CN101013813A - 中性点非有效接地电网的消弧方法及智能化综合保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明针对现有的消弧产品存在的频率响应特性差、保护效果差的问题，公开了一种中性点非有效接地电网的消弧方法及智能化综合保护装置，其中消弧支路由三只单相高压开关串联大容量电抗器组成，它们均受控于微机控制器。当检测到系统发生单相弧光接地时，装置的保护动作分为二步，第一步：微机控制器驱动故障相的开关闭合，将一具有小电感大容量的电抗器短时并接于故障相与地之间，钳制住故障相的电压，并旁路故障电流，实现电压法消弧；第二步：在保护恢复时，微机控制器驱动消谐继电器JX短时动作，保证系统从单相接地恢复正常电压时不产生谐振，具有方法简单可靠，装置性价比高，维护方便的优点。
Description
技术领域
本发明涉及电网消弧方法及其保护装置，尤其是一种电力系统中的中性点非有效接地电网使用的一种消弧及保护装置，具体地说是一种中性点非有效接地电网的消弧方法及智能化综合保护装置。
背景技术
目前，我国3～35kV配电网，绝大多数采用中性点非有效接地方式。随着城网和农网的大规模技术改造，越来越多的配电网实现了电缆化，接地电容电流也随之大幅度的增长。在城网10kV系统，与相同长度的架空线路相比，电缆线路的电容电流大25倍(三芯电缆)～50倍(单芯电缆)，以至发生单相弧光接地故障时，故障点的电弧难以熄灭，并产生高达相电压3.5～4.76倍的过电压，威胁系统的绝缘脆弱的设备，引起连锁事故。
目前国内针对此类故障的保护有：消弧线圈和消弧装置两类产品。
消弧线圈的保护原理主要是：将电网的中性点经消弧线圈接地，用消弧线圈产生的电感电流补偿接地电容电流，以至熄弧。但是消弧线圈仅能补偿工频的电容电流，对高频电流不能补偿。而在电缆电路中，高频震荡电流幅值大衰减慢，且远大于工频电流，在工频电流过零时仍有很大的幅值，所以在电缆线路中消弧线圈往往不能熄弧。并且消弧线圈结构复杂，投资大，不能适应电网运行方式的多样性，可靠性差。
国内具有代表性消弧装置目前有两种：
一种是将弧光接地转化为金属接地，使电弧过零熄灭后无法达到其恢复电压，以至熄弧。这种方法首先将使回路中开关的触点受到电容放电电流的冲击，造成触点燃弧烧蚀；在保护动作恢复时，又给系统造成大的电压扰动，极易引发谐振；更为严重的是，一旦保护动作投错相，将引起相间短路，造成更恶劣的事故。
另一种消弧装置将弧光接地转化为通过氧化锌压敏电阻接地，限制故障点的电压约为0.5倍的相电压，以达到熄弧目的。但实践证明在10kV系统中，该消弧装置只对5A以下的电容电流有熄弧作用，一旦电容电流大于5A，故障点的电压为0.5倍的相电压时则无法熄弧。而一般单独配网的电容电流都远远超过5A，换言之，这种消弧装置根本不能消弧，并且氧化锌压敏电阻的能容量有限，长期通流将引起能量击穿而损坏。
上述的所有消弧产品还存在一个共有缺陷：频率响应特性差，对故障产生之初的高频电压和高频电流不响应(保护拒动)，即对电缆线路根本不能提供有效的保护。
发明内容
本发明的目的是针对现有的消弧产品存在的频率响应特性差、保护效果差的问题，发明一种频率响应特性好，在单相接地故障发生的初期(过渡过程中)，保护能够立即动作，并能消谐重新启动的中性点非有效接地电网的消弧方法及智能化综合保护装置。
本发明的技术方案是：
一种中性点非有效接地电网的消弧方法，其特征是利用微机控制器实时采集电网的三相电压、零序电压和零序电流值并与微机控制器中存储的设定值进行比较，当系统中中任一相发生单相弧光接地故障时，其三相电压、零序电压和零序电流值瞬间发生变化，微机控制器感应到这一变化后立即驱动与相应故障相相连的单相高压开关闭合，将一具有小电感大容量的电抗器并接于故障相与地之间，钳制住故障相的电压，并旁路故障电流，所述的单相高压开关在微机控制器控制下延时后即断开并恢复供电从而完成消弧过程。
为了提高消弧质量，可在消弧结束恢复供电前首先由所述的微机控制器驱动一与其相连的消谐继电器动作后再使故障相恢复至正常电压，以保证系统恢复时不产生谐振。
与上述方法相配套的智能化综合保护装置主要由三只单相高压开关、大容量电抗器L、电流互感器CT、采集三相电压和零序电压的电压互感器TV和微机控制器组成，系统母线的三相电源线分别与三个单相高压开关的常开主触点ZA1、ZB1、ZC1的上触头对应相连，三个单相高压开关的常开主触点ZA1、ZB1、ZC1的下触头相互连接在一起后与大容量电抗器L的一端相连，大容量电抗器L的另一端穿过电流互感器CT的一次绕组后接地，电流互感器CT的二次绕组接微机控制器的模拟量输入端；三个单相高压开关的线包ZA、ZB、ZC分别接微机控制的对应输出端，采集三相电压和零序电压的电压互感器TV连接在系统母线三相电源线和微机控制器的对应采样输入端之间。
所述的电压互感器TV为一采用三相五柱接法的电压互感器，其三相一次绕组的一端采用Y型接法连接在三相电源线和地之间，电压互感器TV的六个二次绕组中的三个绕组采用Y型接法连接在微机控制器的相电压采样输入端和地之间，另外三个二次绕组采用开口三角形接法连接在微机控制器的零序电压输入端和地之间，在微机控制器的控制输出端和电源之间接有消谐继电器线包JX，消谐继电器的常开触点JX1串接消谐电阻R后跨接在电压互感器TV中采用开口三角形接法的绕组开口处。
本发明具有以下优点：
一、具有较好的频率响应特性，保证在接地瞬间的高频震荡过程和稳态过程中都能够准确采样、判断和动作，能够对电缆线路实施有效的保护。
二、消弧迅速、可靠，并对接地电流有一定的阻尼作用，保护系统免受电容放电或短路电流的冲击。
三、有利于选线的准确性。
四、保护动作较平缓，保护恢复时不产生谐振。
五、装置结构简单、体积小、性价比高、运行维护方便。
附图说明
图1是本发明的电原理示意图。
图2是微机控制器原理结构框图。
具体实施方式
下面结构附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示。
一种中性点非有效接地电网的消弧方法，利用微机控制器实时采集三相电压、零序电压和零序电流值并与微机控制器中存储的设定值进行比较，当三相中任一相发生单相弧光接地故障时，该相的相电压、零序电压和零序电流值瞬间发生变化，微机控制器感应到这一变化后立即驱动与相应故障相相连的单相高压开关闭合，将一具有小电感大容量的电抗器并接于故障相与地之间，钳制住故障相的电压，实现电压法消弧，所述的单相高压开关在微机控制器的控制下延时(可在1-30秒之间设定)断开后即可恢复供电；其中的电抗器同时还可起到旁路故障点的电流的作用，有利于故障点的绝缘恢复，此外，该电抗器还对故障电流有一定的阻尼作用，保护回路中的电器设备免受线路电容放电的冲击；消弧结束恢复供电前首先由所述的微机控制器驱动一与其相连的消谐继电器动作后再使故障相恢复至正常电压，以保证系统恢复时不产生谐振。
与上述方法相配的中性点非有效接地电网的消弧智能化综合保护装置，主要由三只单相高压开关、大容量电抗器L、电流互感器CT、采集三相电压和零序电压的电压互感器TV和微机控制器(可采用现有单片机及其外围电路制成，如图2所示)组成，系统母线的三相电源线分别与三个单相高压开关的常开主触点ZA1、ZB1、ZC1的上触头对应相连，三个单相高压开关的常开主触点ZA1、ZB1、ZC1的下触头相互连接在一起后与大容量电抗器L的一端相连，大容量电抗器L的另一端穿过电流互感器CT的一次绕组后接地，电流互感器CT的二次绕组接微机控制器的模拟量输入端；三个单相高压开关的线包ZA、ZB、ZC分别接微机控制的对应输出端，采集三相电压和零序电压的电压互感器TV连接在系统母线三相电源线和微机控制器的对应采样输入端之间。电压互感器TV为一采用三相五柱接法的电压互感器，其三相一次绕组的一端采用Y型接法连接在三相电源线和地之间，电压互感器TV的六个二次绕组中的三个绕组采用Y型接连接在微机控制器的相电压采样输入端和地之间，另外三个二次绕组采用开口三角形接法连接在微机控制器的零序电压输入端和地之间，在微机控制器的控制输出端和电源之间接有消谐继电器线包JX，消谐继电器的常开触点JX1串接消谐电阻R后跨接在电压互感器TV中采用开口三角形接法的绕组开口处。
本发明的工作过程为：
当系统正常运行时，三只高压开关均处于分断状态，装置不对系统产生任何影响；微机控制器始终监测系统的三相电压、零序电压和零序电流，一旦判断系统发生单相弧光接地，微机控制器立即驱动装置的保护动作分为二步：
第一步，闭合故障相的高压开关，将小电感大容量的电抗器并接于故障相，其作用如下：1)将故障点电压钳制得很低，破坏电弧重燃的条件，达到迅速消弧的目的；2)旁路故障点的电流，有利于故障点的绝缘恢复，并对其有一定的阻尼作用，保护回路中的电器设备免受线路电容放电的冲击；3)基本上不影响电容电流的基波，有利于选线的准确性。高压开关延时后(可为1-30秒)自动断开，恢复供电。
第二步，在保护恢复时，微机控制器驱动消谐继电器JX短时动作，保证系统从单相接地恢复正常电压时不产生谐振。
Claims (4)
1、一种中性点非有效接地电网的消弧方法，其特征是利用微机控制器实时采集电网的三相电压、零序电压和零序电流值并与微机控制器中存储的设定值进行比较，当系统中任一相发生单相弧光接地故障时，其三相电压、零序电压和零序电流值瞬间发生变化，微机控制器感应到这一变化后立即驱动与相应故障相相连的单相高压开关闭合，将一具有小电感大容量的电抗器并接于故障相与地之间，钳制住故障相的电压，并旁路故障电流，所述的单相高压开关延时后即断开，并恢复供电从而完成消弧过程。
2、根据权利要求一所述的中性点非有效接地电网的消弧方法，其特征是在消弧结束恢复供电前首先由所述的微机控制器驱动一与其相连的消谐继电器动作后再使故障相恢复至正常电压，以保证系统恢复时不产生谐振。
3、一种实现权利要求1所述的方法的智能化综合保护装置，其特征是它主要由三只单相高压开关、大容量电抗器L、电流互感器CT、采集三相电压和零序电压的电压互感器TV和微机控制器组成，系统母线的三相电源线分别与三个单相高压开关的常开主触点ZA1、ZB1、ZC1的上触头对应相连，三个单相高压开关的常开主触点ZA1、ZB1、ZC1的下触头相互连接在一起后与大容量电抗器L的一端相连，大容量电抗器L的另一端穿过电流互感器CT的一次绕组后接地，电流互感器CT的二次绕组接微机控制器的模拟量输入端；三个单相高压开关的线包ZA、ZB、ZC分别接微机控制的对应输出端，采集三相电压和零序电压的电压互感器TV连接在系统母线三相电源线和微机控制器的对应采样输入端之间。
4、根据权利要求3所述的中性点非有效接地电网的智能化综合保护装置，其特征是所述的电压互感器TV为一采用三相五柱接法的电压互感器，其三相一次绕组的一端采用Y型接法连接在三相电源线和地之间，电压互感器TV的六个二次绕组中的三个绕组采用Y型接法连接在微机控制器的相电压采样输入端和地之间，另外三个二次绕组采用开口三角形接法连接在微机控制器的零序电压输入端和地之间，在微机控制器的控制输出端和电源之间接有消谐继电器线包JX，消谐继电器的常开触点JX1串接消谐电阻R后跨接在电压互感器TV中采用开口三角形接法的绕组开口处。
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