本发明专利技术公开了一种基于有源消弧全补偿衰减直流特征的配电网故障故障检测装置与方法，通过观测消弧全补偿电流投切过程中零序电压及零序电流波形，即可实现过渡电阻测量、故障程度跟踪与故障选线，具有瞬时性故障实时跟踪、故障检测与故障消弧同步进行的优势，解决了现有故障检测方法无法实现快速消弧与故障检测同步进行的问题，本发明专利技术操作简单，易于实现。现。现。
【技术实现步骤摘要】
一种基于有源消弧全补偿衰减直流特征的配电网故障跟踪检测装置与方法
[0001]本专利技术涉及的是配电网馈线保护领域，具体是一种基于有源消弧全补偿衰减直流特征的配电网故障跟踪检测技术。
技术介绍
[0002]小电流接地系统单相接地故障发生后允许系统继续运行1～2个小时，这为故障检测和故障程度跟踪提供了足够的时间，但长时间故障运行会引发相间短路故障、扩大事故影响范围，还会造成人身触电与火灾事故。为此，2016年以来国家电网、南方电网相继发布导则并调整了小电流接地系统故障后的运行和处置办法，要求永久性故障快速隔离、瞬时性故障安全消弧，提升了配电网单相接地故障快速处置能力。然而，由于有源消弧全补偿装置能够完全补偿接地电流，故障发生瞬间消弧装置快速投入会干扰故障特征，如改变故障的暂态信号、掩盖故障的稳态信号。因此，运行规则改变带来了故障检测和故障消弧之间的时间配合的新问题。
[0003]现有接地故障检测技术主要存在两个方面的问题：其一，现有技术不具备在消弧过程中准确识别过渡电阻、实时跟踪故障程度的能力。过渡电阻的变化能够反映配电网单相接地故障的发展情况，但目前对于过渡电阻的识别方法大都独立于消弧过程之外。为跟踪故障发展程度，判断故障性质，现有方法在投入消弧装置后，需要经过一段延时撤除并观察零序电流变化情况，然而配电网随机故障中80％为瞬时性故障，接地程度不稳定，尤其是消弧过程中接地电流被抑制到10A以下时电弧难以自持而熄灭，故对于故障发展跟踪实时性较差；其二，无论是被动还是主动检测法，均需利用故障后电网暂稳态特征信息构造选线判据，无法适应快速消弧对特征信息的影响，故通常采取先故障检测后消弧的策略，致使消弧时间延迟，无法满足新形势下快速故障消弧的要求。
[0004]经对现有
的检索发现，中国专利申请号为202011509096.6，授权公布号为CN112731054B，专利名称为：基于零序残压抑制的配电网单相接地故障选线方法，该专利判断系统是否发生瞬时性故障需要经过0.5s的延时，无法实时跟踪故障的发展程度。
[0005]中国专利申请号为201811505511.3，申请公布号为CN109406948A，专利名称为：采用暂态及稳态特征融合的配网单相接地故障检测方法，该专利利用健全馈线和故障馈线的稳态和暂态特征的时频分布特性不同，强故障下暂态特征明显，采用故障暂态零序电流时频特性实现配电网故障故障检测，但未考虑快速消弧对暂态特征信息的影响，致使消弧过程延迟，无法满足当前快速消弧的要求。
技术实现思路
[0006]技术问题：本专利技术所要解决的技术问题是提供一种配电网故障跟踪检测装置与方法，该方法需要解决传统单相接地故障检测方法无法实现消弧过程过渡电阻辨识、故障程度跟踪、故障选线的问题。
[0007]技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术提出一种基于有源消弧全补偿衰减直流特征的配电网故障跟踪检测装置与方法，实际应用中，仅需观测消弧全补偿电流投切过程中零序电压及零序电流波形，即可实现过渡电阻测量、故障程度跟踪与故障选线。
[0008]一种基于有源消弧全补偿衰减直流特征的配电网故障跟踪检测装置与方法包括步骤如下：
[0009]1.一种基于有源消弧全补偿衰减直流特征的配电网故障跟踪检测方法，其特征在于，根据注入降压消弧全补偿电流后零序电压及各线路零序电流的衰减直流特征，进行消弧过程中的故障自愈程度跟踪和快速精准故障选线，包括步骤如下：
[0010]步骤a：配电网正常运行时，在中性点注入并调节一次注入电流，获取电网在两种不同注入电流下的零序电压及第i条线路对应的零序电流即可求得线路i的零序导纳：
[0011][0012]上式中，G
i
为第i条线路总对地电导，C
i
为第i条线路总对地电容。
[0013]步骤b：配电网发生故障后，注入降压消弧全补偿电流
[0014]步骤c：观察零序电压衰减直流分量波形并判断发生瞬时性故障还是永久性故障。
[0015]步骤d：若发生永久性故障，撤除全补偿电流根据撤除过程零序电压衰减直流分量波形计算过渡电导G
E
。
[0016]步骤e：迅速重新注入若过渡电导G
E
满足波形识别约束方程，观察注入全补偿电流后零序电压和各线路零序电流波形衰减趋势进行故障选线；若过渡电导G
E
不满足波形识别约束方程，测量比较注入全补偿电流后各线路零序电流和发生故障且注入全补偿电流后正常线路零序电流的大小，进行故障选线。
[0017]进一步的，所述步骤b中降压消弧全补偿电流满足：
[0018][0019]上式中，e
g
为故障相电源电动势，e
a
为A相电源电动势，分别为A、B、C三相对地导纳，为中性点对地导纳，α＝e
j120
°
。
[0020]进一步的，所述步骤c中判断故障瞬时性还是永久性的方法为，注入全补偿电流后，若观察到零序电压衰减直流分量波形曲线对应的时间常数τ＝C
Σ
/G
Σ
，则判定发生永久性故障，反之为瞬时性故障，其中C
Σ
为对地总电容，G
Σ
为对地总电导。
[0021]进一步的，步骤d所述的过渡电导计算公式为：
[0022]G
E
＝
‑
G
Σ
+C
Σ
/τ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式3
[0023]其中，由于零序电压暂态过程直流分量满足一阶指数衰减过程，故τ为其对应的衰减时间常数。
[0024]进一步的，所述步骤e中波形识别约束方程为：
[0025][0026]上式中，β为过渡电导，α为对地总电导，ω为系统角频率，α
i
为线路i对地总电容，γ
i
为线路i阻尼率，γ为系统阻尼率。
[0027]进一步的，所述步骤e中，若过渡电导G
E
满足波形识别约束方程，线路零序电流和零序电压衰减趋势相同的判定为故障线，相反则判定为正常线；若过渡电导G
E
不满足波形识别约束方程，故障选线方法如下：
[0028]发生故障且注入全补偿电流后，若线路i为正常线，则线路i上零序电流衰减直流分量i
S0i
为：
[0029][0030]上式中，u
S0
为零序电压衰减直流分量；
[0031]若线路i为故障线，则线路i上零序电流衰减直流分量i
SF0i
为：
[0032][0033]综上，发生故障并注入全补偿电流后，根据线路i为正常线和故障线时零序电流衰减直流分量的差异性即可实现故障选线。
[0034]一种基于有源消弧全补偿衰减直流特征的配电网故障跟踪检测装置，其特征在于，包括测量模块1、控制器模块2、断路器模块3、可调交流电源模块4、显示模块5；
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于有源消弧全补偿衰减直流特征的配电网故障跟踪检测方法，其特征在于，根据注入降压消弧全补偿电流后零序电压及各线路零序电流的衰减直流特征，进行消弧过程中的故障自愈程度跟踪和快速精准故障选线，包括步骤如下：步骤a：配电网正常运行时，在中性点注入并调节一次注入电流，获取电网在两种不同注入电流下的零序电压及第i条线路对应的零序电流即可求得线路i的零序导纳：上式中，G
i
为第i条线路总对地电导，C
i
为第i条线路总对地电容；步骤b：配电网发生故障后，注入降压消弧全补偿电流步骤c：观察零序电压衰减直流分量波形并判断发生瞬时性故障还是永久性故障；步骤d：若发生永久性故障，撤除全补偿电流根据撤除过程零序电压衰减直流分量波形计算过渡电导G
E
；步骤e：迅速重新注入若过渡电导G
E
满足波形识别约束方程，观察注入全补偿电流后零序电压和各线路零序电流波形衰减趋势进行故障选线；若过渡电导G
E
不满足波形识别约束方程，测量比较注入全补偿电流后各线路零序电流和发生故障且注入全补偿电流后正常线路零序电流的大小，进行故障选线。2.根据权利要求1所述的一种基于有源消弧全补偿衰减直流特征的配电网故障跟踪检测方法，其特征在于，所述步骤b中降压消弧全补偿电流满足：上式中，e
g
为故障相电源电动势，e
a
为A相电源电动势，分别为A、B、C三相对地导纳，为中性点对地导纳，α＝e
j120
°
。3.根据权利要求1所述的一种基于有源消弧全补偿衰减直流特征的配电网故障跟踪检测方法，其特征在于，所述步骤c中判断故障瞬时性还是永久性的方法为，注入全补偿电流后，若观察到零序电压衰减直流分量波形曲线对应的时间常数τ＝C
Σ
/G
∑
，则判定发生永久性故障，反之为瞬时性故障，其中C
Σ
为对地总电容，G
Σ
为对地总电导。4.根据权利要求1所述的一种基于有源消弧全补偿衰减直流特征的配电网故障跟踪检测方法，其特征在于，步骤d所述的过渡电导计算公式为：G
E
＝
‑
G
Σ
+C
Σ
/τ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
【专利技术属性】
技术研发人员：刘宝稳，万子雄，王晨雨，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：
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