低励磁阻抗变压器接地保护装置和方法与流程

本发明涉及低励磁阻抗变压器接地保护装置和方法，尤其涉及信号注入的低励磁阻抗变压器接地保护装置和方法。

背景技术：

目前配网故障隔离技术中馈线自动化有两种实现方式：当地控制方式和远方控制方式。当地控制方式又叫电压型实现方式，通过重合器来实现，馈线失电压时开关跳开，然后依时间延时顺序试合分段开关，最后确定故障区段再隔离故障并恢复非故障区供电。远方控制方式，又叫电流型实现方式，通过负荷开关、FTU加主站系统来实现。由FTU检测电流以判别故障，故障信息传送到主站，由主站确定故障区段，然后由主站系统发遥控命令控制开关动作，完成故障隔离并恢复非故障区供电。对于配电网单相接地故障定位技术，目前配电网故障定位主要方法按原理可以分为：阻抗法、行波法、S注入法、“故障指示器”、故障分析法。在法国，小电阻接地系统的架空网和架空电缆混合网中，变电站中压母线装设分流断路器，发生单相接地故障时，将故障相250ms瞬时接地，进行灭弧(能够消除90％的瞬间故障)，不影响用户用电，之后再启动出线保护，三次重合闸(一快二慢，快速0.3-0.5S,慢速15-30S)。

电力系统是国民经济的基础产业，随着经济的发展，电力系统的规模不断扩大，人们对供电服务、电能质量的要求越来越高。为此我国提出了建设智能电网的总体目标，智能电网由智能输电网和智能配电网组成，十二五规划对智能配电网提出了安全可靠、优质高效、灵活互动的三大目标，其核心内容之一是使配电网具有更高的供电可靠性，具有自愈(重构)功能，最大限度减少供电故障对用户的影响。

据统计，电力用户遭受的停电事故95％以上是由于配电系统原因造成的，而配电系统故障80％是单相接地故障。单相接地故障易产生电弧、过电压，引起相间短路跳闸、设备损坏，如何使配电网单相接地故障得到有效处理，做到故障点不产生电弧，不发生间歇性持续过电压，不发生单相接地电弧造成相间短路事故，特别是现阶段配电系统分支线多、线路结构复杂，在发生故障时一般仅出线断路器跳闸，即使在主干线上用开关分段，也只能隔离有限的几段，并且要找出具体故障位置往往需耗费大量人力、物力和时间是，及时准确地确定接地线路和故障点，对于配电网的供电可靠性、安全性具有十分重要意义。

目前配电网运行环境复杂，在发生设备故障后给线路巡视工作带来了难处。现在采用发生故障人工巡线的方法查找故障，每次查找和排除故障至少需要几个小时时间。故障查找在中国虽研究较多，也有各种成型产品提供，但基本上都需人工现场查找，自动化水平不高。而且目前“三集五大”后，变电运检中心运行人员不足，设备管理无法满足日益增长的配电线路运行的需要。因此在配电线路运行管理上需要利用新技术来切实解决以上矛盾，利用先进的科技手段帮助运行、检修人员迅速赶赴现场，排除故障，恢复正常供电，提高供电可靠性，同时提高工作效率。配网故障自动定位隔离及在线监测系统的应用将切实解决以上问题。目前的配电网的故障定位以及故障自动复归技术主要的是采用单频信号注入的方法进行，该方法检测方法复杂，准确度低。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供低励磁阻抗变压器接地保护装置和方法，将该技术应用于单相接地故障定位隔离系统，使系统准确度提高，可以实现分界断路器的就地判断，使系统故障定位检测方法更加简单，有效进行故障点定位。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：低励磁阻抗变压器接地保护装置，包括单相断路器、低励磁阻抗变压器、单相接地保护控制单元和信号发生器，单相断路器一端与变电站母线相连，低励磁阻抗变压器包括三个线圈，分别为一次线圈、副二次线圈和主二次线圈，其中一次线圈一端与单相接地断路器连接，另一端与接地网相连；副二次线圈与单相接地保护控制单元连接；主二次线圈与信号发生器相连接，所述信号发生器的控制端与单相接地保护控制单元的输出端相连，所述的信号发生器为能产生二种频率的信号发生器，所述单相接地保护控制单元包括用于存储控制指令的存储单元，和在单相断路器合闸后给信号发生器发出产生二种频率的控制指令的处理器单元，所述信号发生器包括根据单相接地保护控制单元的输出端发出的控制指产生二种频率的处理命令的处理器单元。

基于以上技术问题，本发明进一步的改进方案是：所述的信号发生器所产生的第二种频率为高频信号。

基于以上技术问题，本发明进一步的改进方案是：所述单相接地保护控制单元包括接地选相控制单元，所述接地选相控制单元包括第一频率滤波电路和第一检测电路，第一频率滤波电路产生的滤波信号输出至第一检测电路，所述第一频率滤波电路为两种频率的滤波电路滤波电路，所述接地选相控制单元还包括根据检测输出结果运算系统接地阻抗的运算单元和根据运算结果控制单相断路器分闸的控制单元。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：低励磁阻抗变压器接地保护方法，运用单相断路器控制低励磁阻抗变压器与变电站母线的连接，当发生单相接地故障时，控制相应相别单相接地断路器快速合闸，强迫故障相对地等电位，利用信号发生器向低励磁阻抗变压器注入频率信号，运用单相接地保护控制单元的接地选相控制单元测取低励磁阻抗变压器采样线圈的电压、电流信号实现接地故障相阻抗测量，所述信号发生器根据单相接地保护控制单元发出的控制指令，向低励磁阻抗变压器注入二种频率信号。

基于以上技术问题，本发明进一步的改进方案是：所述的信号发生器还向低励磁阻抗变压器注入高频信号。

基于以上技术问题，本发明进一步的改进方案是：所述的单相接地保护控制单元运用接地选相控制单元进行接地故障相阻抗测量，所述接地选相控制单元还运用第一频率滤波电路和第一检测电路进行滤波和检测，所述第一频率滤波电路为两种频率的滤波电路滤波电路，所述接地选相控制单元还根据检测输出结果运算系统接地阻抗，根据运算结果控制单相断路器分闸，实现单相接地故障自动复归。

本发明的有益效果是：通过信号发生器产生第二种频率，基于两种频率状态下的信号比值可以精确的反应故障点和非故障点，使系统准确度提高，可以实现分界断路器的就地判断，使系统故障定位检测方法更加简单，通过故障指示器有效进行故障点定位。

第二种频率为高频信号，使增加测量精度。

采用第二种频率进行故障自动复归判断，提高准确度。

附图说明

图1是本发明单相接地故障检测方法电路原理图；

图2是本发明具体实施例低励磁阻抗变压器接地保护装置等效电路原理图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，为本发明单相接地故障检测方法电路原理图，经低励磁阻抗变压器注入双频特征信号的单相接地故障检测原理如下：当发生单相接地故障时，低励磁阻抗变压器接地装置动作，在故障相实施并联分流保护。通过低励磁阻抗变压器注入双频检测信号，此时低励磁阻抗变压器为信号电压源，并且检测信号只存在于故障相。

在一种频率作用下有：

I1＝U/Xc1+U/Xc2+U/R

I2＝U/Xc2

其中U为注入信号电压，Xc为线路容抗，R为接地电阻

改变注入信号频率，保持注入信号电压不变，由于容抗与频率成反比，k为两种频率比值，此时：

I11＝k.U/Xc1+k.U/Xc2+U/R

I21＝k.U/Xc2

两种频率测量值进行比值运算：

I11/I1＝(k.U/Xc1+k.U/Xc2+U/R)/(U/Xc1+U/Xc2+U/R)！＝k

I21/I2＝(k.U/Xc2)/(U/Xc2)＝k

非故障回路检测结果同I2。对于非故障检测回路，回路阻抗呈容性，电流比值驱近于K,对于故障检测回路，回路阻抗呈阻性加容性，电流比值小于K,注入信号频率已知的情况下，很容易区分故障回路和故障区段。

经低励磁阻抗变压器注入双频信号的单相接地故障检测方法一方面采用信号电压源避免传统电流源信号注入方法，受分布容抗分流影响，故障回路信号特征不明显；另一方面采用双频信号注入方式，单相接地判定依据为两种频率信号检测值的比值，不受线路性质、地理条件、故障指示器测量精度、安装区间距离等因素影响。

基于上述技术原理，本发明的具体实施方式如下：

如图2所示，低励磁阻抗变压器接地保护装置包括一次接地保护柜和二次控制屏。一次设备包括：单相断路器、低励磁阻抗变压器、零序电流互感器、开关柜体及相关附属配件；二次设备包括控制屏1即单相接地保护控制单元和信号发生器和信号发生器，单相接地保护控制单元包括单相接地选相控制单元、接地选线单元和驱动闭锁单元。是配电网单相接地综合保护装置的核心部分，实现接地选相、选线、故障相阻抗测量等功能。单相断路器2的开关K1、K2、K3一端分别与变电站母线相连，另一端经低励磁阻抗变压器与接地网6连接。系统正常运行时处于分闸状态，是一将故障相与大地强迫等电位的执行元件，且相互之间设有电气与程序闭锁，任何情况下只允许一相断路器合闸。低励磁阻抗变压器3包括三个线圈，分别为一次线圈W1、副二次线圈W2和主二次线圈W3，其中一次线圈W1一端与单相断路器2连接，另一端与接地网6相连；副二次线圈W2与单相接地保护控制单元1连接；用于信号测量；主二次线圈W3与信号发生器4相连接，用于耦合频率信号。所述信号发生器的控制端与单相接地保护控制单元的输出端相连，所述的信号发生器为可产生第二种频率的信号发生器，所述单相接地保护控制单元包括用于存储控制指令的存储单元，和在单相断路器合闸后给信号发生器发出产生二种频率的控制指令的处理器单元，所述信号发生器包括根据单相接地保护控制单元的输出端发出的控制指令产生二种频率的处理命令的处理器单元。所述信号发生器根据单相接地保护控制单元指令，向系统注入二种频率信号，用于故障定位以及故障自动复归。所述二种频率可以根据需要进行设定，也可以选择二种频率都为高频信号。在本实施例中具体的方式是采用第一种频率为75Hz，第二种频率为225Hz,第二种频率信号为高频信号。零序电流互感器5安装在低励磁阻抗变压器与接地网间连线上，用于测量流过低励磁阻抗变压器的接地电流。配电网单相接地保护装置的接地情况，决定了接地保护的效果，装置要求与接地网良好连接，尽量降低接地阻抗。所述接地选相控制单元包括第一频率滤波电路和第一检测电路，第一频率滤波电路产生的滤波信号输出至第一检测电路，所述第一频率滤波电路为两种频率的滤波电路滤波电路，在本实施例中，该滤波电路可采用两个带通滤波器相并联的电路来实现，所述接地选相控制单元还包括根据检测输出结果运算系统接地阻抗的运算单元和根据运算结果控制单相断路器分闸的控制单元。

工作过程

低励磁阻抗变压器接地保护装置实时采集变电所母线相、线电压、零序电压，根据零序电压与线电压的模角变化判断系统有无单相接地故障以及接地相别，当发生单相接地故障时，控制相应相别单相接地断路器(K1、K2、K3)快速合闸，在相应相别单相断路器合闸后，强迫故障相对地等电位，实现熄灭接地电弧，同时对人身感电提供有效保护，避免人身伤害事故发生。当接地性质为间歇性接地时，本装置可将不稳态接地转变为稳态金属接地，避免间歇性过电压的产生。

接地保护选线单元在单相接地断路器动作前后进行录波，根据各线路零序电流在分相断路器合闸前后的变化，采用零序电流特征方程，确定接地故障线路。

单相断路器合闸后，经过设定时间延时，启动信号发生器，通过与信号发生器相连的低励磁阻抗变压器主二次线圈W3向系统注入特殊频率电压，产生接地电流，接地选相控制单元采集低励磁阻抗变压器副二次线圈W2反馈的电压与电流信号，分离出其中注入的特殊频率信号，计算系统接地阻抗变化，如接地阻抗恢复至系统正常状态，判别接地故障消失，接地选相控制单元控制单相断路器(K1、K2、K3)分闸，实现单相接地故障自动复归。

实施例2

7、低励磁阻抗变压器接地保护方法，运用单相断路器控制低励磁阻抗变压器与变电站母线的连接，当发生单相接地故障时，控制相应相别单相接地断路器快速合闸，强迫故障相对地等电位，利用信号发生器向低励磁阻抗变压器注入频率信号，运用单相接地保护控制单元的接地选相控制单元测取低励磁阻抗变压器采样线圈的电压、电流信号实现接地故障相阻抗测量，所述信号发生器根据单相接地保护控制单元发出的控制指令，向低励磁阻抗变压器注入二种频率信号。所述的信号发生器还向低励磁阻抗变压器注入高频信号。所述的单相接地保护控制单元运用接地选相控制单元进行接地故障相阻抗测量，所述接地选相控制单元还运用第一频率滤波电路和第一检测电路进行滤波和检测，所述第一频率滤波电路为两种频率的滤波电路滤波电路，所述接地选相控制单元还根据检测输出结果运算系统接地阻抗，根据运算结果控制单相断路器分闸，实现单相接地故障自动复归。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。