一种电力系统对地铁杂散电流的系统性防护方法

1.本发明涉及设备防护领域，具体涉及一种电力系统对地铁杂散电流的系统性防护方法。


背景技术：

2.由地铁系统正常运行产生的杂散电流分别在土壤中产生了时变的电场，对电力系统变电站接地系统处的电位造成影响，不同变电站接地网处电位差是杂散电流入侵电力系统和在电力系统中杂散电流分布的原因。杂散电流通过系统电能传输通道在电力系统中传播，对不受地铁运行直接影响的变电站也会产生直流偏磁的影响。变压器直流偏磁故障是影响变压器正常运行的重要故障之一，常常引发磁路偏移、励磁电流畸变，造成变压器发热、振动和噪声等问题，加速绝缘老化，成为继电保护装置勿动的潜在原因。从经济和现实施工的角度出发，由于各个变电站受到的直流偏磁影响不同，且存在并不是由地铁直接影响而发生直流偏磁现象的变电站，对所有的变电站统一安装相同的防护装置并不是最优的防护方案，故基于电力系统各个变电站的中性点电流情况和电力输送结构，确定合理的地铁杂散电流系统性防护策略具有现实意义和可行性。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种电力系统对地铁杂散电流的系统性防护方法解决了现有杂散电流系统性侵入电力系统的问题。
4.为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
5.提供一种电力系统对地铁杂散电流的系统性防护方法，其包括以下步骤：
6.s1、获取电力系统变压器的中性点处的电流数据，并根据电流数据筛选出受到地铁杂散电流影响的变电站；
7.s2、将受到地铁杂散电流侵入的各个变电站按照实际输电结构组网，得到计算模型；
8.s3、基于计算模型和电流数据计算出地铁杂散电流在变压器接地系统处产生的电位；
9.s4、基于粒子群算法按照不同的抑制效果，分别针对各个变电站的变压器接地系统处产生的电位，计算出与对应变压器相匹配的电阻型防护装置的当前最优阻值；
10.s5、根据当前最优阻值调整对应电阻型防护装置的参数，并进行电力系统稳定性测试，若测试通过，则将当前最优阻值作为防护参数输出；若测试不通过，返回步骤s4。
11.本发明的有益效果为：通过实测数据归类受到杂散电流侵入的变电站，基于电力输送结构建立计算模型并使用实测数据验证，得到与实际误差较低的计算模型，为分析杂散电流系统性侵入电网提供了基础模型。使用多源多响应的粒子群算法，对杂散电流在多个变电站添加防护下的响应进行计算，得到适合的系统性防护方案，为杂散电流系统性侵入电网的问题提供了解决方法，提高了输电线路运行的可靠性与安全性。
12.进一步地，步骤s1的具体方法为：
13.将电流互感器安装于电力系统变压器的中性点处，对变压器中性点电流进行监控，若变电站的变压器中性点电流具有周期性且超过《电力变压器技术规范第1部分：通用》所要求的中性点电流标准，则将其归类为受到地铁杂散电流影响的变电站。
14.采用上述优选方案的有益效果为：实测变压器中性点数据，归类出受杂散电流侵入的变电站，为计算模型的建立和防护方案的计算提供真实数据集。
15.进一步地，步骤s2的具体方法为：
16.将受到地铁杂散电流侵入的各个变电站中的输电元件简化为直流电阻，按照变电站之间的电气连接结构建立计算模型；其中输电元件包括架空线路、变压器和电缆。
17.采用上述优选方案的有益效果为：将电力系统输电结构简化为直流电阻网络，便于分析，提高计算准确率。采用叠加定理，孤立分析杂散电流对系统的影响，排除系统运行对杂散电流侵入问题的影响，并实现快速求解。
18.进一步地，将架空线路简化为直流电阻的具体方法为：
19.按照公式：
[0020][0021]
获取架空线路简化为直流电阻后的阻值r
l
；其中ρ
l
为架空线路的直流电阻率；l
l
为两个变电站之间线路的长度；s
l
为架空线路的横截面积；c为分裂导线的数量；n
l
为架空线路的回路数。
[0022]
进一步地，将变压器简化为直流电阻的具体方法为：
[0023]
按照公式：
[0024][0025]
获取变压器简化为直流电阻后的阻值r
t
；其中r
p
为变压器每相的直流电阻值；n
t
为该变压器所在变电站中具有接地系统的变压器数量。
[0026]
进一步地，将电缆简化为直流电阻的具体方法为：
[0027]
按照公式：
[0028][0029]
获取电缆简化为直流电阻后的阻值rw；其中ρw为电缆的直流电阻率；lw为两个变电站之间电缆的长度；sw为电缆的横截面积；nw为电缆的回路数。
[0030]
进一步地，步骤s3的具体方法为：
[0031]
根据公式：
[0032]
u＝ri
[0033]
获取地铁杂散电流在变压器接地系统处产生的电位u；其中r表示计算模型中的电阻阻值；i表示电力系统变压器的中性点处的电流值。
[0034]
进一步地，步骤s4的具体方法包括以下子步骤：
[0035]
s4-1、在计算模型的中性点处串联入电阻，获取串联入电阻后该中性点的电流值；将串联入的电阻阻值作为自变量，将对应中性点在串联入电阻后的电流值作为变量；
[0036]
s4-2、按照不同的抑制效果，分别针对各个变电站的变压器接地系统处产生的电位，使用粒子群算法初始化各个中性点处的电阻阻值，设置粒子移动速度，记录下粒子单次最优位置以及粒子群单次最优位置；
[0037]
s4-3、重复步骤s4-2，得到m轮寻优结果，将粒子群整体阻值更低的一轮解视为当前最优解，即得到当前与对应变压器相匹配的电阻型防护装置的最优阻值。
[0038]
进一步地，步骤s5的具体方法包括以下子步骤：
[0039]
s5-1、根据当前最优阻值调整对应电阻型防护装置的参数，根据步骤s1中测得的中性点电流数据，挑选出平均电流幅值最大的两个变电站；
[0040]
s5-2、分别在挑选出的两个变电站其中一个对应的电阻型防护装置失效、两个变电站对应的电阻型防护装置均失效的情况下，计算各个变电站的中性点电流；
[0041]
s5-3、若电阻型防护装置未失效的变电站中性点电流均符合《电力变压器技术规范第1部分：通用》所要求的中性点电流标准，则判定测试通过，否则返回步骤s4。
[0042]
采用上述优选方案的有益效果为：对计算结果进行稳定性验证，确保系统在受干扰的情况下仍具有部分系统性防护作用。
附图说明
[0043]
图1为本方法的流程示意图；
[0044]
图2为计算模型示意图。
具体实施方式
[0045]
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
[0046]
如图1所示，该电力系统对地铁杂散电流的系统性防护方法包括以下步骤：
[0047]
s1、获取电力系统变压器的中性点处的电流数据，并根据电流数据筛选出受到地铁杂散电流影响的变电站；
[0048]
s2、将受到地铁杂散电流侵入的各个变电站按照实际输电结构组网，得到计算模型；
[0049]
s3、基于计算模型和电流数据计算出地铁杂散电流在变压器接地系统处产生的电位；
[0050]
s4、基于粒子群算法按照不同的抑制效果，分别针对各个变电站的变压器接地系统处产生的电位，计算出与对应变压器相匹配的电阻型防护装置的当前最优阻值；
[0051]
s5、根据当前最优阻值调整对应电阻型防护装置的参数，并进行电力系统稳定性测试，若测试通过，则将当前最优阻值作为防护参数输出；若测试不通过，返回步骤s4。防护参数输出之后，便将其实际应用在相应的电阻型防护装置中。
[0052]
步骤s1的具体方法为：将电流互感器安装于电力系统变压器的中性点处，对变压器中性点电流进行监控，为了避免偶然性，采集多日地铁运行期间和停运期间的完整数据，若变电站的变压器中性点电流具有周期性且超过《电力变压器技术规范第1部分：通用》所要求的中性点电流标准，则将其归类为受到地铁杂散电流影响的变电站。
[0053]
如图2所示，步骤s2的具体方法为：将受到地铁杂散电流侵入的各个变电站中的输电元件简化为直流电阻，按照变电站之间的电气连接结构建立计算模型；其中输电元件包括架空线路、变压器和电缆。
[0054]
将架空线路简化为直流电阻的具体方法为：按照公式：
[0055][0056]
获取架空线路简化为直流电阻后的阻值r
l
；其中ρ
l
为架空线路的直流电阻率；l
l
为两个变电站之间线路的长度；s
l
为架空线路的横截面积；c为分裂导线的数量；n
l
为架空线路的回路数。
[0057]
将变压器简化为直流电阻的具体方法为：按照公式：
[0058][0059]
获取变压器简化为直流电阻后的阻值r
t
；其中r
p
为变压器每相的直流电阻值；n
t
为该变压器所在变电站中具有接地系统的变压器数量。
[0060]
将电缆简化为直流电阻的具体方法为：按照公式：
[0061][0062]
获取电缆简化为直流电阻后的阻值rw；其中ρw为电缆的直流电阻率；lw为两个变电站之间电缆的长度；sw为电缆的横截面积；nw为电缆的回路数。
[0063]
步骤s3的具体方法为：根据公式：
[0064]
u＝ri
[0065]
获取地铁杂散电流在变压器接地系统处产生的电位u；其中r表示计算模型中的电阻阻值；i表示电力系统变压器的中性点处的电流值。
[0066]
步骤s4的具体方法包括以下子步骤：
[0067]
s4-1、在计算模型的中性点处串联入电阻，获取串联入电阻后该中性点的电流值；将串联入的电阻阻值作为自变量，将对应中性点在串联入电阻后的电流值作为变量，构建粒子群算法的适应性函数；
[0068]
s4-2、按照不同的抑制效果，分别针对各个变电站的变压器接地系统处产生的电位，使用粒子群算法初始化各个中性点处的电阻阻值，设置粒子移动速度，记录下粒子单次最优位置以及粒子群单次最优位置；
[0069]
s4-3、重复步骤s4-2，得到m轮寻优结果，将粒子群整体阻值更低的一轮解视为当前最优解，即得到当前与对应变压器相匹配的电阻型防护装置的最优阻值。
[0070]
步骤s5的具体方法包括以下子步骤：
[0071]
s5-1、根据当前最优阻值调整对应电阻型防护装置的参数，根据步骤s1中测得的中性点电流数据，挑选出平均电流幅值最大的两个变电站；
[0072]
s5-2、分别在挑选出的两个变电站其中一个对应的电阻型防护装置失效、两个变电站对应的电阻型防护装置均失效的情况下，使用公式i”＝y'u计算各个变电站的中性点电流，i”表示部分防护装置完全失效后的各个变电站变压器中性点电流，y'表示部分电阻型防护装置完全失效后的电阻网络，u表示接地系统处的电位；此时的各个变电站中已经设置了当前最优阻值的电阻型防护装置；
[0073]
s5-3、若电阻型防护装置未失效的变电站中性点电流在步骤s5-2的3种情况下均符合《电力变压器技术规范第1部分：通用》所要求的中性点电流标准，则判定测试通过，否则返回步骤s4，改变粒子移动速度重新寻优。
[0074]
在具体实施过程中，步骤s4-1中在计算模型中串联入的电阻本身为电阻型防护装置的简化结果，即电阻的串联位置也为对应电阻型防护装置的接入位置。
[0075]
综上所述，本发明通过实测数据归类受到杂散电流侵入的变电站，基于电力输送结构建立计算模型并使用实测数据验证，得到与实际误差较低的计算模型，为分析杂散电流系统性侵入电网提供了基础模型。本发明中使用多源多响应的粒子群算法，对杂散电流在多个变电站添加防护下的响应进行计算，得到适合的系统性防护方案，为杂散电流系统性侵入电网的问题提供了解决方法，提高了输电线路运行的可靠性与安全性。