技术领域
[0001] 本
发明涉及配电系统技术领域，具体为一种中性点经消弧线圈接地系统的接地故障残流消除方法。
背景技术
[0002] 配电系统结构复杂多变，与用户联系紧密，且易发生随机故障，其中约70％的故障为瞬时性接地故障，接地
故障电流抑制技术是配电系统研究的一个难点与热点问题。
[0003] 为限制接地故障电流，我国配电系统一般采用中性点经消弧线圈接地方式，通过补偿接地电流中的电容电流来抑制接地故障电流，实现配电系统带故障短时运行。但随着
电缆网络的增加以及非线性负荷和电
力电子设备的大量接入，故障电流中含有大量的有功分量及谐波分量，而传统的消弧线圈只能补偿故障电流中的无功分量，不能补偿其有功分量(约占2％～8％)和谐波分量(约占5％)，部分配
电网接地故障电流经消弧线圈补偿电容分量后仍高达几十安培，足以维持
电弧燃烧，不符合电网规程运行的要求，且对于绝缘故障引起的间歇性弧光接地故障无能为力，其抑制效果有限，并易产生弧光过
电压，最大可达额定电压的7倍，容易烧毁高压电器设备，甚至引发火烧连营事故，造成大面积停电。
[0004] 为此，国内外开始研究抑制故障电流和电压的有源消弧方法，如2015年瑞典Swedish Neutral公司发表的《接地故障中和器全补偿技术及应用》一文，公开了一种有源电流消弧方法：发生接地故障时，以接地残流为控制目标，通过残流补偿器往中性点注入电流，补偿接地故障全电流(包括无功分量及有功分量残流)，由此达到完全抑制接地故障电流的目标。由于故障残流无法直接测量且线路零序有功电流分量精确测量的困难，以接地残流为控制目标，同样无法抑制间歇性弧光接地故障，且成本高昂，一套装置的售价达400万元，该方法难以实际应用。
[0005] 发明
专利“一种配电网接地故障消弧和保护方法(专利
申请号201110006701.2)”公开了一种配电网接地故障消弧和保护方法,该方法通过向配电网注入一定电流，强制故障相电压为零和接地故障电流为零，可实现瞬时故障的100％消弧及永久故障的快速隔离，解决了传统中性点接地技术抑制故障电流的不足。但该方法需要借助电力电子装置向配电网注入电流，成本高昂，且难以精确控制注入电流的幅值和
相位，其抑制效果难以保证。
[0006] 综合上述，在
现有技术中无法兼顾配电系统供电可靠性、安全性及经济性。
发明内容
[0007] 为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种中性点经消弧线圈接地系统的接地故障残流消除方法，能有效的解决背景技术提出的问题。
[0008] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0009] 一种中性点经消弧线圈接地系统的接地故障残流消除方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0010] 步骤100、测量配电系统
三相电压和零序电压，检测接地故障和故障相；
[0011] 步骤200、当接地故障发生时，在故障相的滞后相中投入一个无源元件，将故障残流抑制到零；
[0012] 步骤300、延时一段设定时间，改变投入无源元件的值，如果零序电压按相应规律变化，则表明接地故障已消除，则退出投入的无源元件，恢复系统正常运行；否则判定为永久性接地故障，返回步骤200。
[0013] 作为本发明一种优选的技术方案，在步骤200中，所述无源元件由一个
电阻和一个电容并联组成。
[0014] 作为本发明一种优选的技术方案，所述无源元件中电阻Rm和电容Cm的具体表达式为：
[0015]
[0016] 其中，ro、C0分别表示系统对地电阻和电容，L为消弧线圈电感，w为系统
角频率。
[0017] 作为本发明一种优选的技术方案，在步骤300中，零序电压和无源元件之间的关系为：
[0018]
[0019] 其中，Csm、Rsm分别为无源元件的设定值， 为投入无源元件后的系统零序电压，为投入无源元件后的系统
电源电压，j为系统
角速度。
[0020] 作为本发明一种优选的技术方案，所述设定时间为0.2秒至15秒。
[0021] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0022] (1)发生接地故障时，通过在故障相的滞后相投入一无源元件即可将故障残流抑制至零，弥补了传统消弧线圈不能补偿有功电流的不足，显著提升了故障点人身设备安全
水平，并提高了供电可靠性。
[0023] (2)本发明在故障相滞后相投入的无源元件值与接地电阻无关，只与系统本身的参数有关，因此抑制效果不受故障电阻的影响，抑制效果好。
[0024] (3)与采用向系统注入电流的方法来抑制故障电流的方法相比，本发明仅需要在故障相的滞后相投入一无源元件即可将故障残流抑制到零，操作简单可靠，无源元件体积小，调节方便，且成本低廉，具有较好的经济性。
[0025] (4)本发明同时兼顾了供电可靠性、安全性及经济性，具有高实时性和实现简便的优点。
附图说明
[0026] 图1为本发明流程示意图；
[0027] 图2为本发明无源元件流过的电流相量图；
[0028] 图3为本发明中性点经消弧线圈接地系统接地故障残流消除示意图；
[0029] 图4为本发明100欧姆接地故障电阻条件下接地故障残流抑
制动态
波形图。
具体实施方式
[0030] 下面将结合本发明
实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0031] 本发明提供了一种中性点经消弧线圈接地系统的接地故障残流消除方法，包括如下步骤：
[0032] 步骤100、测量配电系统三相电压和零序电压，检测接地故障和故障相；
[0033] 步骤200、当接地故障发生时，在故障相的滞后相中投入一个无源元件，将故障残流抑制到零；
[0034] 步骤300、延时一段设定时间，所述设定时间为0.2秒至15秒，改变投入无源元件的值，如果零序电压按相应规律变化，则表明接地故障已消除，则退出投入的无源元件，恢复系统正常运行；否则判定为永久性接地故障，返回步骤200。
[0035] 在步骤200中，所述无源元件由一个电阻和一个电容并联组成。无源元件的值与接地电阻无关，只与系统本身的参数有关，所述无源元件中电阻Rm和电容Cm的具体表达式为：
[0036]
[0037] 其中，ro、C0分别表示系统对地电阻和电容，L为消弧线圈电感，w为系统角频率。
[0038] 在步骤300中，零序电压和无源元件之间的关系为：
[0039]
[0040] 其中，Csm、Rsm分别为无源元件的设定值， 为投入无源元件后的系统零序电压，为投入无源元件后的系统电源电压，j为系统角速度。
[0041] 如图1所示，为中性点经消弧线圈接地系统接地故障残流消除示意图，为系统电源电压，其中三相电压大小相等，方向依次相差120°，r0、C0分别表示系统对地电阻和电容，当中性点N经消弧线圈接地，消弧线圈电感为L，Rm，Cm为无源元件中的电阻和电容。
[0042] 设A相发生单相接地故障，其故障电阻为Rf，零序电压为 无源元件投入前，对系统中性点N列写结点电压方程有：
[0043]
[0044] 其中，
[0045] 将上式简化得到：
[0046]
[0047] 此时故障相电压为：
[0048]
[0049] 联合上述两式可解得故障电流为：
[0050]
[0051] 在接地故障发生后，在故障相的滞后相与地之间外加一个无源元件(由电阻与电容并联组成)，通过调控零序电
压实现接地故障残流的抑制。设补偿元件投入后的零序电压为 则有：
[0052]
[0053] 简化得：
[0054]
[0055] 令上式中的 即可使故障相电压为零，从而使得故障电流为零。
[0056] 另外将
[0057]
[0058] 并且令 此时Rm，Cm应满足：
[0059]
[0060] 当无源元件的参数满足上式时，故障相电压 此时系统B相的电压为：
[0061]
[0062] 此时流经无源元件的电流为流经电阻Rm的电流和流经电容Cm的电流的
叠加：
[0063]
[0064]
[0065] 联合上式可知：
[0066]
[0067] 根据上式可画出相电压 在无源元件上产生的电流相量图，如图2所示，图中是电容Cm支路产生的电流， 是电阻Rm支路产生的电流， 是 和 的矢量和。
[0068] 由上式可知，无源元件在B相产生的电流与A相发生单相接地故障时的故障电流大小相等，即刚好实现了接地故障残流的消除。
[0069] 由上式可知，系统未故障时零序电压与无源元件Rm和Cm相对应，其关系式如下式所示：
[0070]
[0071] 式中Csm，Rsm为无源元件的设定值。
[0072] 因此，可在投入无源元件后通过改变无源元件值判断接地故障是否已经消除：若改变无源元件值，零序电压的变化规律如上式，则判断接地故障已消除，否则可判断为永久性接地故障。
[0073] 图3是本发明的
流程图。首先测量系统三相电压和零序电压，检测接地故障和故障相；当接地故障发生时，在故障相的滞后相投入一无源元件，将故障残流抑制为零；延时一段时间，改变投入无源元件的值，如果系统零序电压按相应规律变化，则表明接地故障已消除，退出投入的无源元件，恢复系统正常运行；否则判断为永久性接地故障，重新调整无源元件值将故障残流抑制到零，直至隔离故障线路，恢复系统正常运行。
[0074] 利用PSCAD搭建图1所示的消弧线圈接地系统接地故障残流消除仿真模型，消弧线圈电感值为L＝0.25H，系统对地电容为C0＝10μF、系统对地电阻为r0＝10kΩ。设系统A相发生单相接地故障，故障电阻100Ω，在故障相的滞后相B相投入无源元件，无源元件值按上式公式设定，则有：Cm＝5.56μF、Rm＝1239.16Ω，设置接地故障发生时刻为0.02s，无源元件在0.04s投入，图4为接地故障电阻为100Ω对应的故障残流波形图。由图4可知，当投入无源元件后(0.04s)，故障残流被快速抑制到零，实现了中性点经消弧线圈接地系统接地故障残流的消除。
[0075]
[0076] 如上表所示，为验证本发明内容对低电阻故障和高电阻故障的有效性，依次仿真故障电阻值分别为8Ω、25Ω、100Ω、1000Ω时(A相发生接地故障)，故障发生时刻为0.02s，无源元件在0.04s投入，得到无源元件投入前后对应的故障电流的仿真结果汇总如上表所示，由表中数据可知，本发明内容对故障残流的抑制效果不受故障过渡电阻的影响，发生接地故障后投入无源元件可快速实现故障残流的抑制，实现接地故障残流的消除。
[0077] 对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附
权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
