[發明專利]一種考慮線路阻抗的配電網單相接地故障混合消弧方法

在審

• 申請號: 202210368876.6
• 申請日: 2022-04-08
• 公開（公告）號: CN114629091A
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 王文;劉瓊;陳欽澤
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26;H02H9/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種考慮線路阻抗的配電網單相接地故障混合消弧方法。建立了考慮線路阻抗、負荷的配電網模型。研究了線路阻抗和負荷對現有電壓消弧方法的影響，提出了用于精確單相接地故障電壓消弧的中性點電壓參考值和用于電流消弧的注入電流。分析了線路阻抗、負荷對消弧的影響，得出了線路阻抗、負荷是決定故障電流的關鍵因素，在消弧方法中是不可忽略的。當故障位置接近線路末端時，尤其是負載較大且接地電阻較小時，不考慮線路阻抗的消弧方法不能將剩余電流限制在理想的自熄閾值下。所提出的考慮線路阻抗和負荷的配電網單相接地故障混合消弧方法在任何故障位置、接地電阻和負荷下，都能實現復雜接地故障工況時的可靠消弧。

技術領域

本發明涉及配電網消弧領域，尤其涉及一種考慮線路阻抗和負荷影響的配電網單相接地故障混合消弧方法。

背景技術

配電網中大多數故障源于單相接地故障，隨著配電網的擴大和電纜的廣泛使用，故障電流急劇增加。由此產生的接地故障電弧難以自行熄滅，可能導致過電壓和相間短路。為了實現可靠消弧，主要有兩種單相接地故障補償方法：無源消弧和有源消弧。無源消弧采用消弧線圈，其電感電流用于補償配電網的電容電流。消弧線圈只能補償故障電流的工頻電容分量，無法補償諧波和有功分量，難以實現消弧。

有源消弧使用電力電子轉換器向中性點注入參考電流，對故障電流進行全電流補償。根據控制目標不同，可分為電流消弧法和電壓消弧法。電流消弧法是在中性點注入全補償零序電流，實現全接地電流補償，其性能受到相對地參數測量精度的限制。為了避免檢測到故障電流，電壓消弧方法采用受控電壓源來調節中性點電壓，并將故障電壓限制為零。

綜合現有的配電網單相接地故障消弧策略，有源電壓消弧方法可以避免對地參數的檢測，通過控制中性點電壓達到補償故障電流至零的目的。然而傳統的電壓消弧方法忽略了線路阻抗和負荷的影響。傳統的電壓消弧方法在故障饋線較長，負載功率較大且故障電阻較小時消弧效果差。線路阻抗、負載是決定故障電流和恢復電壓的關鍵因素，在消弧方法中是不可忽視的。

發明內容

傳統的消弧方法在靠近重載線路、長線路末端發生低阻單相接地故障容易失效，為了彌補中性點不接地配電網傳統消弧方法的不足，本發明充分考慮了線路阻抗、故障位置、負載大小和接地電阻對已有消弧方法的影響，本發明的目的是提出一種可以適應任意復雜接地故障工況的消弧方法。

在考慮線路阻抗的配電網單相接地故障混合消弧方法中，建立了考慮線路阻抗和負荷的配電網模型，更符合實際配電網的特征。當負載功率和故障電阻一定時，隨著故障位置靠近線路末端，線路阻抗對傳統電壓消弧效果影響越大，故障位置對消弧效果的影響不可忽略。當故障位置和故障電阻一定時，隨著負荷功率增加，對傳統電壓消弧效果影響越大，負荷功率對消弧效果的影響不可忽略。

在所述的混合消弧方法，電壓消弧以控制中性點電壓為目標。中性點電壓參考值由故障相電源電壓、故障位置、線路阻抗計算得到，中性點電壓參考值的表達式為：

電流消弧將全補償電流注入中性點，實現全接地電流補償。注入電流參考值由故障相電源電壓、故障位置、線路阻抗、對地導納計算得到，注入電流的表達式為：

在所述的混合消弧方法的切換策略中，電壓消弧不用檢測對地參數，但其在低阻單相接地故障時消弧效果較差，電流消弧在低阻接地故障時能達到較好的消弧效果，但其需要檢測對地參數。本發明以電壓消弧殘流為10A為臨界推導出電壓消弧和電流消弧的臨界接地電阻。當估計接地電阻大于設定閾值時，采用電壓型消弧方法。否則采用電流消弧方法。結合電壓消弧和電流消弧在不同接地電阻情況下的優缺點，本發明所提出的混合消弧不受故障位置、負荷大小、接地電阻的影響，均能達到較好的消弧效果。