一种电网接地故障判断及处置方法及系统

技术领域

本发明涉及配电网故障技术领域，尤其涉及一种电网接地故障判断及处置方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

目前，单相接地故障和高阻接地故障是比较常见的配电网故障类型；其中，高阻接地故障常见于1kΩ以上的故障电阻，配电网中架空线发生长时间的线路高阻接地可能会引起森林、草原火灾，甚至是人身触电事故。

由于故障信息微弱，采用传统的单相接地故障检测技术，很难实现对高阻接地故障的准确检测。从当前研究看，高阻接地故障的检测技术近些年发展较多，比如：基于零序电压和电流之间斜率的判断方法、基于PMU数据畸变率的判断。但是由于检测信号不稳定性、干扰信息杂乱等，导致高阻故障判断准确率一直不高。这就导致了对于高阻接地故障的处置也难以实施，如果没有及时检测到高阻接地故障，则可能会在接地点附近造成火灾、人身触电等安全事故。如果发生了误判而切除线路，也会影响供电的可靠性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种电网接地故障判断及处置方法及系统，基于电力电子接地装置进行主动式的单相接地或高阻接地故障的处置，不会受到高阻接地故障检测不准确的影响。

在一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种电网接地故障判断及处置方法，包括：

基于零序电压数据判断电网是否发生单相接地故障或者疑似高阻接地故障；

若是，进行如下操作：

通过计算三相对地电压的有效值进行故障选相；

确定故障相后，控制故障相的对地电压为0，进行消弧处置；

设定时间后，施加扰动主动增大故障相电压，根据扰动前后的电压和电流值计算所有线路的有功功率变化值，判断故障是否存在，若存在，确定故障线路。

其中，根据扰动前后的电压和电流值计算所有线路的有功功率变化值，判断故障是否存在，具体为：

若存在的有功功率变化值超过了设定阈值，则认为存在接地故障；

若所有线路的有功功率变化值均没有超过设定阈值，则认为故障不存在或已经消失，退出消弧控制。

若故障存在，则选择最大零序有功功率变化值对应的线路为故障线路。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种电网接地故障判断及处置系统，包括：

故障预判模块，用于基于零序电压数据判断电网是否发生单相接地故障或者疑似高阻接地故障；

故障处置模块，用于在判断发生单相接地故障或者疑似高阻接地故障之后，进行如下操作：

通过计算三相对地电压的有效值进行故障选相；

确定故障相后，控制故障相的对地电压为0，进行消弧处置；

设定时间后，施加扰动主动增大故障相电压，根据扰动前后的电压和电流值计算所有线路的有功功率变化值，判断故障是否存在，若存在，确定故障线路。

其中，确定故障相后，通过电力电子接地装置控制故障相的对地电压到0，进行消弧处置；所述电力电子接地装置经中性点接入电网；所述电力电子接地装置用于控制电网的三相对地电压。

所述电力电子接地装置包括：隔离变压器、滤波电感和电容、和换流器；隔离变压器高压侧两端分别与电网中性点和地相连，隔离变压器低压侧与滤波电感和电容相连，滤波电感和电容与换流器相连，滤波电感和电容用于实现对换流器输出信号的滤波，换流器用于输出所需的电压信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明在判断电网发生单相接地故障或疑似高阻接地故障后，首先对故障相进行消弧控制，然后进行电压增大扰动控制，判断故障是否仍然存在，若存在判定为永久性故障，输出选线结果，进行故障处置；否则，电网继续运行。本发明方法不依赖于高阻接地故障判断的准确性，能够实现既不会因误判故障而影响供电可靠性，也能够及时发现故障进行主动处置，充分保证了供电安全性和可靠性。

本发明的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本方面的实践了解到。

附图说明

图1为本发明实施例中电力电子接地装置结构示意图；

图2为本发明实施例中电力电子接地装置进行对地电压控制的过程示意图；

图3为本发明实施例中电网接地故障判断及处置方法流程图；

图4为本发明实施例中线路经2kΩ电阻的永久性故障示意图；

图5为本发明实施例中线路经2kΩ电阻暂时性接地故障(故障消失)示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一

在一个或多个实施方式中，公开了一种电网接地故障判断及处置方法，该方法基于图1所示的结构，将电力电子接地装置经中性点接入配电网；电力电子接地装置经中性点接入电网后，可以根据控制要求控制三相对地电压。其中，电力电子接地装置包括隔离变压器、滤波电感和电容、及换流器。其中，隔离变压器高压侧两端分别与电网中性点、地相连，中性点一般为配电网接地变压器构造的配电网中性点；隔离变压器低压侧与滤波电感电容相连，滤波电感和电容与换流器相连，滤波电感和电容用于实现对换流器输出信号的滤波；换流器用于根据控制输出所需的电压信号。

图2给出了电力电子接地装置进行对地电压控制的过程示意图；设定目标值为0，则目标值与故障相电压进行比较，差值送入电压控制器，电压控制器输出电感电流参考值，电感电流参考值与实际电感电流值进行比较，差值送入电流控制器，电流控制器输出PWM调制信号，驱动换流器的IGBT，使得换流器输出所需要的电压，进而控制故障相电压为0。

另外，通过改变电压控制器的参数也可以主动增大故障相电压。

结合图3，本实施例方法具体包括如下过程：

S101：基于零序电压数据判断电网是否发生单相接地故障或者疑似高阻接地故障；

若满足零序电压大于或等于相电压有效值的t

若满足零序电压小于相电压有效值的t

具体地，本实施例采集零序电压数据，并设置其有效值阈值为15％的相电压有效值；若满足下式(1)时认定为发生单相接地故障：

U

当不满足式(1)而满足式(2)时，认定系统发生疑似高阻接地故障：

10％U

其中，U

S102：对于满足式(1)的单相接地故障和满足式(2)的疑似高阻接地故障，均可采用如下进行处置：

S1021：通过计算三相对地电压的有效值进行故障选相；具体地，通过计算三相对地电压的有效值，判断有效值最低的一相即为故障相。

S1022：确定故障相后，控制故障相的对地电压为0，进行消弧处置；

具体地，确定故障相后，通过电力电子接地装置控制故障相的对地电压到0，进行消弧处置。此时非故障相上升至线电压幅值，三相线电压之间仍对称，三相供电不受影响。

S1023：设定时间后，施加扰动主动增大故障相电压，根据扰动前后的电压和电流值计算所有线路的有功功率变化值，判断故障是否存在；

具体地，当到达消弧控制的整定值1s之后，需要进一步判断故障是否存在。本实施例利用电力电子接地装置施加扰动主动增大故障相电压并进行判断。根据扰动前后的电压和电流值计算所有线路的有功功率变化值，并根据式(3)判断故障是否存在：

ΔP

其中，ΔP

S103：若存在，判定为永久性故障，确定故障线路，进行故障处置；若不存在，认为不存在故障或者故障已经消失，退出扰动控制；

如果扰动后所有线路的有功功率变化值均没有超过阈值，则可认为系统不存在故障或者故障已经消失，装置可以维持一段时间消弧控制后退出，使故障充分消除；如果存在一条线路满足式(3)，则认为系统存在接地故障，则进入下一步判断故障线路。

S104：根据上一步计算的有功功率变化值，选择零序有功变化量最大ΔP

S105：根据选线结果，检修人员根据当地故障处置要求可开展后续故障处置。

图4为线路经2kΩ高阻的永久性接地故障示例，1.5s进入故障相降压控制的消弧阶段，2.5s时开展电压扰动并维持1s，通过比较扰动前后的正常线路和故障线路的零序有功功率变化值可以发现，故障线路的零序有功功率变化明显且变化最大，判定为单相接地故障的故障线路。

图5为线路经2kΩ高阻的暂时性接地故障示例，1.5s进入故障相降压控制的消弧阶段，在消弧期间故障消失，通过比较扰动前后的正常线路和故障线路的零序有功功率变化值可以发现，所有线路的零序有功功率几乎没有什么变化，因此可以判定为无故障，电力电子接地装置继续进行控制一段时间后即可退出。

实施例二

在一个或多个实施方式中，公开了一种电网接地故障判断及处置系统，包括：

故障预判模块，用于基于零序电压数据判断电网是否发生单相接地故障或者疑似高阻接地故障；

故障处置模块，用于在判断发生单相接地故障或者疑似高阻接地故障之后，进行如下操作：

通过计算三相对地电压的有效值进行故障选相；

确定故障相后，控制故障相的对地电压为0，进行消弧处置；

设定时间后，施加扰动主动增大故障相电压，根据扰动前后的电压和电流值计算所有线路的有功功率变化值，判断故障是否存在，若存在，确定故障线路。

确定故障相后，通过电力电子接地装置控制故障相的对地电压到0，进行消弧处置；所述电力电子接地装置经中性点接入电网；电力电子接地装置经中性点接入电网后，可以根据控制要求控制三相对地电压。其中，电力电子接地装置包括隔离变压器、滤波电感和电容、及换流器。其中，隔离变压器高压侧两端分别与电网中性点、地相连，中性点一般为配电网接地变压器构造的配电网中性点；隔离变压器低压侧与滤波电感电容相连，滤波电感和电容与换流器相连，滤波电感和电容用于实现对换流器输出信号的滤波；换流器用于根据控制输出所需的电压信号。

上述各模块的具体实现方式已经在实施例一中进行了说明，不再详述。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。