一种配电网混合接地系统及合环倒切操作控制方法

技术领域

本发明涉及一种合环倒切操作控制，具体的说，涉及了一种配电网混合接地系统及合环倒切操作控制方法。

背景技术

城市配电网为包含小电阻接地(Neutral Resistance Grounding System，NRS)和消弧线圈接地(Neutral Resonant Grounding System，NES)的混合接地系统，在故障、检修时不可避免地存在不同接地方式系统之间的负荷倒切需求。不同接地方式系统负荷倒切时两种接地方式并存，且倒切后原有系统负荷增加，若在此过程中发生单相接地故障，将会出现NRS继电保护误动与系统故障电流增加，导致停电范围扩大或消弧线圈不能有效补偿等问题。

对于合环倒切过程中的NRS和NES混合运行及单独接地系统多带负荷时的故障情况，目前已有专家针对以小电阻接地变电站与消弧线圈接地变电站合环为背景，分析了消弧线圈接地侧发生单相接地故障对系统零序保护的影响，但未对小电阻接地侧发生故障进行分析；还有部分专家研究了馈线末端合环的混合接地系统单相经固定阻值电阻接地故障对小电阻接地侧零序电流保护的影响，但其故障类型未考虑单相接地故障常伴随的非线性接地电弧现象，也未考虑合环点位于母线的情况。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种配电网混合接地系统及合环倒切操作控制方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种配电网混合接地系统，包括左侧的小电阻接地系统、右侧的消弧线圈接地系统，以及用于连接小电阻接地系统和消弧线圈接地系统的合环联络线路；

其中，所述合环联络线路与所述小电阻接地系统的合环点位于馈线1首端，以使倒切线路与小电阻接地系统的馈线共用一套零序电流保护；

所述合环联络线路靠近消弧线圈接地系统的一侧设置零序电流保护，所述合环联络线路靠近小电阻接地系统的一侧与小电阻接地系统的馈线公用一套零序电流保护。

混合接地系统小电阻侧发生单相接地故障时，原先在NRS侧安装的零序电流保护仍然有效，可快速准确切除故障线路；通过将所述小电阻接地系统的合环点位于馈线1首端，使倒切线路与NRS馈线共用零序电流保护，与消弧线圈接地系统配合使用，可以保障故障线路及时切除。通过在合环联络线路上加装零序电流保护，可以保证在合环联络线路接地时及时切断，防止故障范围扩大。

本发明还提供一种配电网混合接地系统中合环倒切操作控制方法，应用于前述的配电网混合接地系统，具体包括以下步骤：

响应于3(I

响应于I

其中，I

进一步的，在进行合环倒切操作前，计算出待倒切的负荷量，允许倒切的最大负荷，判断待倒切的负荷量是否小于等于允许倒切的最大负荷；计算出待倒切的线路长度，判断待倒切的线路长度是否小于允许倒切的最大长度；

响应于待倒切的负荷量小于等于允许倒切的最大负荷，且待倒切的线路长度小于允许倒切的最大长度，允许进行合环倒切。

在一种实施例中，允许倒切的最大负荷为S

在一种实施例中，允许倒切的最大长度包括允许倒切进小电阻接地系统的最大线路长度和允许倒切进消弧线圈接地系统的最大线路长度；

在向小电阻接地系统倒切负荷前，判断待倒切的线路长度是否小于允许倒切进小电阻接地系统的最大线路长度；

在向消弧线圈接地系统倒切负荷前，判断待倒切的线路长度是否小于允许倒切进消弧线圈接地系统的最大线路长度。

其中，允许倒切进小电阻接地系统的最大线路长度的计算公式为：

式中，l为允许倒切进小电阻接地系统的最大线路长度，I

允许倒切进消弧线圈接地系统的最大线路长度的计算公式为：

式中：l′为允许倒切进消弧线圈接地系统的最大线路长度；I

进一步的，在合环倒切前，还对混合接地系统的电容电流进行计算，对预调式消弧线圈做好调谐，对随调式消弧线圈提前检查容量与档位，对于容量不足的进行扩容，对于难以熄弧的及时切除故障馈线或结束合环状态，从而增强联络运行可靠性。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现前述的配电网混合接地系统中合环倒切操作控制方法。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述的配电网混合接地系统中合环倒切操作控制方法。

附图说明

图1是常规的配电网混合接地系统的结构示意图。

图2是本申请实施例的配电网混合接地系统的结构示意图。

图3是本申请实施例小电阻接地系统多带负荷运行示意图。

图4是本申请实施例非故障馈线1三倍零序电流波形图。

图5是本申请实施例消弧线圈接地系统多带线路运行示意图。

图6是本申请实施例接地故障点电流波形图。

图7是本申请实施例的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

常见的开环电网的接地方式主要采用消弧线圈接地方式、小电阻接地方式和小电阻、消弧线圈混合接地方式。其中，小电阻、消弧线圈混合接地方式的电路图如图1所示，在小电阻接地侧设置有零序电流保护装置。故障点越靠近线路末端，短路阻抗越大，对应故障电流越小，继电保护越不容易动作。

合环倒切操作凭借其不停电倒切负荷的特点，在城市配网小电阻、消弧线圈混合接地方式中可有效提高供电可靠性。具体的，合环倒切指的是目前配电网“闭环规划，开环运行”中对两个开环电网进行电气连接的一种运行策略，其好处主要在于减少用户停电时间，提高供电可靠性。然而合环倒切会导致不同接地系统短时共存，负荷增加，若在合环倒切过程中发生单相接地故障，原有保护方案可能难以适用。

为了解决这个问题，本申请提出了一种配电网混合接地系统和一种配电网混合接地系统中合环倒切操作控制方法。

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供一种配电网混合接地系统，如图2所示，包括左侧的小电阻接地系统、右侧的消弧线圈接地系统，以及用于连接小电阻接地系统和消弧线圈接地系统的合环联络线路；

其中，所述合环联络线路与所述小电阻接地系统的合环点位于馈线1首端，以使倒切线路与小电阻接地系统的馈线共用一套零序电流保护；

所述合环联络线路靠近消弧线圈接地系统的一侧设置零序电流保护，所述合环联络线路靠近小电阻接地系统的一侧与小电阻接地系统的馈线公用一套零序电流保护。

与传统的配电网混合接地系统相比，所述小电阻接地系统的合环点由母线调整到馈线1首端，可以解决由于消弧线圈馈线上未安装零序电流保护，其在误选线的情况下会导致NRS中性点也出现较大的电流，造成接地变压器保护误动，小电阻中性点被切除的问题。

同时，在合环开关靠近NES系统一侧装设零序电流保护，将合环联络线路靠近的NRS馈线的零序电流保护兼用作合环联络线路在NRS一侧的零序电流保护，以便检测到接地故障时及时切断合环开关结束合环，防止故障范围扩大。

从而，在混合接地系统小电阻侧发生单相接地故障时，原先在NRS侧安装的零序电流保护仍然有效，可快速准确切除故障线路；在混合接地系统消弧线圈侧发生单相接地故障时，倒切线路与NRS馈线共用零序电流保护，可以保障快速切除故障线路；在混合接地系统的联络线路上发生单相接地故障时，利用合环联络线路靠近的NRS馈线的零序电流保护兼用作合环联络线路在NRS一侧的零序电流保护，利用在合环开关靠近NES系统一侧装设的零序电流保护，可以保证在合环联络线路接地时及时切断，防止两侧接地系统同时发生母线接地，减少故障范围的扩大。

实施例2

本实施例提供一种配电网混合接地系统中合环倒切操作控制方法，具体应用于实施例1所述的配电网混合接地系统发生单相接地故障时。

具体步骤为：

分别获取小电阻接地系统原有馈线的零序电流保护整定值I

当I

当I

可以理解，当以图3为例，设原有馈线1与消弧线圈接地系统的倒切线路共用一套零序电流保护装置，若此时线路4发生单相接地故障，则非故障馈线1流过零序保护装置的电流为原有线路与倒切线路的非故障相电容电流之和，该值超过馈线1零序电流保护整定值会引起保护误动作，会造成倒切线路与馈线1同时停电。而采用本实施例设定的小电阻系统倒切线路的边界条件，可以在发生单相接地故障时，保证NRS系统非故障线路零序电流保护不误动；采用本实施例设定的消弧线圈系统倒切线路的边界条件，可以在发生单相接地故障时，保证系统将残流可靠补偿至规定值10A以下。

当额外接入系统的负荷过多时，会导致系统总负荷量超过母线110kV/10.5kV变压器的容量，造成变压器过载。长时间过载运行状态下，变压器温度升高，绝缘寿命降低，较大的负荷电流会在变压器绕组上产生较大压降，降低输出电压。由于非故障相电容电流的增加取决于倒切线路的长度，因此当额外接入系统的线路长度过多时，会导致非故障线路零序电流过大，导致零序电流保护误动作；因此，在进行合环倒切前，需要限制接入系统的负荷，以及限制接入系统的线路长度。

为解决这一问题，本实施例在进行合环倒切操作前，计算出待倒切的负荷量，允许倒切的最大负荷，判断待倒切的负荷量是否小于等于允许倒切的最大负荷；计算出待倒切的线路长度，判断待倒切的线路长度是否小于允许倒切的最大长度。

由于倒切分为向小电阻接地系统倒切负荷和向消弧线圈接地系统倒切负荷，因此允许倒切的最大长度也包括允许倒切进小电阻接地系统的最大线路长度和允许倒切进消弧线圈接地系统的最大线路长度；

在向小电阻接地系统倒切负荷前，判断待倒切的线路长度是否小于允许倒切进小电阻接地系统的最大线路长度；

在向消弧线圈接地系统倒切负荷前，判断待倒切的线路长度是否小于允许倒切进消弧线圈接地系统的最大线路长度。

响应于待倒切的负荷量小于等于允许倒切的最大负荷，且待倒切的线路长度小于允许倒切的最大长度，即满足S

式中：S2为待倒切的负荷量，S

在具体实施时，允许倒切进小电阻接地系统的最大线路长度的计算公式为：

式中，l为允许倒切进小电阻接地系统的最大线路长度，I

允许倒切进消弧线圈接地系统的最大线路长度的计算公式为：

式中：l′为允许倒切进消弧线圈接地系统的最大线路长度；I

以图2所示为例，每个接地系统带有4条馈线，其中馈线1、2、4、5、6、8为电缆线路，长度分别为20km、4km和10km，馈线3和馈线7为电缆线路与架空线路的混合线路，其中电缆线路长度为10km，架空线路长度为10km，NRS侧中性点电阻设定为10Ω；线路阻抗参数如表1所示：

小电阻接地系统馈线负荷参数如表2所示：

消弧线圈接地系统馈线负荷参数如表3所示：

根据线路阻抗参数表计算得知，单相接地故障时非故障相单位长度的对地电容电流之和为1.65A，通常情况下，市内变电站一条出线所带的电缆总长度不会超过25km，计算得到电容电流最大值为41.25A，所以单条出线上零序保护整定值应大于该值，考虑一定裕度，本实施例取60A。

当混合接地系统小电阻侧发生单相接地故障时，其中性点电流、故障线路零序电流相较于小电阻单独接地系统变化较小，原先在出线线路上安装的零序电流保护可快速准确地切除故障线路，仍然有效。此时NES中性点电流升高，但NES可以带故障运行1～2个小时，且小电阻侧可以快速切除故障线路，恢复正常运行。

当混合接地系统消弧线圈侧发生单相接地故障时，其接地故障电流难以被消弧线圈补偿至规定值以下，所以在合环之前要提前对混合接地系统的电容电流进行计算，对预调式消弧线圈事先做好调谐，对随调式消弧线圈要提前检查容量与档位，对于容量不足的要及时扩容，对于难以熄弧的，要及时切除故障馈线或结束合环状态，防止事故扩大。

正常情况下，由于消弧线圈馈线上未安装零序电流保护，其在误选线的情况下会导致NRS中性点也出现较大的电流，造成接地变压器保护误动，小电阻中性点被切除；而本申请中，如图2所示，将NRS侧的合环点由母线调整到馈线1首端，从而使倒切线路与NRS的馈线共用一套零序电流保护，可以快速切除故障。

另外，合环联络线路上发生的单相接地故障会导致两侧接地系统同时发生母线接地，情况最为严重；本申请中，在合环开关靠近NES系统一侧装设零序电流保护，将合环联络线路靠近的NRS馈线零序电流保护兼用作合环联络线路在NRS一侧的零序电流保护，从而可以在检测到接地故障时及时切断合环开关结束合环，阻止了故障范围扩大。

进一步的，在单相接地故障时向小电阻接地系统倒切负荷进行倒切前，综合考虑合环倒切操作结束时发生单相接地故障的情况后，计算在不引起非故障线路零序电流保护误动的情况下，能够向NRS倒切线路的总长度。

以本文前述的仿真参数为例，馈线1零序电流保护整定值为60A，单位长度非故障相电容电流之和为1.65A，故最大倒切进NRS的线路总长1可由下式计算得出：

式中：I

经计算可得l＝16.36km。

为验证该倒切条件的合理性，设定将原NES系统总长为16.36km的电缆线路接入NRS系统，倒切后线路4发生单相接地故障，故障时间持续100ms，非故障馈线1上的三倍零序电流波形图如图4所示：

由仿真结果可知，倒切后非故障馈线1三倍零序电流有效值为59.88A，与零序保护整定值60A的误差仅为0.2％，故可以认为本文提出的最大线路长度倒切条件合理。

在单相接地故障时向消弧线圈接地系统倒切负荷时，以图5为例，为保证接地故障电流能被及时补偿至规定的10A以下，则向NES倒切负荷需满足以下条件：

I

式中：I

以本文的NES系统参数为例，原有NES接地系统的消弧线圈容量为630kVA，当其工作于最大档位时，对应电感值L

式中：U

经计算，此时消弧线圈电感值为0.186H，可补偿的电容电流为103.93A，则最大倒切长度l′如下式所示：

若以本文馈线参数作参考，可计算出最大倒切线路长度为25.04km。

为验证该合环条件的合理性，设定将原NRS系统总长为25.04km的电缆线路接入NES系统，馈线末端发生金属性单相接地故障，故障持续100ms，观察故障点的电流是否被补偿至规定值10A，仿真波形图如图6所示。

由图6可知，在最大倒切线路长度的情况下，接地故障点的电流有效值为10.42A，与规定的理论值10A误差为4.2％，误差低于5％，可认为本文所提出的合环倒切条件合理。

实施例3

本实施例提供一种电子设备，如图7所示，图7所示的电子设备600包括：处理器601和存储器603。其中，处理器601和存储器603相连，如通过总线602相连。该电子设备600的结构并不构成对本申请实施例的限定。

处理器601可以是CPU，通用处理器，DSP，ASIC，FPGA或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本申请公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。处理器601也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等。

总线602可包括一通路，在上述组件之间传送信息。总线602可以是PCI总线或EISA总线等。总线602可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图6中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

存储器603可以是ROM或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，RAM或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。

存储器603用于存储执行本申请方案的应用程序代码，并由处理器601来控制执行。处理器601用于执行存储器603中存储的应用程序代码，以实现图4所示实施例2提供的配电网混合接地系统中合环倒切操作控制方法。

本实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述的配电网混合接地系统中合环倒切操作控制方法。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。