CN114268085B - 一种基于电容二分法投切的配电网单相接地故障消弧方法 - Google Patents
一种基于电容二分法投切的配电网单相接地故障消弧方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于电容器组二分法投切的单相高阻接地故障点消弧方法。本申请从simulink中10kV配电网故障的仿真模型入手，在确定了二分法柔性投切电容的优化理论及操作方法的基础上，提出了基于电容器组二分法投切的单相高阻接地故障点消弧方法，减小了故障发生后零序电流及故障点电流的波动程度，提高了消弧的效果。本方案所需的成本较低、实用性较强，适合推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种配电网单相接地故障消弧方法，具体涉及一种基于电容二分法投切的配电网单相接地故障消弧方法。
技术背景
10kV配电线路架空线有时需要跨过山林区域，受外部因素(如雷击、大风等)的影响，架空线可能会与较高的树木枝干间发生放电。由于树木的电阻率高，体积大，因此会构成线路的单相高阻接地故障。发生单相高阻接地故障后，由于故障点阻值较高，阻性电流值较小，可以短时运行。但由于线路分布电容的存在，故障点有容性电流在导线和大地之间连通，长时间运行可能形成电弧，损毁设备，造成山火。
单相高阻接地故障消弧的关键在于减小电网对地的容性电流。一般可以在中性点接入消弧线圈，通过消弧线圈产生的感性电流抵消电网对地容性电流。但考虑到***负荷增长和电网发展规划，消弧线圈通常运行在过补偿状态，造成故障点处存在感性电流，同样存在产生电弧的风险。
为避免电弧产生，需要保证电网对地的感性电流和容性电流值尽可能接近，减小电网对地的电流。在消弧线圈过补偿情况下，可以通过投入电容器组增大容性电流实现容性电流与感性电流的平衡。为避免容性电流过大，减小投入时产生的零序冲击电流，可采用二分法柔性投切电容。该方法比无级调节方式准确度低，但其操作简单、成本较低，适用于覆盖山林地区的复杂配电网络。
发明内容
本申请实施拟提供一种基于电容二分法投切的配电网单相接地故障消弧方法，主要目的在于对配电网接地故障消弧线圈过补偿情况下，采用二分法柔性投切电容进行接地故障的消弧。
针对消弧线圈过补偿的缺点，本发明通过引入电容器组投切二分法对配电网单相接地故障电容器组的投切方式进行优化。提出了基于电容二分法投切的配电网单相接地故障消弧方法，分析了10kV配电网单相接地故障时的故障电流，运用二分法投切电容器组进行优化消弧，降低了故障点的电流，达到了很好的消弧效果。
本发明的技术方案为：一种基于电容二分法投切的配电网单相接地故障消弧方法。
(1)测量对地容性电流
本发明利用扫频法测量对地容性电流，扫频法是利用电路谐振原理，在电网中性点处接入一个电感L(一般是电路自带的消弧线圈)，并向电网中性点注入一个变频电流信号，测量中性点处电流与电感电压的变化情况，当电流和电压达到最大值时，变频电流信号的频率即为L与线路电容C的谐振频率f0，依据电路原理，L、C和f0存在如下关系：
根据式(1)和电网脱谐度ν的定义，可以推出如下关系：
其中，IL为消弧线圈电感电流，IC为对地容性电流，XL为消弧线圈感抗，XC为线路对地容抗，f为工频，ω为电源角频率，ω0为谐振角频率。
结合式(2)和电容伏安特性，可知容性电流IC为：
其中，为电力***相电压。
利用扫频法得出***谐振频率f0，即可求出***对地电容、脱谐度和对地容性电流值。
(2)确定消弧线圈容量
根据电力***规程，消弧线圈容量一般通过如下公式进行计算
其中，QL为消弧线圈容量，单位为kVA。k为负荷增长系数，一般取1.25-1.35之间，需要根据电网发展趋势和消弧线圈的台数进行确定；IC为***对地容性电流，单位为A；为***相电压，单位为 kV。因此，确定***对地容性电流后，即可根据容量选择相应的过补偿消弧线圈。
(3)确定电容器组电容值
电容器组的总容量应与消弧线圈过补偿容量的大小一致。根据式 (4)，可以推出电容器组的总容量QCt为：
因此，电容器组总电容Ct应为：
考虑到二分法投入的需要，若将电容器分为n组，则电容器组各电容大小应分别为：
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本申请示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本申请的若干实施方式，相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
图1示出了本申请实施例提供的10kV配电线路模型图。
图2示出了在3号出线A相的中点处构造单相高阻接地故障时，故障发生前后线路线电压、相电压与线路3零序电压情况图。
图3示出了故障发生前后各出线零序电流与故障点电流图。
图4示出了投入消弧线圈前后故障点电流图。
图5示出了采用二分法最优投切策略下零序电流和故障点电流图。
具体实施方式
本申请实施拟提供一种基于电容二分法投切的配电网单相接地故障消弧方法，主要目的在于对配电网接地故障消弧线圈过补偿情况下，采用二分法柔性投切电容进行接地故障的消弧。
针对消弧线圈过补偿的缺点，本发明通过引入电容器组投切二分法对配电网单相接地故障电容器组的投切方式进行优化。提出了基于电容二分法投切的配电网单相接地故障消弧方法，分析了10kV配电网单相接地故障时的故障电流，运用二分法投切电容器组进行优化消弧，降低了故障点的电流，达到了很好的消弧效果。
本发明的技术方案为：一种基于电容二分法投切的配电网单相接地故障消弧方法。
(1)测量对地容性电流
本发明利用扫频法测量对地容性电流，扫频法是利用电路谐振原理，在电网中性点处接入一个电感L(一般是电路自带的消弧线圈)，并向电网中性点注入一个变频电流信号，测量中性点处电流与电感电压的变化情况，当电流和电压达到最大值时，变频电流信号的频率即为L与线路电容C的谐振频率f0，依据电路原理，L、C和f0存在如下关系：
根据式(1)和电网脱谐度ν的定义，可以推出如下关系：
其中，IL为消弧线圈电感电流，IC为对地容性电流，XL为消弧线圈感抗，XC为线路对地容抗，f为工频，ω为电源角频率，ω0为谐振角频率。
结合式(2)和电容伏安特性，可知容性电流IC为：
其中，为电力***相电压。
利用扫频法得出***谐振频率f0，即可求出***对地电容、脱谐度和对地容性电流值。
(2)确定消弧线圈容量
根据电力***规程，消弧线圈容量一般通过如下公式进行计算
其中，QL为消弧线圈容量，单位为kVA。k为负荷增长系数，一般取1.25-1.35之间，需要根据电网发展趋势和消弧线圈的台数进行确定；IC为***对地容性电流，单位为A；为***相电压，单位为 kV。因此，确定***对地容性电流后，即可根据容量选择相应的过补偿消弧线圈。
(3)确定电容器组电容值
电容器组的总容量应与消弧线圈过补偿容量的大小一致。根据式 (4)，可以推出电容器组的总容量QCt为：
因此，电容器组总电容Ct应为：
考虑到二分法投入的需要，若将电容器分为n组，则电容器组各电容大小应分别为：
Claims (2)
1.一种基于电容二分法投切的配电网单相接地故障消弧方法，其特征在于，包括：
针对10kV配电网单相高阻接地故障情况通过有效降低故障点电流进行消弧；
在消弧线圈过补偿情况下，通过投入电容器组增大容性电流实现容性电流与感性电流的平衡；
为避免容性电流过大，减小投入时产生的零序冲击电流，采用二分法柔性投切电容；具体为：假设需要投入的电容理论值为C，二分法即先投入与C/2大小接近的电容，随后依次投入C/4、C/8……直到几乎实现全补偿为止；
确定需要投入电容的理论值C的步骤如下：
S1、测量对地容性电流；
S2、根据测得的对地容性电流确定消弧线圈容量；
S3、根据消弧线圈的过补偿容量确定电容器组的电容值；
S4、根据电容值C结合二分法来设计电容器组中各电容的电容值。
2.根据权利要求1中所述的基于电容二分法投切的配电网单相接地故障消弧方法，其特征在于，通过引入电容器组投切二分法进行单相高阻接地故障点消弧，并通过仿真软件验证效果；
针对不同的负荷情况、故障情况，采取不同的投切策略、不同的电容器大小进行组合。
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