本發(fā)明涉及電力電網領域，特別是涉及一種消弧線圈接地系統(tǒng)故障選線裝置和方法。

背景技術：

隨著城市化進展加快，配電網中大量使用電纜線路，系統(tǒng)電容電流急劇增加。單相接地故障時容易在故障點形成間歇電弧，威脅電網的安全運行。目前我國在中低壓配網系統(tǒng)中往往采用中性點經消弧線圈的接地方式，消弧線圈產生感性電流補償了接地點的電容電流，能有效的限制發(fā)生單相接地故障時流過接地點的故障電流，達到滅弧作用，同時會使故障點的殘流很小，從而使選線裝置難以通過殘流來準確判斷故障位置。

傳統(tǒng)的故障選線方法主要有五次諧波分量法、首半波法等。在單相接地情況下，五次諧波容性電流分布與中性點不接地系統(tǒng)中基波容性電流幾乎相同，且數值上遠遠大于消弧線圈提供的五次諧波感性電流，因此可以利用五次諧波原理進行選線，但在實際運行的系統(tǒng)中，因外界的諧波干擾以及用戶的電弧爐、整流設備等諧波源的存在，使得故障線路中五次諧波電流不一定總是最大，相位關系也不一定成立，無法準確判斷故障位置。因此，尋求一種能夠提高中性點經消弧線圈接地系統(tǒng)的選線準確率的有效解決方案，對提高電力系統(tǒng)的安全運行有著重大的意義。

技術實現要素：

基于此，有必要針對上述問題，提供一種提高故障選線準確率的消弧線圈接地系統(tǒng)故障選線裝置和方法。

一種消弧線圈接地系統(tǒng)故障選線裝置，包括電壓采集模塊、電流采集模塊、處理器模塊和選線模塊，所述電壓采集模塊和所述電流采集模塊均連接所述處理器模塊，所述處理器模塊連接所述選線模塊，所述選線模塊用于連接消弧線圈；

所述電壓采集模塊根據接收的電壓采樣控制指令采集所述消弧線圈所處配電網的母線零序電壓，并將采樣得到的母線零序電壓發(fā)送至所述處理器模塊；

所述電流采集模塊根據接收的饋線零序電流采樣指令采集所述消弧線圈所處配電網的饋線零序電流，并將采樣得到的饋線零序電流發(fā)送至所述處理器模塊；

所述處理器模塊根據預設頻率發(fā)送電壓采樣控制指令至電壓采集模塊；根據接收的所述采樣得到的母線零序電壓計算母線零序電壓有效值；記錄所述母線零序電壓有效值小于或等于第一閾值的時長，并在所述時長大于第一預設時長時發(fā)送第一控制指令至所述選線模塊，且根據預設頻率發(fā)送饋線零序電流采樣指令至電流采集模塊；在發(fā)送所述第一控制指令第二預設時長后發(fā)送第二控制指令至所述選線模塊；以及獲取所述消弧線圈所處的配電網在接入選線電阻的時段內的母線零序電壓和饋線零序電流，并根據獲取的母線零序電壓和饋線零序電流計算所述消弧線圈所處配電網線路的零序無功系數，根據各線路的零序無功系數確定故障線路并輸出；

所述選線模塊在接收所述第一控制指令時接入所述選線電阻至所述消弧線圈，并在接收到所述第二控制指令時切除所述選線電阻。

一種消弧線圈接地系統(tǒng)故障選線方法，包括以下步驟：

處理器模塊根據預設頻率發(fā)送電壓采樣控制指令至電壓采集模塊；

所述電壓采集模塊根據接收的電壓采樣控制指令采集所述消弧線圈所處配電網的母線零序電壓，并將采樣得到的母線零序電壓發(fā)送至所述處理器模塊；

所述處理器模塊根據接收的所述采樣得到的母線零序電壓計算母線零序電壓有效值；

所述處理器模塊記錄所述母線零序電壓有效值小于或等于第一閾值的時長，并在所述時長大于第一預設時長時發(fā)送第一控制指令至選線模塊，且根據預設頻率發(fā)送饋線零序電流采樣指令至電流采集模塊；在發(fā)送所述第一控制指令第二預設時長后發(fā)送第二控制指令至所述選線模塊；

所述選線模塊在接收所述第一控制指令時接入所述選線電阻至所述消弧線圈，并在接收到所述第二控制指令時切除所述選線電阻；

所述電流采集模塊根據接收的饋線零序電流采樣指令采集所述消弧線圈所處配電網的饋線零序電流，并將采樣得到的饋線零序電流發(fā)送至所述處理器模塊；

所述處理器模塊獲取所述消弧線圈所處配電網在接入選線電阻的時段內的母線零序電壓和饋線零序電流，并根據獲取的母線零序電壓和饋線零序電流計算所述消弧線圈所處配電網線路的零序無功系數，根據各線路的零序無功系數確定故障線路并輸出。

上述消弧線圈接地系統(tǒng)故障選線裝置和方法，處理器模塊根據母線零序電壓有效值小于或等于第一閾值的時長大于第一預設時長時發(fā)送第一控制指令，并在發(fā)送第一指控指令第二預設時長后發(fā)送第二控制指令，控制選線模塊接入以及切除選線電阻，獲取消弧線圈所處的配電網在接入選線電阻時段內的母線零序電壓和饋線零序電流，根據獲取的母線零序電壓和饋線零序電流計算各線路零序無功系數，采用線路零序無功系數故障選線方法，識別故障線路，解決了由于消弧線圈補償后殘留較小而造成故障選線困難的問題，提高了單線接地故障選線的準確率，提高電網的安全運行水平。

附圖說明

圖1為一實施例中消弧線圈接地系統(tǒng)故障選線裝置結構圖；

圖2為另一實施例中消弧線圈接地系統(tǒng)故障選線裝置示意圖；

圖3為一實施例中消弧線圈接地系統(tǒng)故障選線方法流程圖。

具體實施方式

在一個實施例中，如圖1所示，一種消弧線圈接地系統(tǒng)故障選線裝置，包括電壓采集模塊110、電流采集模塊120、處理器模塊130和選線模塊140，電壓采集模塊110和電流采集模塊120均連接處理器模塊130，處理器模塊130連接選線模塊140，選線模塊140用于連接消弧線圈；電壓采集模塊110根據接收的電壓采樣控制指令采集消弧線圈所處配電網的母線零序電壓，并將采樣得到的母線零序電壓發(fā)送至處理器模塊130；電流采集模塊120根據接收的饋線零序電流采樣指令采集消弧線圈所處配電網的饋線零序電流，并將采樣得到的饋線零序電流發(fā)送至處理器模塊130；處理器模塊130根據預設頻率發(fā)送電壓采樣控制指令至電壓采集模塊110；根據接收的采樣得到的母線零序電壓計算母線零序電壓有效值；記錄母線零序電壓有效值小于或等于第一閾值的時長，并在時長大于第一預設時長時發(fā)送第一控制指令至選線模塊140，且根據預設頻率發(fā)送饋線零序電流采樣指令至電流采集模塊120；在發(fā)送第一控制指令第二預設時長后發(fā)送第二控制指令至選線模塊140；以及獲取消弧線圈所處的配電網在接入選線電阻144的時段內的母線零序電壓和饋線零序電流，并根據獲取的母線零序電壓和饋線零序電流計算消弧線圈所處配電網線路的零序無功系數，根據各線路的零序無功系數確定故障線路并輸出；選線模塊140在接收第一控制指令時接入選線電阻144至消弧線圈，并在接收到第二控制指令時切除選線電阻144。

具體地，電壓采集模塊110的具體類型并不唯一，能測量到母線零序電壓即可，比如將三相式電壓互感器二次側連接成開口三角形式，測量開口三角形的電壓就是零序電壓，同理，電流采集模塊120的具體類型并不唯一，能測量到饋線零序電流即可；第一閾值為其中uth為預設啟動門檻值。

處理器模塊130根據預設頻率發(fā)送電壓采樣控制指令至電壓采集模塊110之前，還包括：電壓采集模塊110實時采集母線零序電壓，并將母線零序電壓發(fā)送至處理器模塊130；處理器模塊130接收母線零序電壓，當母線零序電壓大于預設啟動門檻值時，處理器模塊130根據預設頻率發(fā)送電壓采樣控制指令至電壓采集模塊110。

具體地，預設頻率可以根據需要進行設置，處理器模塊130根據接收的采樣得到的母線零序電壓計算母線零序電壓有效值，具體為：

其中，urms表示母線零序電壓有效值，n表示總采樣點數，u0(n)表示母線零序電壓第n次采樣值。

處理器模塊130獲取消弧線圈所處的配電網在接入選線電阻144的時段內的母線零序電壓和饋線零序電流，并根據獲取的母線零序電壓和饋線零序電流計算消弧線圈所處配電網線路的零序無功系數，根據各線路的零序無功系數確定故障線路，包括：處理器模塊130獲取消弧線圈所處配電網在接入選線電阻144的時段內的母線零序電壓和饋線零序電流，并根據獲取的母線零序電壓和饋線零序電流計算消弧線圈所處配電網線路的零序無功系數；比較各線路的零序無功系數，確定零序無功系數最大值；判斷當零序無功系數最大值與預設閾值的差值小于或等于預設比較閾值時，零序無功系數最大值對應的線路為故障線路，否則，故障線路為母線。

具體地，處理器獲取消弧線圈所處配電網在接入選線電阻144的時段內的母線零序電壓和饋線零序電流，并根據獲取的母線零序電壓和饋線零序電流計算消弧線圈所處配電網線路的零序無功系數，具體為：

其中，q0i為線路i的零序無功功率，tsb為第二預設時長，u0為母線零序電壓，i0i為線路i的零序電流，λi為零序無功系數，m為配電網線路總數量。

比較各線路的零序無功系統(tǒng)，確定零序無功系數最大值λmax，如果|λmax-0.5|≤ε，其中ε為預設比較閾值，0.5為預設閾值，則λmax對應的線路為故障線路，否則故障線路為母線。

具體地，處理器模塊130不一定要在發(fā)送第一控制指令的同時發(fā)送饋線零序電流采樣指令至電流采集模塊120，可以在啟動后就根據預設頻率發(fā)送母線零序電壓采樣指令至電壓采集模塊110的同時發(fā)送饋線零序電流采樣指令至電流采集模塊120，最后處理器模塊130獲取到消弧線圈所處配電網在接入選線電阻144的時段內的母線零序電壓和饋線零序電流即可。

在一個實施例中，如圖2所示，選線模塊140包括開關管和選線電阻144，開關管的第一端連接選線電阻144的一端，開關管的第二端連接處理器模塊130，開關管的第三端和選線電阻144的另一端分別用于連接消弧線圈的兩端。

具體地，處理器模塊130發(fā)送第一控制指令控制開關管閉合，接入選線電阻144，處理器模塊130發(fā)送第二控制指令控制開關管斷開，切除選線電阻144，通過控制開關管進行閉合和斷開操作，實現接入以及切除選線電阻144，從而分析電阻投入后線路的零序無功功率，采用線路零序無功系數故障選線方法，識別故障線路。

在一個實施例中，開關管為可控硅開關142。

在一個實施例中，處理器模塊130包括處理器、第一計時器和第二計時器，第一計數器和第二計時器均連接處理器，處理器連接電壓采集?？旌碗娏鞑杉K120，處理器還連接選線模塊140。

具體地，處理器連接可控硅開關142。

具體地，當時，其中，uth為預設啟動門檻值，urms表示母線零序電壓有效值，觸發(fā)第一計時器，開始記錄時間，標記為ta，同時實時監(jiān)測urms。在ta≤tsa'時，如果監(jiān)測到則將第一計時器中ta清零。當ta＞tsa'時，其中tsa'為第一預設時間閾值，具體為60s，第一計時器中ta清零，處理器發(fā)出第一控制信號，控制可控硅開關142閉合，接入選線電阻144，同時觸發(fā)第二計時器，開始記錄時間，標記為tb，當tb＞tsb'時，其中tsb'為第二預設時間閾值，具體為1s，第二計時器中tb清零，處理器發(fā)出第二控制信號，控制可控硅開關142斷開，切除選線電阻144。處理器記錄tsa'～tsa'+tsb'時間內的母線零序電壓和饋線零序電流，計算各條線路的零序無功系數λi，計算公式如下：

其中，q0i為線路i的零序無功功率，tsa'為第一預設時間閾值，tsa'+tsb'為第二預設時間閾值，u0為母線零序電壓，i0i為線路i的零序電流，λi為零序無功系數，m為配電網線路總數量。

在一個實施例中，計時器的數量可以為一個，當時，其中，uth為預設啟動門檻值，urms表示母線零序電壓有效值，觸發(fā)計時器得到計時時間，當計時時間滿足第一時間閾值時，發(fā)送第一控制指令至選線模塊140，當計時時間滿足第二時間閾值時，發(fā)送第二控制指令至選擇模塊，此處所講的第一時間閾值即為60s，第二時間閾值為61s。

在一個實施例中，消弧線圈接地系統(tǒng)故障選線裝置還包括顯示模塊150，顯示模塊150連接處理器模塊130。

具體地，處理器模塊130采用線路零序無功系數故障選線方法，識別故障線路，輸出數據結果到顯示模塊150，實現線路零序無功系數以及故障線路的結果輸出。顯示屏模塊的具體類型并不唯一，可以為液晶顯示器等。

在一個實施例中，裝置的初始狀態(tài)為處理器模塊130內部所有變量清零、開關管斷開。

上述消弧線圈接地系統(tǒng)故障選線裝置，處理器模塊130根據母線零序電壓有效值小于或等于第一閾值的時長大于第一預設時長時發(fā)送第一控制指令，并在發(fā)送第一指控指令第二預設時長后發(fā)送第二控制指令，控制選線模塊140接入以及切除選線電阻144，獲取消弧線圈所處的配電網在接入選線電阻144時段內的母線零序電壓和饋線零序電流，根據獲取的母線零序電壓和饋線零序電流計算各線路零序無功系數，采用線路零序無功系數故障選線方法，識別故障線路，解決了由于消弧線圈補償后殘留較小而造成故障選線困難的問題，提高了單線接地故障選線的準確率，提高電網的安全運行水平。

在一個實施例中，如圖3所示，一種基于消弧線圈接地系統(tǒng)故障選線裝置的故障選線方法，包括以下步驟：

步驟s110：處理器模塊根據預設頻率發(fā)送電壓采樣控制指令至電壓采集模塊。

在一個實施例中，步驟s110之前，還包括步驟102和步驟104。

步驟102：電壓采集模塊實時采集母線零序電壓，并將母線零序電壓發(fā)送至處理器模塊。

步驟104：處理器模塊接收母線零序電壓，當母線零序電壓大于預設啟動門檻值時，執(zhí)行步驟s110。

步驟s120：電壓采集模塊根據接收的電壓采樣控制指令采集消弧線圈所處配電網的母線零序電壓，并將采樣得到的母線零序電壓發(fā)送至處理器模塊。

步驟s130：處理器模塊根據接收的采樣得到的母線零序電壓計算母線零序電壓有效值。在本實施例中，步驟s130具體為：

其中，urms表示母線零序電壓有效值，n表示總采樣點數，u0(n)表示母線零序電壓第n次采樣值。

步驟s140：處理器模塊記錄母線零序電壓有效值小于或等于第一閾值的時長，并在時長大于第一預設時長時發(fā)送第一控制指令至選線模塊，且根據預設頻率發(fā)送饋線零序電流采樣指令至電流采集模塊；在發(fā)送第一控制指令第二預設時長后發(fā)送第二控制指令至選線模塊。

步驟s150：選線模塊在接收第一控制指令時接入選線電阻至消弧線圈，并在接收到第二控制指令時切除選線電阻。

步驟s160：電流采集模塊根據接收的饋線零序電流采樣指令采集消弧線圈所處配電網的饋線零序電流，并將采樣得到的饋線零序電流發(fā)送至處理器模塊。

步驟s170：處理器模塊獲取消弧線圈所處配電網在接入選線電阻的時段內的母線零序電壓和饋線零序電流，并根據獲取的母線零序電壓和饋線零序電流計算消弧線圈所處配電網線路的零序無功系數，根據各線路的零序無功系數確定故障線路并輸出。在本實施例中，步驟s170包括步驟172至步驟176。

步驟172：處理器模塊獲取消弧線圈所處配電網在接入選線電阻的時段內的母線零序電壓和饋線零序電流，并根據獲取的母線零序電壓和饋線零序電流計算消弧線圈所處配電網線路的零序無功系數。在本實施例中，步驟172具體為：

其中，q0i為線路i的零序無功功率，tsb為第二預設時長，u0為母線零序電壓，i0i為線路i的零序電流，λi為零序無功系數，m為配電網線路總數量。

步驟174：處理器模塊比較各線路的零序無功系數，確定零序無功系數最大值。

步驟176：處理器模塊判斷當零序無功系數最大值與預設閾值的差值小于或等于預設比較閾值時，零序無功系數最大值對應的線路為故障線路，否則，故障線路為母線。

上述消弧線圈接地系統(tǒng)故障選線方法，處理器模塊根據母線零序電壓有效值小于或等于第一閾值的時長大于第一預設時長時發(fā)送第一控制指令，并在發(fā)送第一指控指令第二預設時長后發(fā)送第二控制指令，控制選線模塊接入以及切除選線電阻，獲取消弧線圈所處的配電網在接入選線電阻時段內的母線零序電壓和饋線零序電流，根據獲取的母線零序電壓和饋線零序電流計算各線路零序無功系數，采用線路零序無功系數故障選線方法，識別故障線路，解決了由于消弧線圈補償后殘留較小而造成故障選線困難的問題，提高了單線接地故障選線的準確率，提高電網的安全運行水平。

為了更清楚的說明本發(fā)明的判斷過程，以具體數值舉例說明。配電網的電源額定電壓為110kv，系統(tǒng)側等值阻抗為j3.025ω，中性點采用相控式消弧線圈接地，補償度為過補償2％，變電站主變額定容量為40mva，變比為110/11，10kv母線共帶有11回饋線l1～l11，均為電纜線路，其線路串聯(lián)阻抗為0.0788+j0.0885ω/km，對地電容為0.3755μf/km，接入的接地故障選線裝置，并設定時間閾值tsa＝60s，tsb＝1s，零序系數閾值ε＝0.03，選線電阻為50ω。

情況1：t＝2.2s時刻線路l1中點發(fā)生a相金屬性接地，零序無功系數最大值為0.512，滿足|λmax-0.5|≤0.03，故可判定線路l4為故障線路。

情況2：設置t＝2.2s時刻母線發(fā)生a相金屬性接地。零序無功系數最大值為0.547，不能滿足|λmax-0.5|≤0.03，故可判定母線為故障線路。

情況3：設置t＝2.2s期間線路l1中點發(fā)生a相高阻接地，零序無功系數最大值為0.495，滿足|λmax-0.5|≤0.03，故可判定線路l1為故障線路。

情況4：設置t＝2.2s期間線路母線處發(fā)生a相高阻接地，零序無功系數最大值為0.458，不能滿足|λmax-0.5|≤0.03，故可判定母線為故障線路。

由選線結果可知，本發(fā)明解決了由于消弧線圈補償后殘流較小而造成故障選線困難的問題，提高了單線接地故障選線的準確率，提高電網的安全運行水平，具有較強的適用性和工程實用性。

以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。