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专利名称：一种变电站10kV系统过电压抑制系统及其方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202411055772.5

专利申请（专利权）人：国网辽宁省电力有限公司抚顺供电公司
权利人地址：辽宁省抚顺市新抚区西一路13号

专利发明（设计）人：张华,王刚,武英明,徐凯,陈瑞国,耿莉娜,王迪,杨斌,刘磊,叶德武,李新宇,鄂振伟,闫林平,王大忠,于翔

专利摘要：本发明公开了一种变电站10kV系统过电压抑制系统及其方法，属于变电站技术领域，包括中性点不接地模块、经小电阻接地模块、中性点经消弧线圈接地模块以及过电压抑制模块；通过中性点不接地模块与过电压抑制模块连接，获取变电站电网的铁磁谐振过电压数据和弧光接地过电压数据，经小电阻接地模块获取电网架空线路遭遇雷击和/或污闪导致绝缘子对地闪络的对应电流值，中性点经消弧线圈接地模块用于获取历史数据，过电压抑制模块用于吸收并抑制相地之间产生的过电压浪涌。本发明采用故障相接地法的消弧系统，具有造价低、占地面积小等优点，对线路发生的单相接地也能够消。岣吡讼低衬诙员∪蹙瞪璞傅谋；ぷ饔。

主权利要求：
1.一种变电站10kV系统过电压抑制系统，其特征在于，包括中性点不接地模块、经小电阻接地模块、中性点经消弧线圈接地模块以及过电压抑制模块；
所述中性点不接地模块与过电压抑制模块连接，用于当变电站电网的输出电压值超出预设的过电压保护阈值时，获取变电站电网的铁磁谐振过电压数据和弧光接地过电压数据，并对输出电压值的超出幅度进行划分，同时获取不同超出幅度时的所述铁磁谐振过电压数据和所述弧光接地过电压数据的变化规律，并在所述变化规律的基础上，获取电网功率和电流的特征变化；
所述经小电阻接地模块与过电压抑制模块连接，且经小电阻接地模块包括在配电网中性点接入的10?20Ω规格的电阻器，用于获取电网架空线路遭遇雷击和/或污闪导致绝缘子对地闪络的对应电流值，还包括用于获取架空线路发生绝缘子单相接地闪络故障时，流过故障馈线的零序电流值，并分析所述对应电流值与所述零序电流值之间的关联变化；
所述中性点经消弧线圈接地模块与过电压抑制模块连接，用于获取历史采用消弧线圈补偿和/或自动跟踪补偿方式导致的过电压数据，并获取两种补偿方式情况下过电压数据的变化规律；
所述过电压抑制模块用于吸收并抑制相地之间产生的过电压浪涌，具体地，通过阻尼谐振特性及吸能灭磁来抑制过电压，防止系统由于过电压引起的相地电压升高超过电气设备的耐压水平，所述过电压抑制模块包括第一非线性电阻元件RA、第二非线性电阻元件RB和第三非线性电阻元件RC；所述的第二非线性电阻元件RB与第三非线性电阻元件RC并联，所述的第一非线性电阻元件RA的一端连接母线，且第一非线性电阻元件RA的另一端并联至所述第二非线性电阻元件RB和第三非线性电阻元件RC一端的中间引出接线端子，所述第二非线性电阻元件RB和第三非线性电阻元件RC的另一端引出接线端子接地；所述第一非线性电阻元件RA、第二非线性电阻元件RB和第三非线性电阻元件RC的电压分压比例满足以下关系：持续运行电压分压比例：Un=0.55*Un(RA)+0.45*Un(RB//RC)；
钳制起始电压分压比例：Un=0.65*√3*Un(RA)+0.35*√3*Un(RB//RC)；
钳制最高电压分压比例：Un=0.55*2.5*Un(RA)+0.45*2.5*Un(RB//RC)；
式中，Un表示计算出的分压后的电压，Un(RA)表示第一非线性电阻元件RA上的电压降，Un(RB//RC)表示第二非线性电阻元件RB和第三非线性电阻元件RC并联组合上的电压降。
2.如权利要求1所述的一种变电站10kV系统过电压抑制系统，其特征在于，所述第一非线性电阻元件RA为PTC热敏电阻，所述第二非线性电阻元件RB为低场强ZnO阀片，所述第三非线性电阻元件RC为高能SiC阀片；
所述过电压抑制模块中所预设的持续运行电压、钳制起始电压及钳制最高电压的参数如下：
持续运行电压≥1.44p.u，且在1.44p.u运行电压条件下能够长期持续运行；钳制起始电压≥1.75p.u，钳制最高电压≤2.20p.u，且在1.75p.u过电压条件下能够持续运行至少8小时，在2.20p.u过电压条件下能够持续运行至少4小时。
3.如权利要求2所述的一种变电站10kV系统过电压抑制系统，其特征在于，所述变电站
10kV系统过电压抑制系统还包括：
区域定位模块，所述区域定位模块包括GPS卫星导航定位仪，用于获取预设变电站的位置，以及用于获取所述变电站电网的线路分布面积；
信息获取模块，用于获取预设变电站电网的线路数量和变电站所处位置的用电户数和用电量，以及用于获取变电站的额定功率、额定电流和额定电压，还包括用于获取变电站于
10kV输出电压值时的功率数据和电流数据，同时还包括获取功率数据和电流数据的变化规律，并形成数据模型；
数据分析模块，将变电站的10kV输出电压值划分为高峰用电输出值和低谷用电输出值，并分析获取高峰用电和低谷用电时的功率数据变化和电流数据变化，同时采用Min?Max归一化方法获取功率数据变化和电流数据变化的变化特征，并将变化特征导入所述数据模型中，同时对所述数据模型进行更新；
监测终端，用于记录与预设变电站所匹配的通信基站和/或通信基站运营方，并接收采集监测点上传的现场数据，同时进行后台数据更新；当预设变电站的输出电压值超出所述过电压保护阈值时，向该预设变电站对应的通信基站和/或通信基站运营方发起输电线路预警状态的信息获取请求。
4.如权利要求3所述的一种变电站10kV系统过电压抑制系统，其特征在于，通过所述数据分析模块将所述中性点不接地模块输出电压值的超出幅度进行高、中、低层级划分，每个层级均预设10%的电压数，并获取预设变电站输出电压值的超出幅度处于各层级的历史次数，同时将所述历史次数进行排序，并采用随机梯度下降法进行训练，生成Sigmoid趋势预测模型。
5.如权利要求4所述的一种变电站10kV系统过电压抑制系统，其特征在于，所述Sigmoid趋势预测模型所采集的数据包括所述各层级的历史次数的发生月份，获取其中历史次数最多和最少的月份，并获取不同月份中铁磁谐振过电压数据和弧光接地过电压数据的相应变化规律，同时根据所述相应变化规律于不同月份预设不同输电量阈值，并计算出不同月份的铁磁谐振过电压数据和弧光接地过电压数据与不同输电量的电压之间的差值。
6.如权利要求3所述的一种变电站10kV系统过电压抑制系统，其特征在于，所述数据分析模块还用于所述经小电阻接地模块不同月份的高峰用电期和低谷用电期预设对应电流阈值和零序电流阈值，并根据相应月份高峰用电期和低谷用电期的平均电流预设零序电压，同时获取所述平均电流的变化与所述零序电压的关联关系，并绘制ROC曲线，若零序电压的变化导致对应电流值和零序电流值超出预设的对应电流阈值和零序电流阈值，则系统判定发生电压故障，反之则判定未发生。
7.如权利要求1所述的一种变电站10kV系统过电压抑制系统，其特征在于，将所述中性点经消弧线圈接地模块所获取的历史采用消弧线圈补偿和/或自动跟踪补偿方式导致的过电压数据，确定为关联数据，并将所述关联数据与所述过电压抑制模块的感抗或容抗信息进行关联分析；
当所述过电压抑制模块中的电容电流通电启动时，根据历史关联数据和当前过电压抑制模块中所获取的感抗和容抗信息参数值，进行关联分析后确定过电压数据涨幅数据。
8.如权利要求7所述的一种变电站10kV系统过电压抑制系统，其特征在于，当所述过电压抑制模块中的电容电流大于30A时，所述中性点经消弧线圈接地模块停止工作。
9.如权利要求2所述的一种变电站10kV系统过电压抑制系统，其特征在于，所述第一非线性电阻元件RA由至少6个PTC热敏电阻片串联组成；所述第二非线性电阻元件RB由至少4个低场强ZnO阀片串联组成；所述第三非线性电阻元件RC由至少4个SiC阀片串联组成。
10.一种应用于如权利要求3所述的一种变电站10kV系统过电压抑制系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S10：获取预设变电站的位置，以及获取所述变电站电网的线路分布面积和变电站电网的线路数量，还包括获取变电站所处位置的用电户数和用电量，以及变电站的额定功率、额定电流和额定电压；
步骤S20：通过中性点不接地模块、经小电阻接地模块和中性点经消弧线圈接地模块同步用于变电站10kV系统的过电压抑制监测，具体地如下：通过中性点不接地模块与过电压抑制模块连接，并预设过电压保护阈值，当变电站电网的输出电压值超出所述过电压保护阈值时，获取变电站电网的铁磁谐振过电压数据和弧光接地过电压数据，并对输出电压值的超出幅度进行划分，同时获取不同超出幅度时的所述铁磁谐振过电压数据和所述弧光接地过电压数据的变化规律，并在所述变化规律的基础上，获取电网功率和电流的特征变化；
通过经小电阻接地模块获取电网架空线路遭遇雷击和/或污闪导致绝缘子对地闪络的对应电流值，同时获取架空线路发生绝缘子单相接地闪络故障时，流过故障馈线的零序电流值，并分析所述对应电流值与所述零序电流值之间的关联变化；
通过中性点经消弧线圈接地模块获取历史采用消弧线圈补偿和/或自动跟踪补偿方式导致的过电压数据，并获取两种补偿方式情况下过电压数据的变化规律；
步骤S30：通过过电压抑制模块吸收并抑制相地之间产生的过电压浪涌，具体地，通过阻尼谐振特性及吸能灭磁来实现过电压的抑制，所述过电压抑制模块包括第一非线性电阻元件RA、第二非线性电阻元件RB和第三非线性电阻元件RC；所述的第二非线性电阻元件RB与第三非线性电阻元件RC并联，所述的第一非线性电阻元件RA的一端连接母线，且第一非线性电阻元件RA的另一端并联至所述第二非线性电阻元件RB和第三非线性电阻元件RC一端的中间引出接线端子，所述第二非线性电阻元件RB和第三非线性电阻元件RC的另一端引出接线端子接地；所述第一非线性电阻元件RA、第二非线性电阻元件RB和第三非线性电阻元件RC的电压分压比例满足以下关系：持续运行电压分压比例：Un=0.55*Un(RA)+0.45*Un(RB//RC)；
钳制起始电压分压比例：Un=0.65*√3*Un(RA)+0.35*√3*Un(RB//RC)；
钳制最高电压分压比例：Un=0.55*2.5*Un(RA)+0.45*2.5*Un(RB//RC)；
式中，Un表示计算出的分压后的电压，Un(RA)表示第一非线性电阻元件RA上的电压降，Un(RB//RC)表示第二非线性电阻元件RB和第三非线性电阻元件RC并联组合上的电压降；
步骤S40：记录与预设变电站所匹配的通信基站和/或通信基站运营方，并接收采集监测点上传的现场数据，同时进行后台数据更新；当预设变电站的输出电压值超出所述过电压保护阈值时，向该预设变电站对应的通信基站和/或通信基站运营方发起输电线路预警状态的信息获取请求。 说明书 : 一种变电站10kV系统过电压抑制系统及其方法技术领域[0001] 本发明涉及变电站技术领域，特别是一种变电站10kV系统过电压抑制系统及其方法。背景技术[0002] 我国6～66kV电力系统大多数采用中性点不接地或经消弧线圏接地的运行方式，也就是小电流接地系统，其系统电容电流远未达到继电保护跳闸的整定值，因此，当小电流接地系统出现了单相接地故障时，故障系统并不会立即跳闸停止运行，而是会在一定时间内依然保持运行状态，并且在运行时，中性点电压位移会使非故障相电压升髙成为线电压，若是无法及时找到故障点并隔离，很容易进一步发展成单相弧光接地故障，特别在电缆线路上，极易导致相间绝缘击穿引发相间短路故障，引起电缆烧毁事故。发明内容[0003] 鉴于上述现有的变电站中存在的问题，提出了本发明。[0004] 因此，本发明其中的一个目的是提供一种变电站10kV系统过电压抑制系统及其方法，其采用故障相接地法的消弧系统，具有造价低、占地面积小等优点，对线路发生的单相接地也能够消。岣吡讼低衬诙员∪蹙瞪璞傅谋；ぷ饔。[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：[0006] 一方面，本发明提供一种变电站10kV系统过电压抑制系统，包括中性点不接地模块、经小电阻接地模块、中性点经消弧线圈接地模块以及过电压抑制模块；[0007] 所述中性点不接地模块与过电压抑制模块连接，用于当变电站电网的输出电压值超出预设的过电压保护阈值时，获取变电站电网的铁磁谐振过电压数据和弧光接地过电压数据，并对输出电压值的超出幅度进行划分，同时获取不同超出幅度时的所述铁磁谐振过电压数据和所述弧光接地过电压数据的变化规律，并在所述变化规律的基础上，获取电网功率和电流的特征变化；[0008] 所述经小电阻接地模块与过电压抑制模块连接，且经小电阻接地模块包括在配电网中性点接入的10?20Ω规格的电阻器，用于获取电网架空线路遭遇雷击和/或污闪导致绝缘子对地闪络的对应电流值，还包括用于获取架空线路发生绝缘子单相接地闪络故障时，流过故障馈线的零序电流值，并分析所述对应电流值与所述零序电流值之间的关联变化；[0009] 所述中性点经消弧线圈接地模块与过电压抑制模块连接，用于获取历史采用消弧线圈补偿和/或自动跟踪补偿方式导致的过电压数据，并获取两种补偿方式情况下过电压数据的变化规律；[0010] 所述过电压抑制模块用于吸收并抑制相地之间产生的过电压浪涌，具体地通过阻尼谐振特性及吸能灭磁来抑制过电压，防止系统由于过电压引起的相地电压升高超过电气设备的耐压水平。[0011] 作为本发明的一种优选方案，其中：所述过电压抑制模块包括第一非线性电阻元件RA、第二非线性电阻元件RB和第三非线性电阻元件RC；所述的第二非线性电阻元件RB与第三非线性电阻元件RC并联，所述的第一非线性电阻元件RA的一端连接母线，且第一非线性电阻元件RA的另一端并联至所述第二非线性电阻元件RB和第三非线性电阻元件RC一端的中间引出接线端子，所述第二非线性电阻元件RB和第三非线性电阻元件RC的另一端引出接线端子接地；[0012] 所述第一非线性电阻元件RA为PTC热敏电阻，所述第二非线性电阻元件RB为低场强ZnO阀片，所述第三非线性电阻元件RC为高能SiC阀片；[0013] 所述过电压抑制模块中所预设的持续运行电压、钳制起始电压及钳制最高电压的参数如下：[0014] 持续运行电压≥1.44p.u，且在1.44p.u运行电压条件下能够长期持续运行；钳制起始电压≥1.75p.u，钳制最高电压≤2.20p.u，且在1.75p.u过电压条件下能够持续运行至少8小时，在2.20p.u过电压条件下能够持续运行至少4小时；[0015] 所述第一非线性电阻元件RA、第二非线性电阻元件RB和第三非线性电阻元件RC的电压分压比例满足以下关系：[0016] 持续运行电压分压比例：Un=0.55*Un(RA)+0.45*Un(RB//RC)；[0017] 钳制起始电压分压比例：Un=0.65*√3*Un(RA)+0.35*√3*Un(RB//RC)；[0018] 钳制最高电压分压比例：Un=0.55*2.5*Un(RA)+0.45*2.5*Un(RB//RC)；[0019] 式中，Un表示计算出的分压后的电压，Un(RA)表示第一非线性电阻元件RA上的电压降，Un(RB//RC)表示第二非线性电阻元件RB和第三非线性电阻元件RC并联组合上的电压降。[0020] 作为本发明的一种优选方案，其中：所述变电站10kV系统过电压抑制系统还包括：[0021] 区域定位模块，所述区域定位模块包括GPS卫星导航定位仪，用于获取预设变电站的位置，以及用于获取所述变电站电网的线路分布面积；[0022] 信息获取模块，用于获取预设变电站电网的线路数量和变电站所处位置的用电户数和用电量，以及用于获取变电站的额定功率、额定电流和额定电压，还包括用于获取变电站于10kV输出电压值时的功率数据和电流数据，同时还包括获取功率数据和电流数据的变化规律，并形成数据模型；[0023] 数据分析模块，将变电站的10kV输出电压值划分为高峰用电输出值和低谷用电输出值，并分析获取高峰用电和低谷用电时的功率数据变化和电流数据变化，同时采用Min?Max归一化方法获取功率数据变化和电流数据变化的变化特征，并将变化特征导入所述数据模型中，同时对所述数据模型进行更新；[0024] 监测终端，用于记录与预设变电站所匹配的通信基站和/或通信基站运营方，并接收采集监测点上传的现场数据，同时进行后台数据更新；当预设变电站的输出电压值超出所述过电压保护阈值时，向该预设变电站对应的通信基站和/或通信基站运营方发起输电线路预警状态的信息获取请求。[0025] 作为本发明的一种优选方案，其中：通过所述数据分析模块将所述中性点不接地模块输出电压值的超出幅度进行高、中、低层级划分，每个层级均预设10%的电压数，并获取预设变电站输出电压值的超出幅度处于各层级的历史次数，同时将所述历史次数进行排序，并采用随机梯度下降法进行训练，生成Sigmoid趋势预测模型。[0026] 作为本发明的一种优选方案，其中：所述Sigmoid趋势预测模型所采集的数据包括所述各层级的历史次数的发生月份，获取其中历史次数最多和最少的月份，并获取不同月份中铁磁谐振过电压数据和弧光接地过电压数据的相应变化规律，同时根据所述相应变化规律于不同月份预设不同输电量阈值，并计算出不同月份的铁磁谐振过电压数据和弧光接地过电压数据与不同输电量的电压之间的差值。[0027] 作为本发明的一种优选方案，其中：所述数据分析模块还用于所述经小电阻接地模块不同月份的高峰用电期和低谷用电期预设对应电流阈值和零序电流阈值，并根据相应月份高峰用电期和低谷用电期的平均电流预设零序电压，同时获取所述平均电流的变化与所述零序电压的关联关系，并绘制ROC曲线，若零序电压的变化导致对应电流值和零序电流值超出预设的对应电流阈值和零序电流阈值，则系统判定发生电压故障，反之则判定未发生。[0028] 作为本发明的一种优选方案，其中：将所述中性点经消弧线圈接地模块所获取的历史采用消弧线圈补偿和/或自动跟踪补偿方式导致的过电压数据，确定为关联数据，并将所述关联数据与所述过电压抑制模块的感抗或容抗信息进行关联分析；[0029] 当所述过电压抑制模块中的电容电流通电启动时，根据历史关联数据和当前过电压抑制模块中所获取的感抗和容抗信息参数值，进行关联分析后确定过电压数据涨幅数据。[0030] 作为本发明的一种优选方案，其中：当所述过电压抑制模块中的电容电流大于30A时，所述中性点经消弧线圈接地模块停止工作，则不能使用所述中性点经消弧线圈接地模块的故障相接地消弧功能。[0031] 作为本发明的一种优选方案，其中：所述第一非线性电阻元件RA由至少6个PTC热敏电阻片串联组成；所述第二非线性电阻元件RB由至少4个低场强ZnO阀片串联组成；所述第三非线性电阻元件RC由至少4个SiC阀片串联组成。[0032] 另一方面，本发明提供一种变电站10kV系统过电压抑制系统的方法，包括以下步骤：[0033] 步骤S10：获取预设变电站的位置，以及获取所述变电站电网的线路分布面积和变电站电网的线路数量，还包括获取变电站所处位置的用电户数和用电量，以及变电站的额定功率、额定电流和额定电压；[0034] 步骤S20：通过中性点不接地模块、经小电阻接地模块、中性点经消弧线圈接地模块同步用于变电站10kV系统的过电压抑制监测，具体地如下：[0035] 通过中性点不接地模块与过电压抑制模块连接，并预设过电压保护阈值，当变电站电网的输出电压值超出所述过电压保护阈值时，获取变电站电网的铁磁谐振过电压数据和弧光接地过电压数据，并对输出电压值的超出幅度进行划分，同时获取不同超出幅度时的所述铁磁谐振过电压数据和所述弧光接地过电压数据的变化规律，并在所述变化规律的基础上，获取电网功率和电流的特征变化；[0036] 通过经小电阻接地模块获取电网架空线路遭遇雷击和/或污闪导致绝缘子对地闪络的对应电流值，同时用于获取架空线路发生绝缘子单相接地闪络故障时，流过故障馈线的零序电流值，并分析所述对应电流值与所述零序电流值之间的关联变化；[0037] 通过中性点经消弧线圈接地模块获取历史采用消弧线圈补偿和/或自动跟踪补偿方式导致的过电压数据，并获取两种补偿方式情况下过电压数据的变化规律；[0038] 步骤S30：通过过电压抑制模块用于吸收并抑制相地之间产生的过电压浪涌，具体地通过阻尼谐振特性及吸能灭磁来抑制过电压的作用；[0039] 步骤S40：记录与预设变电站所匹配的通信基站和/或通信基站运营方，并接收采集监测点上传的现场数据，同时进行后台数据更新；当预设变电站的输出电压值超出所述过电压保护阈值时，则向该预设变电站对应的通信基站和/或通信基站运营方发起输电线路预警状态的信息获取请求。[0040] 本发明的有益效果：本发明利用高能非线性器件串并联方式设计变电站10kV系统过电压抑制系统，可全面有效解决电力系统的暂时过电压、操作过电压、雷电过电压对电网安全运行带来的：，对系统过电压的防护手段是柔性的，自适应性的，运行于特有的V/A曲线，具有优异的非线性系数，装置有足够的能容可以吸收并有效抑制相?地之间产生的过电压浪涌，具有强烈的阻尼谐振特性及吸能灭磁抑制过电压的作用，防止系统由于过电压引起的相地电压升高超过电气设备的耐压水平，对系统内薄弱绝缘设备能起到彻底的保护作用。附图说明[0041] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：[0042] 图1为本发明实施例的过电压抑制模块的采样示意图；[0043] 图2为本发明实施例的高能非线性阻尼电阻RF的V?A特性示意图；[0044] 图3为本发明实施例的变电站10kV系统过电压抑制系统的模块化结构示意图；[0045] 图4为本发明实施例的系统操作方法的流程示意图；[0046] 图中标号：110?区域定位模块；1101?GPS卫星导航定位仪；120?信息获取模块；130?数据分析模块；140?中性点不接地模块；150?经小电阻接地模块；1501?电阻器；160?中性点经消弧线圈接地模块；170?监测终端；180?过电压抑制模块。具体实施方式[0047] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0048] 由于目前6～66kV电力系统大多数采用中性点不接地或经消弧线圏接地的运行方式，也就是小电流接地系统，其系统电容电流远未达到继电保护跳闸的整定值，因此，当小电流接地系统出现了单相接地故障时，故障系统并不会立即跳闸停止运行，而是会在一定时间内依然保持运行状态，并且在运行时，中性点电压位移会使非故障相电压升髙成为线电压，若是无法及时找到故障点并隔离，很容易造成为：进一步发展成单相弧光接地故障，特别在电缆线路上，极易导致相间绝缘击穿引发相间短路故障引起电缆烧毁事故。为了解决上述问题，具体方案如下：[0049] 参照图1至图4，为本发明的一个实施例，该实施例提供了一种变电站10kV系统过电压抑制系统，包括中性点不接地模块140、经小电阻接地模块150、中性点经消弧线圈接地模块160以及过电压抑制模块180；[0050] 实施例的中性点不接地模块140与过电压抑制模块180连接，通过预设过电压保护阈值，用于当变电站电网的输出电压值超出过电压保护阈值时，获取变电站电网的铁磁谐振过电压数据和弧光接地过电压数据，并对输出电压值的超出幅度进行划分，同时获取不同超出幅度时的铁磁谐振过电压数据和弧光接地过电压数据的变化规律，并在变化规律的基础上，获取电网功率和电流的特征变化；[0051] 实施例的经小电阻接地模块150与过电压抑制模块180连接，且经小电阻接地模块包括在配电网中性点接入的10?20Ω规格的电阻器1501，用于获取电网架空线路遭遇雷击和/或污闪导致绝缘子对地闪络的对应电流值，还包括用于获取架空线路发生绝缘子单相接地闪络故障时，流过故障馈线的零序电流值，并分析对应电流值与零序电流值之间的关联变化；[0052] 实施例的中性点经消弧线圈接地模块160与过电压抑制模块180连接，用于获取历史采用消弧线圈补偿和/或自动跟踪补偿方式导致的过电压数据，并获取两种补偿方式情况下过电压数据的变化规律；[0053] 实施例的过电压抑制模块180用于吸收并抑制相地之间产生的过电压浪涌，具体地通过阻尼谐振特性及吸能灭磁来抑制过电压，防止系统由于过电压引起的相地电压升高超过电气设备的耐压水平。[0054] 参照图1，在一实施例中进一步地，过电压抑制模块180包括第一非线性电阻元件RA、第二非线性电阻元件RB和第三非线性电阻元件RC；的第二非线性电阻元件RB与第三非线性电阻元件RC并联，的第一非线性电阻元件RA的一端连接母线，且第一非线性电阻元件RA的另一端并联至所述第二非线性电阻元件RB和第三非线性电阻元件RC一端的中间引出接线端子，第二非线性电阻元件RB和第三非线性电阻元件RC的另一端引出接线端子接地；其中，第一非线性电阻元件RA为PTC热敏电阻，第二非线性电阻元件RB为低场强ZnO阀片，第三非线性电阻元件RC为高能SiC阀片；此外，过电压抑制模块180中所预设的持续运行电压、钳制起始电压及钳制最高电压的参数如下：[0055] 持续运行电压≥1.44p.u，且在1.44p.u运行电压条件下能够长期持续运行；钳制起始电压≥1.75p.u，钳制最高电压≤2.20p.u，且在1.75p.u过电压条件下能够持续运行至少8小时，在2.20p.u过电压条件下能够持续运行至少4小时；[0056] 第一非线性电阻元件RA、第二非线性电阻元件RB和第三非线性电阻元件RC的电压分压比例满足以下关系：[0057] 持续运行电压分压比例：Un=0.55*Un(RA)+0.45*Un(RB//RC)；[0058] 钳制起始电压分压比例：Un=0.65*√3*Un(RA)+0.35*√3*Un(RB//RC)；[0059] 钳制最高电压分压比例：Un=0.55*2.5*Un(RA)+0.45*2.5*Un(RB//RC)；[0060] 式中，Un表示计算出的分压后的电压，Un(RA)表示第一非线性电阻元件RA上的电压降，Un(RB//RC)表示第二非线性电阻元件RB和第三非线性电阻元件RC并联组合上的电压降。[0061] 在一实施例中进一步地，第一非线性电阻元件RA由至少6个以上PTC热敏电阻片串联组成；第二非线性电阻元件RB由至少4个低场强ZnO阀片串联组成；第三非线性电阻元件RC由至少4个SiC阀片串联组成。[0062] 基于上述对过电压抑制模块180的具体描述，本实施例的过电压抑制模块180在变电站10kV三相母线中的每相母线与地之间安装一高能容金属氧化物的电压型非线性电阻阀片组，通过引入高能非线性电阻元件，能对瞬时性单相接地故障产生的工频过电压能量瞬时对地泄放，对非瞬时性单相接地故障，在消弧线圈补偿系统电容电流的同时，瞬时钳制住非故障相的电压暂升，使10kV中性点经消弧线圈接地系统的绝缘不会出现损伤，从而提高配电网的供电安全性、可靠性，为用户的电力系统安全运行提供保护；同时对接地系统产生的弧光接地过电压幅值进行限压处理，以保障配电网的稳定运行。[0063] 本实施例采用“瞬态恢复”技术，当系统出现单相接地故障时，通过钳制非故障相电压峰值，对铁磁谐振产生的过电压进行阻尼、消谐，从而限制了通过PT一次绕组的电流，保护PT和熔断器不被烧毁；电压型非线性阻尼器件的高能容，低残压特性确保吸收系统过电压能量大，可全面解决因单相弧光接地引起的过电压造成相间绝缘故障而引发的事故；低残压保护单元使系统遭受的由外部侵袭过来的雷击过电压降低100%，能作为母线的一级保护。装置通过非线性器件优异的非线性系数（α?以50mA对应1mA计算）起到钳压作用，达到阻尼和消除谐振的发生，保证了供电系统的安全运行。[0064] 此外参照图2，图2为高能非线性阻尼电阻RF的V?A特性，本实施例可利用高能非线性器件串并联方式组合设计相应的“变电站10kV系统过电压抑制装置”，可全面有效解决电力系统的暂时过电压、操作过电压、雷电过电压对电网安全运行带来的：。对系统过电压的防护手段是柔性的，自适应性的，运行于特有的V/A曲线，具有优异的非线性系数。装置有足够的能容可以吸收并有效抑制相?地之间产生的过电压浪涌，具有强烈的阻尼谐振特性及吸能灭磁抑制过电压的作用，防止系统由于过电压引起的相地电压升高超过电气设备的耐压水平，对系统内薄弱绝缘设备能起到彻底的保护作用。此外本实施例的系统可配置4只高精度漏电流检测传感器，对三相非线性器件泄漏电流和电压互感器中性点零序电流采样；利用装置的故障分析采样信号转换单元，将4路电流和三相电压及开口三角4路电压信号（小母线）与系统暂态故障录波器接入（可租用暂态故障录波器），故障录波器作为故障分析模块用于记录发生过电压的事件电压、电流的暂态波形；记录系统过电压异常信号前200ms、后2s内的暂态波形，用于分析过电压事故。[0065] 在一实施例中进一步地，如图3所示，变电站10kV系统过电压抑制系统还包括：[0066] 区域定位模块110，区域定位模块110包括GPS卫星导航定位仪1101，用于获取预设变电站的位置，以及用于获取变电站电网的线路分布面积；[0067] 信息获取模块120，用于获取预设变电站电网的线路数量和变电站所处位置的用电户数和用电量，以及用于获取变电站的额定功率、额定电流和额定电压，还包括用于获取变电站于10kV输出电压值时的功率数据和电流数据，同时还包括获取功率数据和电流数据的变化规律，并形成数据模型；[0068] 数据分析模块130，将变电站的10kV输出电压值划分为高峰用电输出值和低谷用电输出值，并分析获取高峰用电和低谷用电时的功率数据变化和电流数据变化，同时采用Min?Max归一化方法获取功率数据变化和电流数据变化的变化特征，并将变化特征导入数据模型中，同时对数据模型进行更新；[0069] 监测终端170，用于记录与预设变电站所匹配的通信基站和/或通信基站运营方，并接收采集监测点上传的现场数据，同时进行后台数据更新；当预设变电站的输出电压值超出过电压保护阈值时，则向该预设变电站对应的通信基站和/或通信基站运营方发起输电线路预警状态的信息获取请求。[0070] 基于上述可知，本实施例的系统具有区域定位、信息获取、处理和在线分析以及监测的功能，能够实时的获取变电站于10kV输出电压值时的功率数据和电流数据，对功率数据和电流数据的变化规律，并形成数据模型，以便于中性点不接地模块140、经小电阻接地模块150、中性点经消弧线圈接地模块160进行相应地关联分析工作。[0071] 在一实施例中进一步地，通过数据分析模块将中性点不接地模块140输出电压值的超出幅度进行高、中、低层级划分，每个层级均预设10%的电压数，并获取预设变电站输出电压值的超出幅度处于各层级的历史次数，同时将历史次数进行排序，并采用随机梯度下降法训练，生成Sigmoid趋势预测模型。其中Sigmoid趋势预测模型是一种Logistic函数，其取值范围为(0,1)，将一个实数映射到(0,1)的区间，用来做二分类；[0072] 在一实施例中需要强调的是，Sigmoid趋势预测模型所采集的数据包括各层级历史次数的发生月份，获取其中历史次数最多和最少的月份，并获取不同月份中铁磁谐振过电压数据和弧光接地过电压数据的相应变化规律，同时根据相应变化规律于不同月份预设不同输电量阈值，并计算出不同月份的铁磁谐振过电压数据和弧光接地过电压数据与不同输电量的电压之间的差值。[0073] 在一实施例中需要强调地，数据分析模块还用于经小电阻接地模块150不同月份的高峰用电期和低谷用电期预设对应电流阈值和零序电流阈值，并根据相应月份高峰用电期和低谷用电期的平均电流预设零序电压，同时获取平均电流的变化与零序电压的关联关系，并绘制ROC曲线，若零序电压的变化导致对应电流值和零序电流值超出预设的对应电流阈值和零序电流阈值，则系统判定发生电压故障，反之则判定未发生。[0074] 本实施例具体地，将中性点经消弧线圈接地模块160所获取的历史采用消弧线圈补偿和/或自动跟踪补偿方式导致的过电压数据，确定为关联数据，并将关联数据与过电压抑制模块180的感抗或容抗信息进行关联分析。[0075] 在一实施例中进一步地，当过电压抑制模块180中的电容电流大于30A时，中性点经消弧线圈接地模块160停止工作，则不能使用中性点经消弧线圈接地模块160的故障相接地消弧功能。由于对地电容电流＞30A的系统，当电网参数匹配度在谐振区间（即系统容抗和励磁感抗的比值，在0.01～0.08时易发生分频谐振；在0.08～0.8时易发生基频谐振；在0.6～3时易发生高频谐振）时，当发生单相接地时，系统对地电容与系统电感发生谐振，健全相的工频电压很高，系统无法承受。因而我国规程要求对地电容电流＞30A的系统要采取安装消弧线圈，通过改变系统零序阻抗，使电网参数匹配度远离谐振区间,防止发生单相接地时，系统对地电容与系统电感发生谐振。故障相接地消弧装置不改变系统的零序阻抗，故电容电流＞30A的系统不能使用故障相接地消弧装置。[0076] 基于上述可知，本申请利用高能非线性器件串并联方式设计的变电站10kV系统过电压抑制系统，可有效解决电力系统的暂时过电压、操作过电压、雷电过电压对电网安全运行带来的：，对系统过电压的防护手段是柔性的，自适应性的，运行于特有的V/A曲线，具有优异的非线性系数，可防止系统由于过电压引起的相地电压升高超过电气设备的耐压水平，对系统内薄弱绝缘设备能起到彻底的保护作用。[0077] 本实施例结合上述变电站10kV系统过电压抑制系统，还提出该系统的工作方法，如下：[0078] 步骤S10：获取预设变电站的位置，以及获取变电站电网的线路分布面积和变电站电网的线路数量，还包括获取变电站所处位置的用电户数和用电量，以及变电站的额定功率、额定电流和额定电压；[0079] 步骤S20：通过中性点不接地模块140、经小电阻接地模块150和中性点经消弧线圈接地模块160同步用于变电站10kV系统过电压抑制监测，具体地如下：[0080] 通过中性点不接地模块140与过电压抑制模块180连接，预设过电压保护阈值，当变电站电网的输出电压值超出过电压保护阈值时，获取变电站电网的铁磁谐振过电压数据和弧光接地过电压数据，并对输出电压值的超出幅度进行划分，同时获取不同超出幅度时的铁磁谐振过电压数据和弧光接地过电压数据的变化规律，并在变化规律的基础上，获取电网功率和电流的特征变化；[0081] 通过经小电阻接地模块获取电网架空线路遭遇雷击和/或污闪导致绝缘子对地闪络的对应电流值，还包括用于获取架空线路发生绝缘子单相接地闪络故障时，流过故障馈线的零序电流值，并分析对应电流值与零序电流值之间的关联变化；[0082] 通过中性点经消弧线圈接地模块160获取历史采用消弧线圈补偿和/或自动跟踪补偿方式导致的过电压数据，并获取两种补偿方式情况下过电压数据的变化规律；[0083] 步骤S30：通过过电压抑制模块180用于吸收并抑制相地之间产生的过电压浪涌，具体地通过阻尼谐振特性及吸能灭磁来抑制过电压的作用；[0084] 步骤S40：记录与预设变电站所匹配的通信基站和/或通信基站运营方，并接收采集监测点上传的现场数据，同时进行后台数据更新；当预设变电站的输出电压值超出过电压保护阈值时，则向该预设变电站对应的通信基站和/或通信基站运营方发起输电线路预警状态的信息获取请求。[0085] 此外本实施例需要进一步说明地，以电压型高能非线性器件作为系统过电压抑制的主要部件，为用户供电系统提供全面的系统过电压保护方案，根据10kV配电系统结构和运行设备参数选择防护装置类型，采用与原开关柜KN28相同的柜型制造与安装，方便并柜和联结，外型统一；其中一组三相非线性电阻器1501件安装在开关柜手车内，便于装置与系统隔离，方便装置的周期性检测。装置与系统中的消弧装置等配合使用，优化和完善了系统过电压的保护特性，彻底消除系统过电压防护死区，全面保护配电系统的高压设备绝缘。[0086] 综上，本发明利用高能非线性器件串并联方式设计的变电站10kV系统过电压抑制系统，可全面有效解决电力系统的暂时过电压、操作过电压、雷电过电压对电网安全运行带来的：，对系统过电压的防护手段是柔性的，自适应性的，运行于特有的V/A曲线，具有优异的非线性系数，装置有足够的能容可以吸收并有效抑制相?地之间产生的过电压浪涌，具有强烈的阻尼谐振特性及吸能灭磁抑制过电压的作用，防止系统由于过电压引起的相地电压升高超过电气设备的耐压水平，对系统内薄弱绝缘设备能起到彻底的保护作用。[0087] 以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

专利地区：辽宁

专利申请日期：2024-08-02

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN118572641B