CN109274070A - 一种10千伏电压互感器保护系统及保护方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种10千伏电压互感器保护系统及保护方法，该保护系统包括：断路器手车、避雷器手车、避雷器、三只高压电流互感器、四只低压电流互感器和控制模块。通过断路器手车代替现有技术中的熔断器手车，能够在PT发生故障时快速断路，从而及时启动对PT的保护，有利于提高电网的可靠性和安全性。该方法包括：实时采集电压互感器的电气参数和温度信息；根据所述电气参数和温度信息，利用神经元网络算法判断电压互感器当前的运行状态；根据电压互感器当前的运行状态，对电压互感器进行保护。通过该保护方法，能够快速而有针对性地对各种故障进行预防、报警和保护隔离，从而实现对电压互感器的各种保护。

Description

一种10千伏电压互感器保护系统及保护方法

技术领域

本申请涉及电气控制技术领域，特别是涉及一种10千伏电压互感器保护系统及保护方法。

背景技术

在10kV的中性点非有效接地系统中，由于变压器、PT(Potential transformer，电压互感器)以及消弧线圈等设备铁心电感的磁路饱和作用，激发产生持续的较高幅值的铁磁谐振过电压。这种谐振过电压频率往往远低于额定频率，会使铁心处于高度饱和状态，其表现形式可能是相对地电压升高，励磁电流过大或以低频摆动引起绝缘闪络、避雷器炸裂、高值零序电压分量产生、虚幻接地现象出现和不正确的接地指示。严重时还可能诱发保护误动作或在电压互感器中出现过电流引起PT被烧坏。尤其是产品质量有问题的情况下，如绝缘、铁心叠片或绕制工艺不合格时，会导致PT内部短路、放电以及严重过载等现象，从而造成PT内部温度急剧升高、甚至产生大量气体，得不到及时处理，持续下去会导致PT爆炸。因此，对10千伏电压互感器进行保护，是个重要问题。

目前，对10kV电压互感器的保护方法通常包括三种：第一种是对10kV PT柜采用熔断器进行保护。第二种是对变电所、线路选配合适的避雷器装置，抑制雷击过电压。例如在进线上装设阀型避雷器，变电所的每一组主母线和分段母线上基本上都装设阀式避雷器，用来保护变压器和电气设备。第三种是在PT柜上加装一次和二次消弧消谐装置，例如：阻尼电阻，用于消除PT柜产生的二次谐波。

然而，目前的三种方法中，第一种方法PT自带的熔断管有一相烧毁时，PT出线半接地端(Y型)断相电压叠加，由剩下的两相承受，承受电压为原来的1.732倍，容易导致电压互感器爆裂。第二种方法中阀型避雷器的基本元件为火花间隙和非线性电阻，这些基本元件对PT的保护作用有限，无法对PT起到较强的保护作用。第三种方法对PT的保护作用也不理想。因此，采用目前的PT保护装置，无法及时启动对PT的保护，导致电力系统的可靠性和安全性不够高。

发明内容

本申请提供了一种10千伏电压互感器保护系统及保护方法，以解决现有技术中的保护装置对电压互感器的保护不够可靠的问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

一种10千伏电压互感器保护系统，所述保护系统设置于二次接线箱柜门处，且嵌入式安装于PT柜内，所述保护系统包括：断路器手车、避雷器手车、避雷器、三只高压电流互感器、四只低压电流互感器和控制模块；

所述三只高压电流互感器的一端与所述电压互感器连接，所述三只高压电流互感器的另一端与断路器手车连接，所述避雷器的一端接地，所述避雷器的另一端与避雷器手车连接，所述断路器手车和避雷器手车还分别与供电母线连接，且所述断路器手车和避雷器手车并联连接，所述电压互感器通过一消谐电阻接地，所述四只低压电流互感器集成于控制模块中，所述电压互感器上还设置有温度探头；

所述控制模块的输入端分别与三只高压电流互感器、四只低压电流互感器以及电压互感器连接，所述控制模块的输出端与断路器手车连接，用于实时采集电压互感器的电气参数和温度信息，并根据所述电气参数和温度信息触发断路器手车进行故障跳闸，所述电气参数包括：一次电流、一次电压、开口三角电压、二次电流以及中性点电流。

可选地，所述控制模块的输出端还与变电站后台系统通信连接。

可选地，所述控制模块包括CPU、继电器单元、开入单元、温度传感器单元、交流单元和电源；

所述继电器单元，用于根据CPU的判断结果，输出接点信号，控制断路器的分合动作；

所述开入单元，用于采集开关位置、断路器手车和避雷器手车的位置以及保护系统的位置信息；

所述温度传感器单元，用于将温度探头所采集的电压互感器的温度信息传输至继电器单元；

所述交流单元，用于采集三只高压电流互感器的电流信号、四只低压电流互感器的电流信号以及电压互感器的电压信号，并将所采集的电流信号和电压信号转换为0-3.3V的模拟量信号；

所述CPU，用于控制开入单元进行数据采集，通过AD转换器对交流单元的模拟量信号进行运算处理，并判断电压互感器的电气参数和温度信息是否超标。

可选地，所述保护系统中还包括人机交互模块，所述人机交互模块中包括显示器和键盘，用于对电压互感器的电气参数和温度信息进行显示，以及用于获取控制指令。

一种10千伏电压互感器保护方法，所述保护方法包括：

实时采集电压互感器的电气参数和温度信息，所述电气参数包括：一次电流、一次电压、开口三角电压、二次电流以及中性点电流；

根据所述电气参数和温度信息，利用神经元网络算法判断电压互感器当前的运行状态；

根据电压互感器当前的运行状态，对电压互感器进行保护。

可选地，所述根据所述电气参数和温度信息，利用神经元网络算法判断电压互感器当前的运行状态，具体为：

根据所述电气参数和温度信息，利用傅式算法判断电压互感器当前的运行状态。

可选地，所述根据电压互感器当前的运行状态，对电压互感器进行保护的保护类型，包括：差动保护、高压侧过电流保护、低压侧过电流保护、过温保护、温度变化率保护、过电压保护和谐振保护。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本申请提供一种10千伏电压互感器保护系统，该保护系统设置于二次接线箱柜门处，且嵌入式安装于PT柜内。该保护系统主要包括断路器手车、避雷器手车、避雷器、三只高压电流互感器、四只低压电流互感器和控制模块六个部分。其中，三只高压电流互感器的一端与电压互感器连接，三只高压电流互感器的另一端与断路器手车连接，避雷器的一端接地，避雷器的另一端与避雷器手车连接，断路器手车和避雷器手车还分别与供电母线连接，且断路器手车和避雷器手车并联连接，电压互感器通过一消谐电阻接地，四只低压电流互感器集成于控制模块中，电压互感器上还设置有温度探头。控制模块的输入端分别与三只高压电流互感器、四只低压电流互感器以及电压互感器连接，控制模块的输出端与断路器手车连接，用于实时采集电压互感器的电气参数和温度信息，并根据电气参数和温度信息触发断路器手车进行故障跳闸。

本申请中利用断路器手车代替现有技术中的熔断器手车，在检测到PT发生故障时能够实现快速断路，有利于减少损失，提高保护系统的可靠性。而且通过断路器手车与控制模块的结合，能够对电压互感器实现全方位的保护，包括：谐振保护、差动保护、过电压保护、过流保护和过温保护等，有利于提高保护系统的可靠性，从而提高电力系统运行的准确性和可靠性。

本申请还提供一种10千伏电压互感器保护方法，该保护方法首先实时采集电压互感器的电气参数和温度信息；然后根据所采集的电气参数和温度信息，利用神经元网络算法判断电压互感器当前的运行状态；最后根据电压互感器当前的运行状态，对电压互感器进行保护。本申请根据反映PT装置特点和故障原因的PT装置的运行参数，并采用神经元网络算法判断电压互感器当前的运行状态，从而有针对性地对各种故障进行预防、报警和保护隔离，从而实现对电压互感器的各种保护，进而有效提高电力系统的可靠性，能够为电网的安全运行提供有力保障。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种10千伏电压互感器保护系统的结构示意图；

图2为采用本申请实施例所提供的一种10千伏电压互感器保护系统后PT柜内部的结构示意图；

图3为本申请实施例中控制模块的连接端子图；

图4为本申请实施例中控制模块的控制原理图；

图5为本申请实施例所提供的一种10千伏电压互感器保护方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

为了更好地理解本申请，下面结合附图来详细解释本申请的实施方式。

实施例一

参见图1，图1为本申请实施例所提供的一种10千伏电压互感器保护系统的结构示意图。由图1可知，本实施例中的10千伏电压互感器保护系统，主要包括：断路器手车、避雷器手车、避雷器、三只高压电流互感器、四只低压电流互感器和控制模块共六部分。其中，高压电流互感器有三只，分别用于检测A、B、C三相PT的高压侧电流，以便于及时发现故障电流，三只高压电流互感器的一端与电压互感器连接，另一端与断路器手车连接。避雷器的一端接地，另一端与避雷器手车连接。断路器手车和避雷器手车还分别与供电母线连接，且断路器手车和避雷器手车并联连接。供电母线通过一电容接地，电压互感器通过一消谐电阻接地，电压互感器上还设置有温度探头，用于检测电压互感器的温度。

低压电流互感器有四只，分别用于检测A、B、C三相PT的低压侧电流，四只低压电流互感器集成于控制模块中。控制模块的输入端分别与三只高压电流互感器、四只低压电流互感器以及电压互感器连接，控制模块的输出端与断路器手车连接，用于实时采集电压互感器的电气参数和温度信息，并根据所采集的电气参数和温度信息触发断路器手车进行故障跳闸，其中电气参数包括：一次电流、一次电压、开口三角电压、二次电流以及中性点电流。

本实施例中电压互感器、高压电流互感器、低压电流互感器以及电压互感器上的温度探头所采集的电气参数与温度信息，即为电压互感器的遥感信号、遥测信号和故障信号，用于判断电压互感器的运行状态。

将本申请中的PT保护系统设置于PT柜中之后，PT柜的内部结构示意图参见图2。本实施例的PT保护系统中利用断路器手车代替熔断器手车，并加装避雷器手车，能够及时采集到一次电流、一次电压、开口三角电压、二次电流以及中性点电流。断路器手车的设置，当电压互感器发生故障时，能够快速、可靠、准确地跳开断路器，实现故障的隔离，从而避免电压互感器发生爆炸。

进一步地，本实施例中控制模块的输出端还与变电站后台系统通信连接，用于将电压互感器的遥感信号、遥测信号以及故障信号传输至变电站后台系统及电力调度系统。

本实施例中控制模块中包括有CPU、继电器单元、开入单元、温度传感器单元、交流单元和电源。不同的部分可以分别设置于多个PCB板上。

具体地，继电器单元用于根据CPU的判断结果，输出接点信号，控制断路器的分合动作，当电压互感器的电气参数和温度信息超标时，进行告警、跳闸、远方合闸以及远方跳闸。具体地，继电器单元包括4个继电器、二极管和光耦。开入单元用于采集开关位置、断路器手车和避雷器手车的位置以及保护系统的位置信息。温度传感器单元，用于将温度探头所采集的电压互感器的温度信息传输至继电器单元。交流单元用于采集三只高压电流互感器的电流信号、四只低压电流互感器的电流信号以及电压互感器的电压信号，并将所采集的电流信号和电压信号转换为0-3.3V的模拟量信号，也就是通过交流单元采集电压互感器高压侧的三路电流信号，电压互感器低压侧的四路电流信号，以及电压互感器低压侧的四路电压信号，并将所采集的电流信号和电压信号转换为0-3.3V的模拟量信号。CPU用于控制开入单元进行数据采集，通过AD转换器对交流单元的模拟量信号进行运算处理，并判断电压互感器的电气参数和温度信息是否超标。

本实施例控制模块中各部分连接关系可以参见图3，图3为本申请实施例中控制模块的连接端子图。其中RELAY为继电器单元，以RELAY继电器为例，继电器单元中包括4组继电器，分别用于动作、告警、跳闸与合闸操作。电源、继电器单元和开关量输出部分可以设置于RELAY这一PCB板上；AC为交流单元，用于电压电流采样处理；CPU用于处理分析采集的数据；DI为开入单元，用于开关量输入部分，温度传感器单元和开关量输入部分可以设置于DI这一PCB板上。

本实施例中控制模块的控制原理详见图4，图4中，TA为电流互感器，TV为电压互感器，ST为温度传感器。由图4可知，TA、TV、ST将电流、电压及温度信号传输至控制模块，本实施例中控制模块的基本工作原理为：控制模块通过CPU判断电压互感器是否处于正常运行或故障状态，驱动继电器单元输出接点信号，从而控制断路器的分合动作。

进一步地，本实施例的PT保护系统中还是包括有人机交互模块，该人机交互模块中包括显示器和键盘，显示器用于对互感器的遥感信号、遥测信号、故障信号、电气参数和温度信息进行显示，键盘用于获取控制指令。

通过本申请中的PT保护系统，能够实时获取PT的运行参数，CPU根据这些运行参数采用神经网络算法，判断PT的实时运行状态，实现对PT的差动速断保护、高压侧过电流保护、低压侧过电流保护、过温保护、温度变化率保护、过电压保护和谐振保护。

实施例二

在图1-图4所示实施例的基础之上参见图5，图5为本申请实施例所提供的一种10千伏电压互感器保护方法的流程示意图。由图5可知，本实施例10千伏电压互感器保护方法，主要包括如下步骤：

S1：实时采集电压互感器的电气参数和温度信息。其中，电气参数包括：一次电流、一次电压、开口三角电压、二次电流以及中性点电流。

温度信息的获取，可以通过在电压互感器上设置一温度探头，通过温度探头采集电压互感器的温度。

S2：根据电气参数和温度信息，利用神经元网络算法判断电压互感器当前的运行状态。

本实施例中的神经元网络算法可以采用傅式算法。本实施例中根据电压互感器的电气参数和温度信息，利用傅式算法判断电压互感器当前运行状态的方法，可以采用现有技术中的傅式算法。

S3：根据电压互感器当前的运行状态，对电压互感器进行保护。

具体地，根据电压互感器当前的运行状态，对电压互感器进行保护的保护类型，包括：差动保护、高压侧过电流保护、低压侧过电流保护、过温保护、温度变化率保护、过电压保护和谐振保护。

本实施例中根据电压互感器当前的运行状态，对电压互感器进行保护的方法，主要是设定各种保护动作启动的阈值，当电压互感器在当前的运行状态中，其运行参数超出设定的阈值时，立即启动相应的保护。

差动保护即差动电流速断保护，主要是在PT的内部差动发生严重故障时，快速切除变压器，当任一相差电流值＞差速断定值时，启动差动保护。

高压侧过流保护，是将高压侧过流元件接于PT高压侧电流互感器二次三相回路中，当任一相电流满足下列条件时，过流元件动作：

任一相高压侧电流值＞动作电流整定值。

低压侧过流保护，是将低压侧过流元件接于PT低压侧电流互感器二次三相回路中，当任一相电流满足下列条件时，过流元件动作：

任一相低压侧电流值＞动作电流整定值。

过温保护，是对PT的三相温度进行测量，并与常温进行比较。当PT故障或异常时，超温越限，启动过温保护动作或告警。即：任一相PT温度值＞过温保护整定值时，启动过温保护。

温度变化率保护TC"2.7零序过流告警和跳闸保护"\fC\l"3"，也是对PT三相温度进行测量，当PT故障或异常时，温度上升过快并且超温度变化率定值时，启动温度变化率保护动作或告警。即：当温度变化率＞温度变化率保护整定值时，启动温度变化率保护。

谐振保护，是将PT的开口三角电压分解为17Hz、25Hz、50Hz、150Hz四种频率的电压分量，可以区分过电压、铁磁谐振及单相接地，并跳闸或告警。具体地，50Hz谐波电压为正常电压，17Hz谐波电压＞17Hz谐波电压保护整定值，或25Hz谐波电压＞25Hz谐波电压保护整定值，或150Hz谐波电压＞150Hz谐波电压保护整定值时，启动谐振保护。

根据铁磁谐振特点，本实施将谐振保护作为PT保护的主保护，在非有效接地系统中，非线性电感元件和电容元件组成的振荡回路。回路线性状态时自振频率小于某次低频谐振频率，当铁芯饱和而电感减小时，回路自振频率增加到恰好等于某次低频的谐振频率；振荡回路中损耗足够小，所以谐振实际发生在系统空载或轻载。而PT工作过程中就处于容易发生谐振的轻载状态，本申请的保护方法能够对电压互感器及时提供有效的谐振保护。

该实施例未详细描述的部分，可以参照图1-图4所示的实施例一，两个实施例之间可以互相参照，在此不再赘述。

综上所述，本实施例根据反映PT装置特点和故障原因的PT装置的运行参数，并采用神经元网络算法判断电压互感器当前的运行状态，能够有针对性地对各种故障进行预防、报警和保护隔离，从而实现对电压互感器的各种保护，进而有效提高电力系统的可靠性，能够为电网的安全运行提供有力保障。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种10千伏电压互感器保护系统，所述保护系统设置于二次接线箱柜门处，且嵌入式安装于PT柜内，其特征在于，所述保护系统包括：断路器手车、避雷器手车、避雷器、三只高压电流互感器、四只低压电流互感器和控制模块；

所述三只高压电流互感器的一端与所述电压互感器连接，所述三只高压电流互感器的另一端与断路器手车连接，所述避雷器的一端接地，所述避雷器的另一端与避雷器手车连接，所述断路器手车和避雷器手车还分别与供电母线连接，且所述断路器手车和避雷器手车并联连接，所述电压互感器通过一消谐电阻接地，所述四只低压电流互感器集成于控制模块中，所述电压互感器上还设置有温度探头；

所述控制模块的输入端分别与三只高压电流互感器、四只低压电流互感器以及电压互感器连接，所述控制模块的输出端与断路器手车连接，用于实时采集电压互感器的电气参数和温度信息，并根据所述电气参数和温度信息触发断路器手车进行故障跳闸，所述电气参数包括：一次电流、一次电压、开口三角电压、二次电流以及中性点电流。

2.根据权利要求1所述的一种10千伏电压互感器保护系统，其特征在于，所述控制模块的输出端还与变电站后台系统通信连接。

3.根据权利要求1所述的一种10千伏电压互感器保护系统，其特征在于，所述控制模块包括CPU、继电器单元、开入单元、温度传感器单元、交流单元和电源；

所述继电器单元，用于根据CPU的判断结果，输出接点信号，控制断路器的分合动作；

所述开入单元，用于采集开关位置、断路器手车和避雷器手车的位置以及保护系统的位置信息；

所述温度传感器单元，用于将温度探头所采集的电压互感器的温度信息传输至继电器单元；

所述交流单元，用于采集三只高压电流互感器的电流信号、四只低压电流互感器的电流信号以及电压互感器的电压信号，并将所采集的电流信号和电压信号转换为0-3.3V的模拟量信号；

所述CPU，用于控制开入单元进行数据采集，通过AD转换器对交流单元的模拟量信号进行运算处理，并判断电压互感器的电气参数和温度信息是否超标。

4.根据权利要求1-3中任一所述的一种10千伏电压互感器保护系统，其特征在于，所述保护系统中还包括人机交互模块，所述人机交互模块中包括显示器和键盘，用于对电压互感器的电气参数和温度信息进行显示，以及用于获取控制指令。

5.一种10千伏电压互感器保护方法，其特征在于，所述保护方法包括：

实时采集电压互感器的电气参数和温度信息，所述电气参数包括：一次电流、一次电压、开口三角电压、二次电流以及中性点电流；

根据所述电气参数和温度信息，利用神经元网络算法判断电压互感器当前的运行状态；

根据电压互感器当前的运行状态，对电压互感器进行保护。

6.根据权利要求5所述的一种10千伏电压互感器保护方法，其特征在于，所述根据所述电气参数和温度信息，利用神经元网络算法判断电压互感器当前的运行状态，具体为：

根据所述电气参数和温度信息，利用傅式算法判断电压互感器当前的运行状态。

7.根据权利要求5所述的一种10千伏电压互感器保护方法，其特征在于，所述根据电压互感器当前的运行状态，对电压互感器进行保护的保护类型，包括：差动保护、高压侧过电流保护、低压侧过电流保护、过温保护、温度变化率保护、过电压保护和谐振保护。