CN203850813U - 适用于12～45 kV电网的抑制过电压综合保护装置 - Google Patents
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Abstract
适用于12～45kV电网的抑制过电压综合保护装置，包括单相真空断路器K0和自备隔离开关KL的三相复合式真空断路器KA及智能控制器ZK，单相真空断路器K0的上端连接电网的电压互感器的中性点“O”，下端连接变电站接地网的接地电阻r，三相复合式真空断路器KA上端连接电站三相母线，下端经过其自备的隔离开关KL和电抗器XL与电站接地网的接地电阻r连接，智能控制器ZK、输入电压互感器PT和电流互感器CT的二次侧讯号，通过分析，发出相关的动作指令；隔离开关KL和电抗器XL并联；单相真空断路器K0为常闭式断口。本实用新型具有：1、可抑制电压互感器铁磁谐振过电压；2、还可抑制单相电弧接地过电压；3、自动切除单相永久接地故障线路三项功能。
Description
技术领域
本实用新型涉及适用于12～45kV电网的抑制过电压综合保护装置，该保护装置具有：1、可抑制电压互感器铁磁谐振过电压；2、还可抑制单相电弧接地过电压；3、自动切除单相永久接地故障线路三项功能。
背景技术
现有技术中，我国高压配网中的电源变压器采取中性点不接地的运行方式。
上述运行方式存在着如下三方面必需解决的问题：
1、电磁式电压互感器引起的铁磁谐振的抑制；
2、单相接地电弧的快速熄灭，抑制过电压；
3、永久性单相接地的故障线路的自动切除。
12～45kV电网系统运行时,电磁式电压互感器高压绕组的中性点直接接地，在正常运行情况下，其励磁电感与三相导线的对地电容之间构成零序铁磁谐振回路，电网中不可避免的电压扰动会在此回路之间激发分频、工频或者高频谐振过电压和过电流，造成线路绝缘的损坏、互感器本身及其串接熔丝的烧毁事故。
现有的主要抑制电压互感器铁磁谐振方法是：在互感器高压绕组的中性点与大地之间接入一个高值阻尼电阻或者一个同类型的单相电压互感器。
但是上述抑制电压互感器铁磁谐振方法并不能起到完全消谐作用，事故仍然时有发生。
我国许多地区的雷电活动十分强烈，线路绝缘子表面的单相雷闪事故时有发生，形成单相电弧接地故障。
在配网中，紧随雷闪故障通道的乃是全部用户出线的对地电容(工频)电流IC，当出线较多、较长而致IC达到10A以上时，工频闪络电弧不能自熄而成为需要尽快切除的单相永久性接地故障。
为将单相接地电流限至10A以下，以保证电弧的快速自熄和电网的恢复正常运行，目前普遍采用结构复杂的消弧线圈补偿装置以转移故障点的电容电流，为此还需增设一台与此线圈相同容量的三相接地变压器、不停顿地测量电网的电容电流，以及设置一套复杂的调节控制装置，所有这些都将占用相当大的空间位置，花费十分高昂，一台35kV、50A的消弧装置的价格约在30万元以上。
在永久性单相接地情况，正确和快速地判定故障发生在多条出线中的哪一条上，进而予以快速解决，乃是一项困难的任务，目前配电系统采用的若干比较复杂的解决办法尚未达到满意的效果。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供适用于12～45kV电网的抑制过电压综合保护装置，该保护装置具有：1、抑制电压互感器铁磁谐振过电压；2、熄灭单相接地电弧，抑制过电压；3、自动切除单相永久性接地故障三项功能。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
适用于12～45kV电网的抑制过电压综合保护装置，包括单相真空断路器K0和自备隔离开关KL的三相复合式真空断路器KA及智能控制器ZK，所述单相真空断路器K0的上端连接电网的电压互感器的中性点“O”，下端连接变电站接地网的接地电阻r，所述三相复合式真空断路器KA上端连接电站三相母线，下端经过其自备的隔离开关KL和电抗器XL与电站接地网的接地电阻r连接，所述三相复合式真空断路器KA还与电抗器XL连接，所述智能控制器ZK、输入电压互感器PT和电流互感器CT的二次侧讯号，通过分析，发出相关的动作指令。
所述三相复合式真空断路器KA自备的隔离开关KL和电抗器XL并联。
所述单相真空断路器K0为常闭式断口。
所述三相复合式真空断路器KA为常开式断口。
所述三相复合式真空断路器KA中自备的隔离开关KL为常闭式断口。
本实用新型采用上述技术方案后，可以达到以下有益效果：
1、结构简单，可靠性高
本实用新型与现有抑制过电压设备相比，结构简单，且采用新的抑制过电压机理和熄弧机理，对电压互感器电磁谐振过电压用断路器断开了谐振回路，从根本上消除谐振，抑制过电压；对单相电弧接地的故障采用同相异地接地方式使电弧分流，消除电弧产生的条件，可靠熄弧，抑制单相电弧接地过电压。可靠性高。
本实用新型的动作是根据电网的不同故障，由一台智能控制器采集故障讯号，分析处理后发出动作指令，排除故障，限制过电压，保护电网安全。
2、综合功能强，经济效益显著
本实用新型集抑制电压互感器铁磁谐振过电压、熄灭单相电弧接地故障，抑制过电压和切断永久性单相接地故障三大功能于一体，综合功能强，加之结构简单，经济效益显著。
本实用新型的成本价约1.5万元,与消弧线圈系统相比价格只有1/10～1/15，具有明显的技术经济优越性。
3、提高了电网的稳定性，确保电网的安全运行
本实用新型由于抑制了过电压，供电站相关设备及用户端的电器设备免受过电压的破坏，提高了设备的可靠性和电网的稳定性，确保电网的安全运行和配电电网的用电质量。
附图说明
图1为抑制电压互感器铁磁谐振消谐方式接线方式示意图；
图2为n条出线中出线1单相电弧接地的消弧接线原理图；
图3为本实用新型的综合接线图；
图4为A相接地时的各相对地电压和零序电压的曲线图；
图5为A相接地时的工作原理图；
图6为自备隔离开关分相动作的三相复合式真空断路器的结构图；
图7为智能控制器动作方框示意图。
附图标记说明
在图1中
K0、单相真空断路器 r、电站接地网的接地电阻；
在图2中
KA、复合式真空断路器 r、电站接地网的接地电阻Ir、电站接地网的接地电流 R、弧道与杆塔接地电阻之和 IR、工频接地电流 Ic、n条用户出线的对地电容电流之和；
在图3中
O、电压互感器高压线圈中性点 KA、自备隔离开关分相动作三相复合式真空断路器 Ko、单相真空断路器 KL、隔离开关 XL、电抗器 r、电站接地网的接地电阻；
在图4中
UA、A相对地电压 UB、B相对地电压 UC、C相对地电压Uo、零序电压 E、电源相电势；
在图5中
r、接地电阻 re、电弧电阻；
在图6中
1、上端盖 2、绝缘杆 3、真空灭弧管 4、下端盖 5、软连接 6、触头弹簧 7、电动隔离开关 8、操作绝缘杆 9、单线圈永磁机构 10、底架 101、底座 11、分闸弹簧；
在图7中
PT、电压互感器 CT、电流互感器 ZK、智能控制器。
具体实施方式
下面结合附图及具体实例对本实用新型作进一步详细说明：
参见图1
图1为抑制电压互感器铁磁谐振消谐方式接线方式示意图。在图1中，变电站电网中增设的单相真空断路器K0的一侧与互感器高压绕组中性点O连接，另一侧与电站接地网的接地电阻r连接。
所述单相真空断路器K0为常闭式断口。
电网运行时，PT高压绕组的中性点直接接地，在正常运行情况下，其励磁电感与三相导线的对地电容之间构成零序铁磁谐振回路，电网中产生的瞬间电压扰动会在此回路之间激发起分频、工频或者高频谐振过电压和过电流，造成线路绝缘的损坏、互感器本身及其串接熔丝的烧毁事故。现有的主要抑制方法是在互感器高压绕组的中性点与大地之间接入一个高值阻尼电阻或者一个同类型的单相互感器，但是并不能起到完全消谐作用，事故仍然时有发生。
破坏谐振回路消除谐振的最有效途径是在电压互感器PT的高压绕组中性点与变电站地网的接地电阻r之间接入一个常闭的单相真空断路器K0，当发生一定大小的零序电压(PT开三角电压)时，智能控制器ZK向单相真空断路器K0发出快速分闸和稍后重合指令，分闸使得谐振回路不再存在而立即消谐，稍后的重合则使电压互感器PT和电网恢复正常运行。
具体的三相消谐接线原理图如图1所示，其中同时画出了电压互感器PT的三相低压绕组和开三角绕组。
参见图2
图2为n条出线中出线1的A相电弧接地的消弧接线原理图。在图2中，变电站电网中增设分相动作三相复合式真空断路器KA的上端与电网三相母线连接，下端与电站接地网的接地电阻的接地电阻r连接。
在配网线路中，由于雷电活动等多种原因，线路绝缘子表面的单相闪络事故时有发生，其最大的工频接地电流IR乃是全部n条用户出线的对地电容电流之和IC，并受弧道与杆塔接地电阻之和R的限制。
运行经验表明，当出线较多、较长而致n条用户出线的对地电容电流之和IC达到10A以上时，工频闪络电弧将不能自熄而成为需要尽快切除的单相永久性接地故障。
现有技术中，为将工频接地电流IR限至10A以下，以保证电弧的快速自熄和电网的恢复正常运行，目前普遍采用结构复杂的自动调整消弧线圈补偿装置(接在配网中性点与地网之间)，以使通过故障点的对地电容电流之和IC被充分地分流转移而自动灭弧；与此同时，需要增设一台与消弧线圈相同容量的接地变压器以提供一个人工中性点，并需不停顿地测定全网经常变动的n条用户出线的对地电容电流之和IC，以及为此设置一套复杂的调节控制装置等等，所有这些花费高昂，一台35kV、50A的消弧装置约在30万元以上，并且占用变电站内相当大的空间地域.本专利提出如下新方案；根据图4的原理，智能控制器ZK分析比较后发出指令，三相复合式真空断路器KA的A相闭合，弧道电流IR将基本上被r通道所分流，电弧可以顺利自熄，经短促的时间间隔后，KA跳闸。线路恢复正常运行。
参见图3
图3为本实用新型的综合接线图。在图3中，单相真空断路器K0上端与电压互感器PT的高压绕组中性点O连接，下端与电站接地网的接地电阻r连接。单相真空断路器K0为常闭式断口，当电网发生电压互感器PT铁磁谐振过电压时，按图1的说明动作，消除铁磁谐振，抑制谐振过电压。自备隔离开关分相动作三相复合式真空断路器KA上端接电站三相母线，下端经自备的隔离开关KL和电抗器XL(隔离开关KL与电抗器XL并联)，与电站的接地网的接地电阻r相连，当电网发生单相电弧接地时，按照图2的说明动作，熄灭电弧.如为永久性单相接地，智能控制器ZK按两种方案启动如下程序：
方案A
按照零序电流的固有特征:故障线路的零序电流为其它线路的零序电流的总和,而方向相反。经智能控制器ZK的分析比较，判定故障线路，并发出故障信号，由电站值班人员按相应规程处理。
方案B
智能控制器ZK发出指令，先将隔离开关KL分闸，然后将非故障相的另一相断路器合闸，延时后分闸。
合闸时形成两相串联电抗器XL后，异地接地，产生一相间附加电流。
据此，智能控制器ZK判定故障线路，并发出故障讯号，或指令故障线路的出口保护断路器跳闸切除故障。
参见图4、图5
图4为A相接地时的各相对地电压和零序电压的曲线图；图5为A相接地时的工作原理图。
在图4、图5中，tanα＝Xc0/3R；Xc0:全网每相对地总容抗；R:自然接地电阻与弧道电阻之和；(见图5R＝r+re)UA、UB、UC：A、B、C三相对地电压；U0：零序电压；E：电源相电势；从图4中可以明显看出两点:
1、当A相接地时，A相电压不一定最低，只有在α＞30°,即时,故障相A相的电压才最低；
2、不论R值的大小如何，C相电压总是最高，故可以利用这一点来判定故障相：按A、B、C、A、B、C…顺序来判定，A相接地，C相电压最高；B相接地，A相电压最高,…由此类推。通过电压比较和相序即可确定电网系统的接地相。
参见图6
图6为自备隔离开关分相动作的三相复合式真空断路器的结构图。在图6中，所述三相复合式真空断路器包括设于底架10上的操作绝缘拉杆8及电动隔离开关7，操作绝缘拉杆8由单线圈永磁机构9操动，设于电动隔离开关7上方的真空灭弧室3的下部设有下端盖4，上部设有上端盖1，操作绝缘拉杆8通过触头弹簧6与真空灭弧室3连接，电动隔离开关7为1个(单相).
所述三相复合式真空断路器KA与电抗器XL连接。
所述三相复合式真空断路器KA可分相动作。
所述三相复合式真空断路器KA中自备的隔离开关KL为常闭式断口。
参见图7
图7为智能控制器ZK动作方框示意图。在图7中，智能控制器ZK接收电网系统相关CT、PT的检测电流、电压讯号，按照设定程序对故障讯号进行处理，判定故障特性类型，发出相应的动作程序、指令和讯号。
动作流程：
参见图3说明：
当电网系统发生电压互感器铁磁谐振过电压时，电压互感器低压侧出现开口三角电压，传至智能控制器，经智能控制器分析处理，向单相真空断路器K0发出分闸、尔后合闸指令。
分闸消除铁磁谐振，抑制过电压，合闸使电网继续正常运行。
当电网系统发生单相电弧接地故障时，具体相别根据图4，通过智能控制器ZK判定。断路器KA的故障相关合，稍后即分闸。
关合时将电弧电流大部分分流而致电弧熄灭，抑制电弧过电压，稍后即分闸，使电网继续安全运行。
当电网系统发生单相永久性接地时—即三相复合式真空断路器KA合、分后，仍有单相接地故障电流存在，智能控制器ZK随即启动两套保护方案：
方案A
按照零序电流的固有特征:故障线路的零序电流为其它线路零序电流的总和,而方向相反。
经智能控制器ZK的分析比较，判定故障线路，并发出故障指示讯号，由电站值班人员按相应规程处理。
方案B
智能控制器ZK发出指令，先将隔离开关KL分闸，然后将非故障相的另一相断路器合闸，延时后分闸。合闸时形成两相串联电抗器XL后,异地接地，产生一相间附加电流。
据此，智能控制器ZK即可判定故障线路，并发出故障报警讯号，或指令故障线路的出口保护断路器跳闸切除故障。
本实用新型的其他技术可采用现有技术。
本实用新型的最佳实施例已经阐明，本领域的普通技术人员根据本实用新型做出的进一步拓展，均落入本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.适用于12～45kV电网的抑制过电压综合保护装置，包括单相真空断路器(K0)和自备隔离开关(KL)的三相复合式真空断路器(KA)及智能控制器(ZK)，其特征在于：所述单相真空断路器(K0)的上端连接电网的电压互感器的中性点“O”，下端连接变电站接地网的接地电阻(r)，所述三相复合式真空断路器(KA)上端连接电站三相母线，下端经过其自备的隔离开关(KL)和电抗器(XL)与电站接地网的接地电阻(r)连接，所述智能控制器(ZK)、输入电压互感器(PT)和电流互感器(CT)的二次侧讯号，通过分析，发出相关的动作指令。
2.根据权利要求1所述的适用于12～45kV电网的抑制过电压综合保护装置，其特征在于：所述三相复合式真空断路器KA自备的隔离开关(KL)和电抗器(XL)并联。
3.根据权利要求1所述的适用于12～45kV电网的抑制过电压综合保护装置，其特征在于：所述单相真空断路器(K0)为常闭式断口。
4.根据权利要求1所述的适用于12～45kV电网的抑制过电压综合保护装置，其特征在于：所述三相复合式真空断路器(KA)为常开式断口。
5.根据权利要求1所述的适用于12～45kV电网的抑制过电压综合保护装置，其特征在于：所述三相复合式真空断路器(KA)中自备的隔离开关(KL)为常闭式断口。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140924 Termination date: 20160514 |