本发明涉及电力系统领域，特别涉及一种用于消弧线圈接地系统的中电阻选线系统。
背景技术：
在我国6～66kv电网中，大量采用了中性点经消弧线圈接地方式。这种方式下，当系统发生单相接地故障时，会产生容性的接地电流，而消弧线圈可以在此时提供一个与容性的接地电流反向的感性补偿电流，从而减少接地点接地电流。这就是消弧线圈的基本工作及补偿原理。
由于消弧线圈的补偿作用，会使接地点电流减少。同时为了防止消弧线圈投入后可能的串联谐振，消弧线圈一般采取过补偿方式，即补偿的电感电流比接地电流大5％。这样实际流过接地支路的电流方向会与其他正常支路的方向相同、电流幅值也并非最大。因此，投入消弧线圈后，一般在中性点不接地电网采用的群体比幅比相法无法使用。
因此，在中性点经消弧线圈接地电网，一般采用中电阻法进行选线。所谓中电阻法选线，即是在接地发生、并稳定后，投入与消弧线圈并联的中电阻，向系统注入一个额外的阻性电流，由于此阻性电流只会流过接地支路。因此中电阻投入后，接地支路的电流会变大，只要找到接地支路电流变化最大的支路，即可找到接地支路。
但是，中电阻投入后，不仅会造成流过接地支路的电流增大，也会使系统中性点的电压降低，而电压的降低会造成包括接地支路在内的全部支路电流的减少，造成接地支路的电流可能变化并不明显、而未接地支路的电流则会减少，从而造成选线错误。这种由于电阻投入、电压降低产生的电流减少在高阻接地的情况下，更加明显，误选无法避免。因此，消弧线圈系统经中电阻选线，在实际运行中、特别是在高阻接地时，投入中电阻、并仅依靠电流的变化来进行选线，并不是完全准确可靠的。
文献103207352a描述了一种利用选线阻抗幅值特性实现配电网单相接地的故障选线方法。它测量中电阻投切前后的电网零序电压、以及各支路零序电流，然后将投切中电阻前的零序电流折算到投切中电阻后的零序电流，最后计算出所谓“选线阻抗”。其实质是中电阻产生的电流只能由接地支路流回系统，引起接地支路的电流增大；而正常支路折算后的电流近似不变。因此接地支路的“选线阻抗”较小，正常支路的“选线阻抗”较大。但实际运行中，尤其是高阻接地时，由于中性点电压较低，中电阻投入后产生的电流增量小，计算出的“选线阻抗”将会比较高，与正常支路的“选线阻抗”难以区分，选线准确度因此大打折扣。
文献cn110456218a描述了一种基于中值电阻投切前后工频增量系数的快速故障选线方法，它利用中电阻投切前半周波、投切后半周波各支路零序电流中工频分量的变化进行选线。它没有考虑中电阻投入引起的系统电压变化造成的电流变化，也没有考虑中电阻投切控制到中电阻实际投入直接的时间误差造成的电流响应延时，而这些都造成其计算的中电阻投切前后的零序电流、以及有电流计算出的增量系数是不准确的，会影响选线的准确性。
文献cn101540499a描述了城市配网中值电阻接地快速选线跳闸装置及选线方法，它利用各支路零序电流的幅值的比较(所谓横向比较)，以及各支路零序电流相位差的比较(所谓纵向比较)来确定选线结果。它没有考虑中电阻投入引起的系统电压变化带来的电流变化；且在高阻接地时，电流增量将很小，带来的电流变化有限。这些都会造成选线的错误。
由此可见，现有的中电阻选线，存在电流计算不准、选线结果受接地过程影响等问题。只有找到不受接地过程影响、不依赖于电流绝对值、仅依靠支路自身的的电气特性来进行选线才是最准确可靠的。
技术实现要素：
本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种用于消弧线圈接地系统的中电阻选线系统，本系统通过测量接地发生后、在投入中电阻前后，各支路稳态阻抗的变化，来进行选线。各支路的稳态阻抗与接地过程无关，只体现支路自身特性的对地阻抗的特点，可以实现在消弧线圈接地系统的中电阻选线的可靠、准确、快速。
为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：
一种用于消弧线圈接地系统的中电阻选线系统，其特征在于，包括：数据采集模块、阻抗计算模块、以及选线算法模块；
所述数据采集模块，用于采集中电阻选线所需要的电网零序电压、各支路零序电流信号。并将采集到的电网零序电压、支路零序电流信号传输给所述阻抗计算模块、选线算法模块。
所述阻抗计算模块，接收来自所述选线算法模块的启动命令、接收所述数据采集模块的电网零序电压、各支路零序电流信号，并对这些信号进行稳态阻抗计算。计算得到的各支路阻抗输入到选线算法模块。
所述选线算法模块，接收来自数据采集模块的零序电压信号，进行故障发生及恢复的判断、控制中电阻的投退，并在故障发生后启动所述阻抗计算模块；接收来自阻抗计算模块的各支路在中电阻投退前后的稳态阻抗，并依据各支路稳态阻抗的变化进行选线算法分析，从而判断出接地支路。
优选的，所述的一种用于消弧线圈接地系统的中电阻选线系统，其特征在于，所述数据采集模块，采集电网零序电压、支路零序电流信号。为保证后续阻抗计算的准确，本模块采用了多路同步、高速采样的技术。其中：
多路同步采样，可以满足100路交流电压或电流、同步误差不超过1μs的全同步采集；多路高速采样，可以对每路交流电压或电流进行12.8khz以上的高速采集。
优选的，所述的一种用于消弧线圈接地系统的中电阻选线系统，其特征在于，所述阻抗计算模块，对来自数据采集模块的零序电压、零序电流信号进行稳态阻抗计算，并将阻抗计算结果传输给所述选线算法模块。
所述阻抗计算模块，主要针对的是中电阻投退前后，各支路的零序阻抗。由于中电阻投退前后，电网的单相接地都处于稳态情况，因此阻抗计算模块只需要计算稳态情况下的各支路阻抗。
所述阻抗计算模块，采用均方根算法，计算电网零序电压的有效值、各支路零序电流的有效值，从而计算出各支路的稳态阻抗。其计算方法为：
rk＝uk/ik
优选的，所述的一种用于消弧线圈接地系统的中电阻选线系统，其特征在于，所述选线算法模块，进一步包括：故障识别子模块、选线判断子模块，其中：
所述故障识别子模块，接收来自数据采集模块的零序电压数据，然后采用均方根算法，计算出零序电压的有效值。当零序电压有效值超过预先设定故障电压值后，认为故障发生，此时记录故障发生的时间，并启动阻抗计算模块；当零序电压恢复到设定的故障电压值以下时，认为故障结束，此时记录故障的结束时间，并停止阻抗计算模块。
所述故障识别子模块，在识别出故障发生、并启动阻抗计算模块后，持续判断故障状态，若故障持续存在1s以上，则记录此时所述阻抗计算模块传来的各支路的阻抗，作为初始阻抗，然后投入中电阻。中电阻投入0.5s以后，再次记录此时所述阻抗计算模块传来的各支路的阻抗，作为最终阻抗，然后切除中电阻。初始阻抗、最终阻抗，都输入到选线判断子模块，供选线计算使用。
所述选线判断子模块，接收来自于所述故障识别子模块传来的各支路初始阻抗、最终阻抗，找到阻抗变化绝对值最大的支路，即为接地支路。其计算方法为：
所述选线算法模块，在进行选线判断时，考虑到中电阻投入后，会改变接地电阻，从而造成电网零序电压改变，进而造成全部支路的电流也相应产生改变，因此直接采用电流的变化是不能准确判断接地支路的。而线路的稳态阻抗，对正常线路而言，体现的是线路本身的阻抗，与中电阻是否投入及接地电压无关；对接地线路而言，体现的是中电阻与其他正常支路的阻抗并联之和，因此投入中电阻前后阻抗的变化只会体现在接地支路上，从而能够准确的选出接地支路。
优选的，所述的一种用于消弧线圈接地系统的中电阻选线系统，其特征在于，所述阻抗计算模块，仅需要在接地故障发生后运行，并在投切中电阻前后进行计算。在电网未发生接地故障时，依电网自身的电气特点，电网零序电压很小，各支路零序电流也很小，此时的计算出的稳态阻抗是不准确的，不能用于选线算法计算。只有当系统发生单相接地，零序电压、各支路零序电流足够高时，计算出的稳态阻抗才足够精确，此时才可以用于选线计算。
优选的，所述的一种用于消弧线圈接地系统的中电阻选线系统，其特征在于，其中所述阻抗，是指线路、以及中电阻的零序回路的对地零序阻抗。其反映的是线路、中电阻自身的阻抗特性，只与线路、中电阻自身的电气设计参数、制造过程相关，与具体接地过程、电网运行情况无关，可以明确的作为特征信号用来识别接地故障，通过计算此阻抗及其阻抗变化，即可快速准确的判断出接地支路。
相较于现有技术，本发明具有以下优点：
(1)本发明的一种用于消弧线圈接地系统的中电阻选线系统，是基于电网中各支路自身、以及中电阻自身的阻抗特性，只与线路、中电阻自身的电气设计参数、制造过程相关，与接地过程无关，从而能够依据各支路阻抗在中电阻投切前后的不同，可靠、准确、快速的选出接地线路。
(2)本发明的一种用于消弧线圈接地系统的中电阻选线系统，可以适用于6～66kv中性点经消弧线圈接地电网，可以适用于主要的消弧线圈类型，包括调匝式、调容式、相控式、偏磁式等。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：
图1为本发明的较佳实施例的组成系统的各模块框图；
图2为本发明的较佳实施例的系统内部数据流向图；
图3为本发明的较佳实施例的阻抗计算模块结构框图；
图4为本发明的较佳实施例的选线算法模块结构框图；
图5为本发明的较佳实施例的故障波形图。
图6为本发明的较佳实施例的阻抗变化计算结果图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
结合图1，对本发明的一种用于消弧线圈接地系统的中电阻选线系统的实施例进行详细描述，如图1所示，包括：数据采集模块1、阻抗计算模块2、以及选线算法模块3；其中数据采集模块1，用于采集阻抗检测所需要的基本电网零序电压、支路零序电流信号。并将采集到的电网零序电压、支路零序电流信号传输给阻抗分析模块2、选线算法模块3；阻抗计算模块2，接收来自数据采集模块1的电压、电流数据，并以这些数据为基础，采用均方根算法计算出电压、电流的有效值，进而计算出各支路的稳态阻抗，各支路阻抗输入到选线算法模块3；选线算法模块3，接收来自采集模块1的电压信号，进行故障的识别，并在故障发生后启动阻抗计算模块2；同时接收来自阻抗计算模块2的支路稳态阻抗数据，在故障存在过程中，选线算法模块3控制中电阻的投入及退出，并在投入、退出中电阻的过程中同步记录当时的支路稳态阻抗，然后依据各支路稳态阻抗的变化进行选线算法分析，从而判断出接地支路。
本实施例中，采集了电网的零序电压u0，3条支路的零序电流，即支路1电流i01、支路2电流i02、支路3电流i03。并分别在支路1上进行了接地故障模拟，然后进行了中电阻选线测试。
以下对上述实施例中各个模块的具体实现进行详细描述：
1、数据采集模块，如图2所示：
此模块采集了来自电网的零序电压u0，3条支路的零序电流i01、i02、i03。对采集得到的结果，数据采集模块1将零序电压u0数据输入到选线算法模块3；数据采集模块1将零序电压u0，3条支路的零序电流i01、i02、i03输入到阻抗计算模块2。
数据采集模块的采集速率为12.8khz，所有电压、电流信号的采集完全同步，各信号之间的时间同步误差不超过1μs，从而可以有效的保证后续的频谱分析、接地选线所需信号的准确。
2、阻抗计算模块，如图2、3所示：
此模块接收数据采集模块传来的零序电压u0、各支路的零序电流i01、i02、i03，并采用均方根算法计算并得到零序电压、各支路零序电流的有效值，然后计算出各支路稳态阻抗r1、r2、r3。
rk＝uk/ik
计算得到的各支路特征阻抗输入到选线算法模块3。
此模块的一个阻抗分析结果实例，如图6所示。
4、选线算法模块，如图2、4所示：
此模块接收来自数据采集模块1的零序电压u0信号，以及来自阻抗计算模块2的各条支路的稳态阻抗r1、r2、r3。
此模块首先计算零序电压u0的有效值，判断零序电压u0是否超过设定的接地故障启动电压，如果超过启动电压，则认为电网单相接地。此时启动阻抗计算模块2。
此模块在判断出电网发生单相接地、启动阻抗计算模块2后，持续监测接地是否存在，当接地时间超过设定故障持续时间(此处为2秒)后，记录此时各支路的稳态阻抗值，然后投入中电阻；在中电阻投入1秒后，再次记录各支路的稳态阻抗，然后退出中电阻。通过计算中电阻投退前后，各支路稳态阻抗变化值，找到变化值最大者即为接地支路。若各支路变化相近，则认为是母线接地。
此模块的一个分析实例，如图5、6所示。其中图5为接地过程及中电阻投入前后的波形；图6为中电阻投退前后电网零序电压、以及各支路阻抗的分析计算。
上述实施例的一种用于消弧线圈接地系统的中电阻选线系统，实现了对中性点经消弧线圈接地电网时单相接地故障支路的准确、快速判断，利用线路阻抗只反映线路本身阻抗特性的特点，能够有效避免常规中电阻选线时由于中电阻投入造成电压降低对电流变化影响，特别是能够解决高阻接地时常规中电阻选线由于电压降低明显造成的各支路电流无明显变化、无法选线的弊端。本系统大幅度提高了中性点经消弧线圈接地电网时单相接地故障选择的准确性、可靠性，有效提高了电网运行安全性。
此处公开的仅为本发明的优选实施例，本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，并不是对本发明的限定。任何本领域技术人员在说明书范围内所做的修改和变化，均应落在本发明所保护的范围内。
1.一种用于消弧线圈接地系统的中电阻选线系统，其特征在于，包括：数据采集模块、阻抗计算模块、以及选线算法模块；
所述数据采集模块，用于采集中电阻选线所需要的电网零序电压、各支路零序电流信号；并将采集到的电网零序电压、支路零序电流信号传输给所述阻抗计算模块、选线算法模块；
所述阻抗计算模块，接收来自所述选线算法模块的启动命令、接收所述数据采集模块的电网零序电压、各支路零序电流信号，并对这些信号进行稳态阻抗计算；计算得到的各支路阻抗输入到选线算法模块；
所述选线算法模块，接收来自数据采集模块的零序电压信号，进行故障发生及恢复的判断、控制中电阻的投退，并在故障发生后启动所述阻抗计算模块；接收来自阻抗计算模块的各支路在中电阻投退前后的稳态阻抗，并依据各支路稳态阻抗的变化进行选线算法分析，从而判断出接地支路。
2.根据权利要求1所述的一种用于消弧线圈接地系统的中电阻选线系统，其特征在于，所述数据采集模块，采集电网零序电压、支路零序电流信号；为保证后续阻抗计算的准确，本模块采用了多路同步、高速采样的技术；其中：
多路同步采样，可以满足100路交流电压或电流、同步误差不超过1μs的全同步采集；多路高速采样，可以对每路交流电压或电流进行12.8khz以上的高速采集。
3.根据权利要求1所述的一种用于消弧线圈接地系统的中电阻选线系统，其特征在于，所述阻抗计算模块，对来自数据采集模块的电压、电流信号进行稳态阻抗计算，并将阻抗计算结果传输给所述选线算法模块；
所述阻抗计算模块，主要针对的是中电阻投退前后，各支路的阻抗；由于中电阻投退前后，电网的单相接地都处于稳态情况，因此阻抗计算模块只需要计算稳态情况下的各支路阻抗；
所述阻抗计算模块，采用均方根算法，计算电网零序电压的有效值、各支路零序电流的有效值，从而计算出各支路的稳态零序阻抗；其计算方法为：
rk＝uk/ik
4.根据权利要求1所述的一种用于消弧线圈接地系统的中电阻选线系统，其特征在于，所述选线算法模块，进一步包括：故障识别子模块、选线判断子模块，其中：
所述故障识别子模块，接收来自数据采集模块的零序电压数据，然后采用均方根算法，计算出零序电压的有效值；当零序电压有效值超过预先设定故障电压值后，认为故障发生，此时记录故障发生的时间，并启动阻抗计算模块；当零序电压恢复到设定的故障电压值以下时，认为故障结束，此时记录故障的结束时间，并停止阻抗计算模块；
所述故障识别子模块，在识别出故障发生、并启动阻抗计算模块后，持续判断故障状态，若故障持续存在1s以上，则记录此时所述阻抗计算模块传来的各支路的阻抗，作为初始阻抗，然后投入中电阻；中电阻投入0.5s以后，再次记录此时所述阻抗计算模块传来的各支路的阻抗，作为最终阻抗，然后切除中电阻。初始阻抗、最终阻抗，都输入到选线判断子模块，供选线计算使用；
所述选线判断子模块，接收来自于所述故障识别子模块传来的各支路初始阻抗、最终阻抗，找到阻抗变化绝对值最大的支路，即为接地支路。其计算方法为：
所述选线算法模块，在进行选线判断时，考虑到中电阻投入后，会改变接地电阻，从而造成电网零序电压改变，进而造成全部支路的电流也相应产生改变，因此直接采用电流的变化是不能准确判断接地支路的；而线路的稳态阻抗，对正常线路而言，体现的是线路本身的零序阻抗，与中电阻是否投入及接地电压无关；对接地线路而言，体现的是中电阻与其他正常支路的零序阻抗并联之和，因此投入中电阻前后阻抗的变化只会体现在接地支路上，从而能够准确的选出接地支路。
5.根据权利要求1～4任一所述的一种用于消弧线圈接地系统的中电阻选线系统，其特征在于，所述阻抗计算模块，仅需要在接地故障发生后运行，并在投切中电阻前后进行计算。在电网未发生接地故障时，依电网自身的电气特点，电网零序电压很小，各支路零序电流也很小，此时计算出的稳态阻抗是不准确的，不能用于选线算法计算；只有当系统发生单相接地，零序电压、各支路零序电流足够高时，计算出的稳态阻抗才足够精确，此时才可以用于选线计算。
6.根据权利要求5所述的一种用于消弧线圈接地系统的中电阻选线系统，其特征在于，其中所述阻抗，是指线路、以及中电阻的零序回路的对地零序阻抗；其反映的是线路、中电阻自身的阻抗特性，只与线路、中电阻自身的电气设计参数、制造过程相关，与具体接地过程、电网运行情况无关，可以明确的作为特征信号用来识别接地故障，通过计算此阻抗及其阻抗变化，即可快速准确的判断出接地支路。
技术总结