一种谐振接地系统熄弧时刻判别方法与流程

1.本技术涉及配电自动化技术领域，尤其涉及一种谐振接地系统熄弧时刻判别方法。


背景技术：

2.在谐振接地系统中，单相接地故障为主要故障类型，占比高达80％～90％。以故障点状态为边界，单相接地故障全过程包括故障点击穿后的熄弧前过程和系统绝缘恢复后过程，而对于某些间歇性接地故障而言，两者将会出现反复交替。
3.目前，针对熄弧后过程的接地故障关注较少，但是熄弧后过程中存在诸多隐患，熄弧后暂态电气量极可能使多种暂态选线方法误选或误报。熄弧后母线零序电压依然存在，可能持续数百毫秒，三相电压可能出现过电压。除此之外，包括有源消弧在内的各种消弧技术多数是以控制故障点残流为目标，故障点电弧能否快速熄灭是评价消弧效果好坏的重要依据。因此，熄弧时刻判别技术是熄弧后过程的接地故障信息的提取和利用的基础，同时对于接地故障的选线、消弧效果评估和重合闸设备的配置等诸多运行和维护工作具有重要的指导意义。
4.当谐振接地系统发生单相接地故障时，在故障点击穿后的熄弧前阶段，母线零序电压和消弧线圈电流均为工频正弦量，在系统绝缘恢复的熄弧后阶段，零序回路的补偿电感与系统对地电容之间发生串联谐振，且母线零序电压与消弧线圈电流均为衰减的正弦分量。尽管熄弧后谐振频率与熄弧前频率不同，且信号幅值存在衰减现象，但是故障电气量不存在明显突变，因此，很难直接利用该信号波形判别熄弧时刻。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种谐振接地系统熄弧时刻判别方法，用以解决现有的熄弧时刻难以判别的技术问题。
6.一方面，本技术实施例提供了一种谐振接地系统熄弧时刻判别方法，所述方法包括以下步骤：
7.步骤s1：记录谐振接地系统发生单向接地故障后的系统母线零序电压u0，并测量系统频率，从而得到角频率ω0。
8.步骤s2：计算系统母线零序电压u0信号的一阶导数和平方信号的二阶导数。
9.步骤s3：基于如下公式，计算特征参量a，
[0010][0011]
步骤s4：基于如下公式，计算特征参量b，
[0012][0013]
步骤s5：基于公式da＝a(n+1)-a(n)，计算所述特征参量a的一阶差分da，a(n)表示特征参量a的信号序列，且n》0。
[0014]
步骤s6：基于公式db＝b(n+1)-b(n)，计算所述特征参量b的一阶差分db，b(n)表示特征参量b的信号序列，且n》0。
[0015]
步骤s7：基于所述特征参量a、所述特征参量b、所述一阶差分da以及所述一阶差分db，生成判据，定性及定量判断接地故障是否熄弧。
[0016]
在本技术的一种实现方式中，定性判断接地故障是否熄弧的判据为：若检测到所述特征参量a和/或所述特征参量b为常数，则此时接地故障仍未熄弧；若检测到所述特征参量a和/或所述特征参量b发生变化，则此时接地故障熄弧。
[0017]
在本技术的一种实现方式中，定量判断接地故障是否熄弧的判据为：若检测到所述一阶差分da和/或所述一阶差分db为0或仅在一定范围内波动，则此时接地故障仍未熄弧；若检测到所述一阶差分da和/或所述一阶差分db超出阈值，则此时接地故障熄弧。
[0018]
在本技术的一种实现方式中，所述母线零序电压u0可以替换为以下任意一项：消弧线圈电流i
l
、线路上任意位置的零序电压、线路上任意位置的零序电流。
[0019]
本技术实施例提供的一种谐振接地系统熄弧时刻判别方法，具有以下有益效果：
[0020]
(1)、能够在系统发生单相接地故障后，利用母线零序电压和消弧线圈电流等故障零序电气量，实现谐振接地系统的熄弧时刻判别。
[0021]
(2)、无需单独测量设备，利用系统已有母线电压互感器和消弧线圈电流互感器即可完成信号测量。
[0022]
(3)、比较前后采样数据点的差异，与利用周期内的采样数据点方法相比，准确度更高。
[0023]
(4)、适用于随调式消弧线圈和预调式消弧线圈，适用性较强。
附图说明
[0024]
此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
[0025]
图1是本技术中一种谐振接地系统熄弧时刻判别方法流程图；
[0026]
图2是本技术利用消弧线圈控制器的系统原理接线图；
[0027]
图3是本技术仿真所采用的典型10kv配电网系统结构；
[0028]
图4是本技术熄弧时刻判别逻辑流程图；
[0029]
图5是本技术仿真验证所得发生单相接地故障时母线零序电压波形、消弧线圈电流波形和故障点残流波形；
[0030]
图6是本技术仿真验证所得特征参量a和b及其一阶差分da和db波形；
[0031]
图7是本技术仿真验证所得一阶差分da和db波形在熄弧前后的局部图。
具体实施方式
[0032]
为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术具体实施例及相应的附图对本技术技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0033]
在谐振接地系统中，单相接地故障为主要故障类型，占比高达80％～90％。以故障点状态为边界，单相接地故障全过程包括故障点击穿后的熄弧前过程和系统绝缘恢复后过程，而对于某些间歇性接地故障而言，两者将会出现反复交替。
[0034]
目前，针对熄弧后过程的接地故障关注较少，但是熄弧后过程中存在诸多隐患，熄弧后暂态电气量极可能使多种暂态选线方法误选或误报。熄弧后母线零序电压依然存在，可能持续数百毫秒，三相电压可能出现过电压。除此之外，包括有源消弧在内的各种消弧技术多数是以控制故障点残流为目标，故障点电弧能否快速熄灭是评价消弧效果好坏的重要依据。因此，熄弧时刻判别技术是熄弧后过程的接地故障信息的提取和利用的基础，同时对于接地故障的选线、消弧效果评估和重合闸设备的配置等诸多运行和维护工作具有重要的指导意义。
[0035]
当谐振接地系统发生单相接地故障时，在故障点击穿后的熄弧前阶段，母线零序电压和消弧线圈电流均为工频正弦量，在系统绝缘恢复的熄弧后阶段，零序回路的补偿电感与系统对地电容之间发生串联谐振，且母线零序电压与消弧线圈电流均为衰减的正弦分量。尽管熄弧后谐振频率与熄弧前频率不同，且信号幅值存在衰减现象，但是故障电气量不存在明显突变，因此，很难直接利用该信号波形判别熄弧时刻。
[0036]
本发明作为一种全面利用接地故障的零序电气量的方法，其目的在于解决谐振接地系统熄弧时刻判别的问题，对于熄弧后过程的接地故障信息的提取和利用以及接地故障的选线、消弧效果评估和重合闸设备的配置等诸多运行和维护工作具有重要指导意义。
[0037]
本技术实施例提供了一种谐振接地系统熄弧时刻判别方法，以解决现有的熄弧时刻难以判别的技术问题。下面通过附图对本技术实施例提出的技术方案进行详细的说明。
[0038]
图1为本技术实施例提供的一种谐振接地系统熄弧时刻判别方法流程图。如图1所示，该方法主要包括以下步骤：
[0039]
步骤s1：记录谐振接地系统发生单向接地故障后的系统母线零序电压u0，并测量系统频率，从而得到角频率ω0。
[0040]
步骤s2：计算系统母线零序电压u0信号的一阶导数和平方信号的二阶导数。
[0041]
步骤s3：基于如下公式，计算特征参量a，
[0042][0043]
步骤s4：基于如下公式，计算特征参量b，
[0044][0045]
步骤s5：基于公式da＝a(n+1)-a(n)，计算所述特征参量a的一阶差分da，a(n)表示
特征参量a的信号序列，且n》0。
[0046]
步骤s6：基于公式db＝b(n+1)-b(n)，计算所述特征参量b的一阶差分db，b(n)表示特征参量b的信号序列，且n》0。
[0047]
步骤s7：基于所述特征参量a、所述特征参量b、所述一阶差分da以及所述一阶差分db，生成判据，定性及定量判断接地故障是否熄弧。
[0048]
在本技术实施例中，定性判断接地故障是否熄弧的基本判据为：若检测到所述特征参量a和/或所述特征参量b为常数，则此时接地故障仍未熄弧；若检测到所述特征参量a和/或所述特征参量b发生变化，则此时接地故障熄弧。
[0049]
在本技术实施例中，定量判断接地故障是否熄弧的附加判据为：若检测到所述一阶差分da和/或所述一阶差分db为0或仅在一定范围内波动，则此时接地故障仍未熄弧；若检测到所述一阶差分da和/或所述一阶差分db超出阈值，则此时接地故障熄弧。
[0050]
在本技术实施例中，所述母线零序电压u0可以替换为以下任意一项：消弧线圈电流i
l
、线路上任意位置的零序电压、线路上任意位置的零序电流。
[0051]
下面通过具体实施例验证本技术的可行性。
[0052]
如图2所示，当系统发生单相接地故障之后，对于随调式消弧线圈，消弧线圈控制器送出预先确定的补偿档位信息，调节消弧线圈进行补偿系统电容电流，然后根据电弧熄灭前后电流互感器测量的消弧线圈电流与电压互感器测量的系统母线电压等信号，判断故障点是否熄弧，直到判断到故障电气量消失，调节消弧线圈恢复到远离谐振点的最大过补偿状态。在此过程中，当前系统状态的实时信息和故障点状态以及熄弧时刻将通过显示器等人机交互窗口进行显示。预调式消弧线圈的工作流程与此类似。
[0053]
如图3所示，在仿真所采用的典型10kv配电网系统中，共有4条出线，包含电缆线路、架空线路与混合线路，不同线路类型的线路分布参数如表1所示，其中，r
0u
、l
0u
和c
0u
分别为分布电阻、电感和电容参数。仿真频率为50hz。因此，系统对地电容为c＝6.67μf，对于该10kv系统，系统电容电流为ic＝36.29a。pt/ct的采样周期为5
×
10-5
s，即采样频率为20khz，附加判据da和db的阈值分别设定为150v2和10v2。仿真设置消弧线圈电感l＝460.13mh，即设定系统失谐度v＝-10％，单相接地故障的接地电阻rf＝500ω。
[0054]
表1架空线及电缆线路分布参数
[0055][0056]
在系统中设置单相接地故障，利用pt和ct分别测量母线零序电压和消弧线圈电流，u0为系统母线零序电压，il为消弧线圈电流，并且在其中人为加入随机信号模拟pt/ct的测量误差。在实际情况下无法直接测量故障点残流波形，但是在仿真验证当中可以获得并用来验证算法的正确性。然后根据图4所示的逻辑流程，实施熄弧时刻判别方法。
[0057]
在此例系统发生单相接地故障后，记录系统母线零序电压u0、消弧线圈电流il和故障点残流if，如图5所示，其中，t＝0时，故障点工频电流过零熄弧。选取母线零序电压u0数据，计算特征参量a和b及其一阶差分da和db，如图6所示，熄弧前后da和db的局部图如图7所示。根据熄弧时刻判别方法，可得利用不同熄弧时刻判据得到的熄弧时刻结果如表2所
示。
[0058]
表2熄弧时刻判别结果
[0059][0060]
根据图6、图7和表2可知，熄弧前特征参量a和b及其一阶差分da和db均存在不同程度的波动，该波动是由于pt/ct的测量误差造成；熄弧前一阶差分da和db均在0附近波动，该波动相比于熄弧后的信号波动或振荡，幅度较小；在rf＝500ω情况下，两种判据能够正确判别熄弧时刻，结果分别为0.10ms和0.42ms，与实际熄弧时刻结果十分接近。
[0061]
本技术实施例提供的一种谐振接地系统熄弧时刻判别方法，能够在系统发生单相接地故障后，利用母线零序电压和消弧线圈电流等故障零序电气量，实现谐振接地系统的熄弧时刻判别。无需单独测量设备，利用系统已有母线电压互感器和消弧线圈电流互感器即可完成信号测量。比较前后采样数据点的差异，与利用周期内的采样数据点方法相比，准确度更高。适用于随调式消弧线圈和预调式消弧线圈，适用性较强。
[0062]
本技术中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0063]
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0064]
以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。

技术特征：
1.一种谐振接地系统熄弧时刻判别方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤s1：记录谐振接地系统发生单向接地故障后的系统母线零序电压u0，并测量系统频率，从而得到角频率ω0；步骤s2：计算系统母线零序电压u0信号的一阶导数和平方信号的二阶导数；步骤s3：基于如下公式，计算特征参量a，步骤s4：基于如下公式，计算特征参量b，步骤s5：基于公式da＝a(n+1)-a(n)，计算所述特征参量a的一阶差分da，a(n)表示特征参量a的信号序列，且n>0；步骤s6：基于公式db＝b(n+1)-b(n)，计算所述特征参量b的一阶差分db，b(n)表示特征参量b的信号序列，且n>0；步骤s7：基于所述特征参量a、所述特征参量b、所述一阶差分da以及所述一阶差分db，生成判据，定性及定量判断接地故障是否熄弧。2.根据权利要求1所述的谐振接地系统熄弧时刻判别方法，其特征在于，定性判断接地故障是否熄弧的判据为：若检测到所述特征参量a和/或所述特征参量b为常数，则此时接地故障仍未熄弧；若检测到所述特征参量a和/或所述特征参量b发生变化，则此时接地故障熄弧。3.根据权利要求1所述的谐振接地系统熄弧时刻判别方法，其特征在于，定量判断接地故障是否熄弧的判据为：若检测到所述一阶差分da和/或所述一阶差分db为0或仅在一定范围内波动，则此时接地故障仍未熄弧；若检测到所述一阶差分da和/或所述一阶差分db超出阈值，则此时接地故障熄弧。4.根据权利要求1所述的谐振接地系统熄弧时刻判别方法，其特征在于，所述母线零序电压u0可以替换为以下任意一项：消弧线圈电流i
l
、线路上任意位置的零序电压、线路上任意位置的零序电流。

技术总结
本申请实施例提供了一种谐振接地系统熄弧时刻判别方法，涉及配电自动化技术领域，以解决现有的熄弧时刻难以判别的技术问题。利用谐振接地接地系统单相接地故障的母线零序电压、消弧线圈电流等零序故障电气量，构造特征参量，形成熄弧时刻判别的基本判据和附加判据，从而判别熄弧时刻。能够在系统发生单相接地故障后，利用母线零序电压和消弧线圈电流等故障零序电气量，实现谐振接地系统的熄弧时刻判别。无需单独测量设备，利用系统已有母线电压互感器和消弧线圈电流互感器即可完成信号测量。比较前后采样数据点的差异，与利用周期内的采样数据点方法相比，准确度更高。适用于随调式消弧线圈和预调式消弧线圈，适用性较强。强。强。


技术研发人员：宫德锋 乔东伟 杨雷 张恒 谢雨濛 郭昱延 徐东生 张海峰 徐淼 王书源
受保护的技术使用者：国网山东省电力公司泰安供电公司
技术研发日：2023.04.27
技术公布日：2023/8/14