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CN111856201B - 一种接地故障电弧电流的标定方法 - Google Patents

一种接地故障电弧电流的标定方法 Download PDF

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CN111856201B CN202010082001.0A CN202010082001A CN111856201B CN 111856201 B CN111856201 B CN 111856201B CN 202010082001 A CN202010082001 A CN 202010082001A CN 111856201 B CN111856201 B CN 111856201B
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Abstract

本申请公开了一种接地故障电弧电流的标定方法，利用中性点非有效接地系统接地故障发生时，电弧产生、熄灭及重燃瞬间弧隙两端产生的脉冲电压，得到接地故障电弧产生的局部放电量，建立局部放电量和接地故障电弧电流之间的关系，为接地故障检测及定位提供新的故障特征参量，从而有利于为接地故障检测及定位提供高效、高灵敏度的检测手段。本申请提供的接地故障电弧电流的标定方法中，提供了一种新的用于检测及定位接地故障的故障特征参量，且该局部放电量作为接地故障特征参量的标定过程简单、便捷，便于广泛推广使用。

Description

一种接地故障电弧电流的标定方法
技术领域
本申请涉及电网故障检测技术领域，尤其涉及一种接地故障电弧电流的标定方法。
背景技术
6kV-35kV的中压配电网系统大多采用中性点不接地方式或中性点经消弧线圈接地方式,称为中性点非有效接地方式或小电流接地系统。单相接地是配电网系统常见的一种故障，表示三相系统中的其中一相和大地发生短路。在配电网系统发生单相接地故障后,需要准确、快速进行故障检测与定位，以便对单相接地故障进行隔离和保护措施，从而确保配电网系统的稳定运行。
目前，单相接地故障的检测与定位方法通常采用单相接地故障时的故障电流和电压特征参量进行表征，利用电压和电流大小、比值及零序电压及电流分量等判断故障情况以及确定故障位置。例如，申请号CN201910624131.X公开了一种基于零序分量分析的小电流接地故障检测方法，该方法通过采集输电线路零序电流信号和电压信号，根据输电线路架空线最短线路和电缆最短线路的下限截止频率以及采样频率获得特征频带，计算出零序电压信号与零序电流信号在特征频带内的积分的比例系数，进而判断输电线路的故障情况，并确定故障支路。但是，对于高阻接地因零序分量较小，不能有效区分，导致故障检测及定位困难。
综上，当前采用电压、电流检测接地故障及定位的方法，受接地故障电阻的影响灵敏度极低，导致配电网带故障运行，因弧光接地电流存在可造成人身、电网及设备事故。因此，亟待一种可用于检测及表征接地故障、且具有较高灵敏度的的特征参量。
发明内容
本申请提供了一种接地故障电弧电流的标定方法，以解决对于现有的用于检测和定位消弧线圈补偿接地故障的故障特征参量，其计算过程复杂的问题。
本申请提供了一种接地故障电弧电流的标定方法，包括：
标定接地故障电弧产生时刻的带补偿接地故障电弧电流I，具体包括，
获取发生接地故障线路的故障相电压
Figure GDA0002692116280000011
其中，U为燃弧前故障线路的相电压幅值，ω为配电网系统角频率，其中，接地故障电弧产生时，接地故障电弧的第一脉冲电压
Figure GDA0002692116280000012
其中，
Figure GDA0002692116280000013
为t1时刻故障相电压的相位，t1为接地故障发生时刻，Rh为弧阻，i为接地故障电弧电流；
采集接地故障电弧产生的第一局部放电量q1，其中，第一局部放电量q1与第一脉冲电压Δu1之间存在以下关系q1＝Δu1(Cx+Cy)，其中，Cx和Cy为非故障线路的对地电容；
根据接地故障电弧的第一脉冲电压Δu1及第一局部放电量q1，计算故障电弧产生时刻的未补偿的接地故障电弧电流i；
根据故障电弧产生时刻的未补偿的接地故障电弧电流i，计算故障电弧产生时刻的带补偿接地故障电弧电流I；
标定接地故障电弧重燃时刻的带补偿接地故障电弧电流I，具体包括，
接地故障电弧重燃时，接地故障电弧的第二脉冲电压
Figure GDA0002692116280000014
其中，
Figure GDA0002692116280000021
为t2时刻故障相电压的相位，t2为接地故障重燃时刻，ω为配电网系统角频率，Rh为弧阻；
采集接地故障电弧产生的第二局部放电量q2，其中，第二局部放电量q2与第二脉冲电压Δu2之间存在以下关系q2＝Δu2(Cx+Cy)，其中，Cx和Cy为非故障线路的对地电容；
根据接地故障电弧的第二脉冲电压及第二局部放电量q2，计算故障电弧重燃时刻的未补偿的接地故障电弧电流i；
根据故障电弧重燃时刻的未补偿的接地故障电弧电流i，计算故障电弧重燃时刻的带补偿的接地故障电弧电流I。
可选地，故障电弧产生时刻的带补偿的接地故障电弧电流I的计算公式为：I＝i+iL，其中，iL为电感电路电流。
可选地，故障电弧重燃时刻的带补偿的接地故障电弧电流I的计算公式为：I＝i+iL，其中，iL为电感电路电流。
可选地，电感电路电流iL的方向与未补偿的接地故障电弧电流i方向相反。
可选地，故障电弧产生时刻的未补偿的接地故障电弧电流i的计算公式为：
Figure GDA0002692116280000022
可选地，故障电弧重燃时刻的未补偿的接地故障电弧电流i的计算公式为：
Figure GDA0002692116280000023
可选地，未补偿的接地故障电弧电流i的计算公式为：
Figure GDA0002692116280000024
其中，q第一局部放电量q1或第二局部放电量q2，Δt为第一脉冲电压Δu1对应的时间变化量或第二脉冲电压Δu2对应的时间变化量。
可选地，带补偿的接地故障电弧电流I的计算公式为：
Figure GDA0002692116280000025
其中，Cx和Cy为非故障线路的对地电容，Δu为第一脉冲电压Δu1或第二脉冲电压Δu2，
Figure GDA0002692116280000026
单位时间内的电压变化率。
可选地，所述采集接地故障电弧的第一局部放电量q1的过程具体包括，接地故障发生时，使用局部放电测试装置采集接地故障电弧的第一局部放电量q1。
可选地，所述采集接地故障电弧的第二局部放电量q2的过程具体包括，接地故障重燃时，使用局部放电测试装置采集接地故障电弧的第二局部放电量q2。
本申请提供了一种接地故障电弧电流的标定方法，利用中性点非有效接地系统消弧线圈补偿接地故障发生时，电弧产生、熄灭及重燃瞬间弧隙两端产生的脉冲电压，计算消弧线圈补偿接地故障电弧产生的局部放电量，建立局部放电量和消弧线圈补偿接地故障电弧之间的关系，为消弧线圈补偿接地故障检测及定位提供新的故障特征参量，从而有利于为消弧线圈补偿接地故障检测及定位提供高效、高灵敏度的检测手段。本申请提供的一种接地故障电弧电流的标定方法中，提供了一种新的用于检测及定位消弧线圈补偿接地故障的故障特征参量，且该故障特征参量的计算过程简单、便捷，便于广泛推广使用。
本申请提出采用局部放电量标定接地故障电弧的方法，可为接地故障的检测及定位提供新的思路及方法，能用于接地故障的检测及定位，实现接地故障，尤其是高阻接地故障的高灵敏度检测，从而保障配电网的安全稳定运行。
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为配电网系统发生消弧线圈补偿接地故障时的电路图；
图2为消弧线圈补偿接地故障电弧恢复电压变化曲线；
图3为消弧线圈补偿接地故障电弧的弧隙电压曲线图；
图4中，(a)为消弧线圈补偿接地故障电弧熄灭时的等效电路图，(b)为消弧线圈补偿接地故障电弧重燃时的等效电路图。
具体实施方式
本申请提供一种接地故障电弧电流的标定方法，用于对消弧线圈补偿接地故障(以下简述为接地故障)产生的局部放电量大小进行标定。带补偿的接地故障电弧电流作为接地故障的一种故障特征参量，可用于对配电网系统的接地故障进行检测及定位，图1为配电网系统发生接地故障时的电路图。
本申请提供一种接地故障电弧电流的标定方法，具有包括以下步骤。
图2为消弧线圈补偿接地故障电弧恢复电压变化曲线，结合图1与图2，一种接地故障电弧电流的标定方法包括：
步骤S100，标定接地故障电弧产生时刻的带补偿接地故障电弧电流I，具体包括，
步骤S110，获取发生接地故障线路的故障相电压
Figure GDA0002692116280000031
其中，U为燃弧前故障线路的相电压幅值，ω为配电网系统角频率，其中，接地故障电弧产生时，接地故障电弧的第一脉冲电压
Figure GDA0002692116280000032
其中，
Figure GDA0002692116280000033
为t1时刻故障相电压的相位，t1为接地故障发生时刻，Rh为弧阻，i为接地故障电弧电流。
本申请中，所述采集消弧线圈补偿接地故障电弧的第一脉冲电压Δu1的过程具体包括，消弧线圈补偿接地故障发生时，使用局部放电测试装置采集消弧线圈补偿接地故障电弧的第一脉冲电压Δu1。
步骤S120，采集接地故障电弧产生的第一局部放电量q1，其中，第一局部放电量q1与第一脉冲电压Δu1之间存在以下关系q1＝Δu1(Cx+Cy)，其中，Cx和Cy为非故障线路的对地电容。
本申请中，所述采集接地故障电弧的第一局部放电量q1的过程具体包括，接地故障发生时，使用局部放电测试装置采集接地故障电弧的第一局部放电量q1。
步骤S130，根据接地故障电弧的第一脉冲电压Δu1及第一局部放电量q1，计算故障电弧产生时刻的未补偿的接地故障电弧电流i。
本申请中，故障电弧产生时刻的未补偿的接地故障电弧电流i的计算公式为：
Figure GDA0002692116280000034
步骤S140，根据故障电弧产生时刻的未补偿的接地故障电弧电流i，计算故障电弧产生时刻的带补偿接地故障电弧电流I。
本申请中，故障电弧产生时刻的带补偿的接地故障电弧电流I的计算公式为：I＝i+iL，其中，iL为电感电路电流，其中，电感电路电流iL的方向与未补偿的接地故障电弧电流i方向相反。
消弧线圈补偿接地故障产生的电弧在电流过零后将发生熄灭或重燃。图3为消弧线圈补偿接地故障电弧的弧隙电压曲线图，如图3所示，消弧线圈补偿故障相接地电流过零后，弧隙中和弧隙上同时进行着两个相关过程，即介质恢复过程和电压恢复过程，记弧隙介质所能承受的最高电压为ujf，电弧的恢复电压为uhf。电弧的熄灭与否，取决于以上两个过程中ujf与uhf的大小。若弧隙介质所能承受的最高电压ujf大于电弧的恢复电压uhf，则电弧熄灭，消弧线圈补偿接地故障电弧熄灭时，故障处相当于断路，等效电路如图4(a)所示。若在某一时刻电弧的恢复电压uhf大于弧隙介质所能承受的最高电压ujf小于，则电弧重燃，等效电路如图4(b)所示，其中Rh为等效弧阻，i为故障相接地电流，u为故障相电压，Ca、Cb、Cc为系统对地电容。
步骤S200，标定接地故障电弧重燃时刻的带补偿接地故障电弧电流I，具体包括，
步骤S210，接地故障电弧重燃时，接地故障电弧的第二脉冲电压
Figure GDA0002692116280000041
其中，
Figure GDA0002692116280000042
为t2时刻故障相电压的相位，t2为接地故障重燃时刻，ω为配电网系统角频率，Rh为弧阻。
本申请中，所述采集消弧线圈补偿接地故障电弧的第二脉冲电压Δu2的过程具体包括，消弧线圈补偿接地故障重燃时，使用局部放电测试装置采集消弧线圈补偿接地故障电弧的第二脉冲电压Δu2。
步骤S220，采集接地故障电弧产生的第二局部放电量q2，其中，第二局部放电量q2与第二脉冲电压Δu2之间存在以下关系q2＝Δu2(Cx+Cy)，其中，Cx和Cy为非故障线路的对地电容。
本申请中，所述采集接地故障电弧的第二局部放电量q2的过程具体包括，接地故障重燃时，使用局部放电测试装置采集接地故障电弧的第二局部放电量q2。
步骤S230，根据接地故障电弧的第二脉冲电压及第二局部放电量q2，计算故障电弧重燃时刻的未补偿的接地故障电弧电流i。
本申请中，故障电弧重燃时刻的未补偿的接地故障电弧电流i的计算公式为：
Figure GDA0002692116280000043
步骤S240，根据故障电弧重燃时刻的未补偿的接地故障电弧电流i，计算故障电弧重燃时刻的带补偿的接地故障电弧电流I。
本申请中，故障电弧重燃时刻的带补偿的接地故障电弧电流I的计算公式为：I＝i+iL，其中，iL为电感电路电流，其中，电感电路电流iL的方向与未补偿的接地故障电弧电流i方向相反。
本申请还提供了另一种计算未补偿的接地故障电弧电流i与带补偿的接地故障电弧电流I的方法。其中，未补偿的接地故障电弧电流i的计算公式为：
Figure GDA0002692116280000044
其中，q第一局部放电量q1或第二局部放电量q2，Δt为第一脉冲电压Δu1对应的时间变化量或第二脉冲电压Δu2对应的时间变化量。带补偿的接地故障电弧电流I的计算公式为：
Figure GDA0002692116280000045
其中，Cx和Cy为非故障线路的对地电容，Δu为第一脉冲电压Δu1或第二脉冲电压Δu2，
Figure GDA0002692116280000046
单位时间内的电压变化率。
本申请提供了一种接地故障电弧电流的标定方法，利用中性点非有效接地系统消弧线圈补偿接地故障发生时，电弧产生、熄灭及重燃瞬间弧隙两端产生的脉冲电压，计算消弧线圈补偿接地故障电弧产生的局部放电量，建立局部放电量和消弧线圈补偿接地故障电弧之间的关系，为消弧线圈补偿接地故障检测及定位提供新的故障特征参量，从而有利于为消弧线圈补偿接地故障检测及定位提供高效、高灵敏度的检测手段。本申请提供的一种接地故障电弧电流的标定方法中，提供了一种新的用于检测及定位消弧线圈补偿接地故障的故障特征参量，且该故障特征参量的计算过程简单、便捷，便于广泛推广使用。
以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (4)

1.一种接地故障电弧电流的标定方法，其特征在于，包括：
标定接地故障电弧产生时刻的接地故障电弧电流i，具体包括，
获取发生接地故障线路的故障相电压
Figure FDA0003090391880000011
其中，U为燃弧前故障线路的相电压幅值，ω为配电网系统角频率，其中，接地故障电弧产生时，接地故障电弧的第一脉冲电压
Figure FDA0003090391880000012
其中，
Figure FDA0003090391880000013
为t1时刻故障相电压的相位，t1为接地故障发生时刻，Rh为弧阻，i为接地故障电弧电流；
采集接地故障电弧产生的第一局部放电量q1，其中，第一局部放电量q1与第一脉冲电压Δu1之间存在以下关系q1＝Δu1(Cx+Cy)，其中，Cx和Cy为非故障线路的对地电容；
根据接地故障电弧的第一脉冲电压Δu1及第一局部放电量q1，计算故障电弧产生时刻的接地故障电弧电流i，故障电弧产生时刻的接地故障电弧电流i的计算公式为：
Figure FDA0003090391880000014
标定接地故障电弧重燃时刻的接地故障电弧电流i，具体包括，
接地故障电弧重燃时，接地故障电弧的第二脉冲电压
Figure FDA0003090391880000015
其中，
Figure FDA0003090391880000016
为t2时刻故障相电压的相位，t2为接地故障重燃时刻，ω为配电网系统角频率，Rh为弧阻；
采集接地故障电弧产生的第二局部放电量q2，其中，第二局部放电量q2与第二脉冲电压Δu2之间存在以下关系q2＝Δu2(Cx+Cy)，其中，Cx和Cy为非故障线路的对地电容；
根据接地故障电弧的第二脉冲电压及第二局部放电量q2，计算故障电弧重燃时刻的接地故障电弧电流i，故障电弧重燃时刻的接地故障电弧电流i的计算公式为：
Figure FDA0003090391880000017
2.根据权利要求1所述的接地故障电弧电流的标定方法，其特征在于，接地故障电弧电流i的计算公式为：
Figure FDA0003090391880000018
其中，q第一局部放电量q1或第二局部放电量q2，Δt为第一脉冲电压Δu1对应的时间变化量或第二脉冲电压Δu2对应的时间变化量。
3.根据权利要求1所述的接地故障电弧电流的标定方法，其特征在于，所述采集接地故障电弧的第一局部放电量q1的过程具体包括，接地故障发生时，使用局部放电测试装置采集接地故障电弧的第一局部放电量q1。
4.根据权利要求1所述的接地故障电弧电流的标定方法，其特征在于，所述采集接地故障电弧的第二局部放电量q2的过程具体包括，接地故障重燃时，使用局部放电测试装置采集接地故障电弧的第二局部放电量q2。
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