等效零序导纳的相角也均接近于90º。
对图5所示配电网络，0.4s发生接地故障，0.5s进行消弧，重载线路末端，即图5终的Fault2处发生5000Ω和5Ω接地故障时的故障点电流和主动处置装置等效零序导纳波形图如图7所示。由图7可知，重载线路末端高阻接地故障时，采用电压消弧法时，故障点残流较小，主动处置装置等效零序导纳的相角接近于90º；重载线路末端低阻接地故障时，故障点残流较大，主动处置装置等效零序导纳的相角接近于0º。
对图5所示配电网络，0.4s重载线路末端发生300Ω电阻接地故障，0.5s进行消弧，设置主动处置装置等效零序导纳的相角阈值为85º，主动处置装置投入后，其等效零序导纳的相角为84º，低于设定阈值，故0.6s将系统中性点直接接地，增大故障点电流，促使继电保护动作，隔离故障。故障点电流和主动处置装置等效零序导纳波形图如图8所示。由图8可知，将系统中性点直接接地后，故障点电流将增大。
本实施例由接地变压器和单相反馈变压器组成接地故障主动处置装置，利用主动处置装置输出的零序电流和系统中性点电压计算主动处置装置的等效零序导纳，并根据等效零序导纳的相角来评估故障点残流大小，若故障点残流较大，则将系统中性点经开关接地，进一步增大故障点电流，促使继电保护设备动作，隔离故障点；若故障点残流较小，则恢复接地故障主动处置装置的故障抑制状态。解决了柔性消弧装置成本高，传统消弧柜在故障相误选时易产生冲击过电流，常规电压消弧方法受线路阻抗压降变化影响大等问题，实现了配电网单相接地故障的可靠消弧和快速隔离。
本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的配电网单相接地故障主动处置方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。
Claims (3)
1.一种配电网单相接地故障主动处置方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：配电网单相接地故障发生后，进行接地故障选相，并利用接地故障主动处置装置调控系统中性点电压，将故障相电压抑制至零，使得接地故障点电弧熄灭；
步骤S2：接地故障抑制一段时间后，通过调整接地故障主动处置装置的挡位逐渐减小系统中性点电压，并利用接地故障状态辨识技术确定故障为瞬时性接地故障还是永久性接地故障；
步骤S3：若为瞬时性接地故障，则退出接地故障主动处置装置；
步骤S4：若为永久性接地故障，则利用电弧故障识别技术进一步辨识故障为电弧接地故障还是电阻接地故障；
步骤S5：若为永久性电弧接地故障，则恢复接地故障主动处置装置的消弧状态，将故障相电压抑制至零，再利用选段装置隔离故障区段；
步骤S6：若为永久性电阻接地故障，则利用故障点残流评估及处置方法隔离接地故障点。
2.根据权利要求1所述的接地故障主动处置装置，其特征在于：接地故障主动处置装置由接地变压器和单相反馈变压器组成。单相反馈变压器一次绕组和二次绕组的变比为1，其中二次绕组有多个分档抽头；单相反馈变压器一次绕组的一端接于接地变压器引出的中性点，另一端通过开关接于单相接地故障相；单相反馈变压器二次绕组的一端接于接地变压器引出的中性点，另一端与大地连接。
3.根据权利要求1所述的故障点残流评估及处置方法，其特征在于：由故障抑制期间接地故障主动处置装置输出的零序电流和系统中性点电压的比值，计算主动处置装置的等效零序导纳。并根据主动处置装置等效零序导纳的相角来评估故障点残流大小，若等效零序导纳相角小于设定阈值，则判定故障点残流较大，此时将接地故障主动处置装置退出运行，并将系统中性点经开关接地，进一步增大故障点电流，促使继电保护设备动作，隔离故障点；若等效零序导纳的相角大于设定阈值，则判定故障点残流较小，并恢复接地故障主动处置装置的消弧状态，将故障相电压抑制至零，待利用接地故障选段装置选出和隔离故障区段后，再将接地故障主动处置装置退出运行。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN121302734A (zh) * | 2025-12-15 | 2026-01-09 | 内蒙古电力(集团)有限责任公司内蒙古电力科学研究院分公司 | 中性点非有效接地方式下的两点接地故障模型分析方法 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN121302734A (zh) * | 2025-12-15 | 2026-01-09 | 内蒙古电力(集团)有限责任公司内蒙古电力科学研究院分公司 | 中性点非有效接地方式下的两点接地故障模型分析方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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