一种10kV电网接地故障的过程控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种10kV电网接地故障的过程控制方法，包括在10kV电网发生接地故障时，控制器控制接地变压器接入消弧线圈以对10kV电网进行补偿；控制器判断接地故障是否在限定时间内解除；若是，则判定接地故障为瞬时接地故障，并在接地结束时所述控制器控制消弧线圈退出补偿；若否，则判定接地故障为永久性故障，并且控制器通过控制高压接触器为闭合状态以控制接地变压器接入小电阻；小电阻的一端接地，另一端与高压接触器连接；控制器在永久性故障接地结束时控制消弧线圈退出补偿，并通过控制高压接触器为断开状态以退出小电阻。本发明提供的10kV电网接地故障的过程控制方法具有自动切换、安全性与可靠性高的优点。
【专利说明】一种10kV电网接地故障的过程控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统【技术领域】，尤其涉及一种10kv电网接地故障的过程控制方 法。
【背景技术】
[0002] 随着电网的发展，电网的容量越来越大、对电网的可靠性要求越来越高、对智能化 提出更高要求。配电网作为电力系统发、输、配及用电中的一个环节，起着承上启下的作用， 其重要性越来越受到重视，而配电网接地故障的处理一直是困扰广大电网运行人员的重大 问题。传统的接地方式暴露出越来越多的弊端，迫切需要在现有基础上寻求一种更完善的 新型接地方式，以适应配网自动化的发展需要，解决电网在接地故障处理上的控制能力。
[0003] 电力系统按接地处理方式可分为大电流接地系统（包括直接接地，电抗接地和低 阻接地等）、小电流接地系统（包括高阻接地，消弧线圈接地和不接地等）。为保证能够准 确隔离故障线路，很多城市都开始采用中性点经小电阻接地的运行方式。但由于小电阻接 地方式对于接地故障跳闸是无选择性的，使得任何瞬时性接地故障都会引起线路跳闸。虽 然通过重合闸方式这些瞬时性接地故障恢复了送电，但也由此造成了对用户的不必要的用 电中断和变电站线路开关多次冲击动作。应用小电阻接地方式的配电网系统的跳闸率高、 供电可靠性差，不能满足用户对供电可靠性日益严格的需求。
[0004] 近年来，各地供电公司逐步建设了配网自动化系统，对提高配电网运行管理水平 起了积极作用。实现故障的快速定位隔离是配网自动化的一项核心功能，但在现有的消弧 线圈接地的系统里，当发生接地故障时，虽然获得了消弧线圈的补偿，但自动化智能终端难 以准确定位故障，因而无法实现其自动隔离故障的功能，因此配网自动化的效用大打折扣。
[0005] 在城乡电网的建设过程中，我国配网中性点接地主要采用了谐振接地（消弧线圈 接地）和小电阻接地模式，其中消弧线圈接地方式能自动消除瞬时性单相接地故障，具有 减少跳闸次数、降低接地故障电流的优点，但小电阻接地模式具有过电压水平低，能及时动 作等优点。但随着配网自动化的应用普及电缆的广泛使用，单一的接地模式将要面临以下 严重问题：
[0006] ①不能自动切除非瞬时性单相接地故障，整个配电系统须承受较长时间的工频过 电压（线电压），因此对设备的绝缘水平要求高；
[0007] ②不能自动辨别非瞬时性接地故障和瞬时性接地故障，并加以区别处理；
[0008] ③接地故障的长时间存在，不利于设备及人身安全，存在安全隐患；
[0009] ④与配网自动化系统无法协调配合。
[0010] 数据统计表明，在以电缆为主的电网，非瞬时故障（永久性故障）和相间短路高于 以架空线为主的电网。究其原因是电缆本体故障较少，大多故障发生在电缆接头处，使得永 久性故障和相间短路故障增多，但电缆网络发生接地并不一定是永久性故障或相间短路。 在10kV电网中，电缆比重增加，中性点无论采用何种接地方式，除了对过电压进行考虑外， 还应考虑短路电流和继电保护等问题。
【发明内容】
[0011] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种10kV电网接地故障的过程控制方法，通 过一种更完善可靠的接地方式，以满足随着配电网容量越来越大，对配电网的可靠性越来 越高的要求，以及时、有区别地处理电网故障，保证电网对人身和设备的安全。
[0012] 为解决以上技术问题，本发明提供一种10kV电网接地故障的过程控制方法，包 括：
[0013] 通过接地变压器与消弧线圈、高压接触器、小电阻以及控制器组建成接地故障处 理系统；所述接地变压器与10kv电网母线连接；
[0014] 在所述10kV电网发生接地故障时，所述控制器控制所述接地变压器接入所述消 弧线圈以对10kV电网进行补偿；
[0015] 所述控制器判断所述接地故障是否在限定时间内解除；若是，则判定所述接地故 障为瞬时接地故障，并在接地结束时所述控制器控制所述消弧线圈退出补偿；若否，则判 定所述接地故障为永久性故障，并且所述控制器通过控制所述高压接触器为闭合状态以控 制所述接地变压器接入所述小电阻；所述小电阻的一端接地，另一端与所述高压接触器连 接；
[0016] 所述控制器在永久性故障接地结束时控制所述消弧线圈退出补偿，并通过控制所 述高压接触器为断开状态以退出所述小电阻。
[0017] 进一步地，所述判断所述接地故障是否在限定时间内解除，具体为：
[0018] 检测所述消弧线圈对10kV电网进行补偿的时间；
[0019] 将所述消弧线圈对电网的补偿时间与所述限定时间进行比较；当所述消弧线圈对 10kV电网进行补偿的时间超过所述限定时间时，则所述控制器判定所述接地故障未在限定 时间内解除；否则，所述控制器判定所述接地故障已解除。
[0020] 在一种可实现的方式中，所述控制器控制所述接地变压器接入所述消弧线圈以对 10kV电网进行补偿，包括：
[0021] 所述控制器根据已测量的电网电容的电流值计算出需要补偿的电感电流；
[0022] 所述控制器控制所述消弧线圈持续输出与所述需要补偿的电感电流等量的电流 信号，并记录所述消弧线圈对10kV电网进行补偿的时间。
[0023] 进一步地，所述消弧线圈包括一短时可控电抗器，则，所述控制器控制所述接地变 压器接入所述消弧线圈以对10kV电网进行补偿，还包括：所述控制器通过所述短时可控电 抗器实时对10kV电网进行实时跟踪监测；
[0024] 当电网对地电容发生变化时，所述消弧线圈检测到所述接地变压器的中性点电压 发生的变化量，以及测量出电网当前的对地容抗；
[0025] 根据所述中性点电压的变化量和电网当前的对地容抗，所述消弧线圈向电网输出 需要补偿的电感电流，以消除瞬时性接地故障。
[0026] 优选地，所述短时可控电抗器为高短路阻抗变压器；
[0027] 所述高短路阻抗变压器包括一次绕组和二次绕组；其中，所述一次绕组作为工作 绕组接入10kV电网中性点上；所述二次绕组为由两个反向并联的可控硅整流元件组成的 电路，并作为控制绕组与所述控制器连接；
[0028] 所述控制器通过控制所述可控硅整流元件的导通角在0至180度之间变化，以调 整所述可控硅整流元件的等效阻抗，从而调节所述消弧线圈对电网的补偿电流。
[0029] 优选地，所述高压接触器由两个真空接触器并联构成；则当所述接地故障为永久 性故障时，所述控制器采用交直流两路电源分别控制所述的两个真空接触器为闭合状态， 将所述小电阻接入所述接地变压器；并在所述永久性故障消除时，所述控制器控制所述的 两个真空接触器为断开状态，切断所述小电阻对接地故障的隔离。
[0030] 本发明提供的10kV电网接地故障的过程控制方法，实现消弧线圈与小电阻的联 合作用，并且应用智能控制逻辑实现两种接地方式的自动切换，对接地持续时长进行判断， 区分出瞬时接地故障和永久性接地故障。针对这两种接地故障采取不同的应对措施，既保 证对永久性接地故障的迅速准确隔离，避免系统工频过压长期存在而导致事故进一步扩大 的问题，又能对瞬时性接地故障进行精确补偿使其自行消失，避免多次跳闸而影响用户的 工作，提高了接地故障处理过程的安全性与可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0031] 图1是本发明提供的一种10kV电网接地故障处理系统的结构示意图；
[0032] 图2是本发明提供的基于图1的系统实现的10kV电网接地故障的过程控制方法 的一个实施例的流程示意图；
[0033] 图3是本发明提供的短时可控电抗变压器的一种可实现方式的结构示意图；
[0034] 图4,是本发明提供的高短路阻抗变压器的电路原理图及其等效电路图；其中，图 4(a)是高短路阻抗变压器的二次绕组02-X2与可控硅SCR的连接电路图，图4(b)是高短路 阻抗变压器的等效电路图；
[0035] 图5是本发明图2提供的10kV电网接地故障的过程控制方法的接地故障处理流 程不意图。
【具体实施方式】
[0036] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述。
[0037] 参见图1，是本发明提供的一种10kV(千伏）电网接地故障处理系统的结构示意 图。
[0038] 在本实施例中，通过接地变压器101与消弧线圈102、高压接触器103、小电阻104 以及控制器105组建成接地故障处理系统，且所述接地变压器101与10kV电网母线连接。 具体地，接地变压器101通过1KG电闸与10kV电网连接，通过隔离刀闸与消弧线圈102以 及高压接触器103连接。安装在小电阻104引出线位置的CT(Current Transformer,电流 互感器）监控流经电阻的电流以及电阻的阻值。
[0039] 所述接地变压器101产生系统中性点PT，且所述接地变压器101的一端连接配电 网的10kV母线，另一端与所述高压接触器103和所述消弧线圈102连接；所述小电阻104 一端接地，并通过所述高压接触器103的开关切换，与所述接地变压器101和所述消弧线圈 102进行电气连接。
[0040] 所述控制器105安装于主控室内，并与所述消弧线圈102通信连接，以控制与测量 设备所产生的参数。
[0041] 参看图2,是本发明提供的基于图1的系统实现的10kV电网接地故障的过程控制 方法的一个实施例的流程示意图。
[0042] 在本实施例中，接地变压器101与10kV电网母线连接，且所述接地变压器101通 过与消弧线圈102、控制器105、高压接触器103以及小电阻104实现对10kV电网接地故障 的控制。具体实施时，所述的10kV电网接地故障的过程控制方法包括：
[0043] 步骤S201 :在所述10kV电网发生接地故障时，所述控制器105控制所述接地变压 器101接入所述消弧线圈102以对10kV电网进行补偿；
[0044] 步骤S202 :所述控制器105判断所述接地故障是否在限定时间内解除；若是，则判 定所述接地故障为瞬时接地故障，并执行步骤S205 ;若否，则判定所述接地故障为永久性 故障，并且执行步骤S203;
[0045] 步骤S203 :所述控制器105通过控制所述高压接触器103为闭合状态以控制所述 接地变压器101接入所述小电阻104 ;所述小电阻104的一端接地，另一端与所述高压接触 器103连接；并执行步骤S204 ;
[0046] 步骤S204 :所述控制器105在永久性故障接地结束时通过控制所述高压接触器 103为断开状态以退出所述小电阻104 ;并执行步骤S205 ;
[0047] 步骤S205 :在接地结束时所述控制器105控制所述消弧线圈102退出补偿。
[0048] 具体实施时，对于10kV配电网，接地变压器101中的绕组为Λ接法（三角形连 接），接地变压器101产生中性点ΡΤ，其中，变压器的绕组中与外部各个接线端之间的电压 绝对值相等的点即为中性点。为降低零序阻抗，接地变压器101优选采用Ζ形接线，并根据 需要可带适当的二次容量。
[0049] 进一步地，所述消弧线圈102包括一短时可控电抗变压器，简称可控电抗器。贝1J， 所述步骤S201还包括：所述控制器105通过所述短时可控电抗器实时对10kV电网进行实 时跟踪监测；
[0050] 当电网对地电容发生变化时，所述消弧线圈102检测到所述接地变压器101的中 性点电压发生的变化量，以及测量出电网当前的对地容抗；
[0051] 根据所述中性点PT电压的变化量和电网当前的对地容抗，所述消弧线圈102向电 网输出需要补偿的电感电流，以消除瞬时性接地故障。
[0052] 在本实施例中，可控电抗器采用智能化快速消弧核心技术，短路阻抗可达100%。
[0053] 如图3所示，是本发明提供的短时可控电抗变压器的一种可实现方式的结构示意 图。
[0054] 在本实施例中，所述短时可控电抗器（可控电抗器）可优选为高短路阻抗变压器， 则所述消弧线圈102为高短路阻抗变压式可控消弧线圈。通过对消弧线圈102中的可控电 抗器进行实时控制，可实现对本实施例中的消弧线圈102连续可调，且具有调节范围大、随 时迅速退出、无需阻尼电阻等优点，使得10kV电网接地故障处理系统成为可控型电阻接地 一体化系统。可控电抗器因其综合调节性能较佳和可靠性高的优点使得其适用范围更加广 泛。
[0055] 具体地，所述高短路阻抗变压器包括一次绕组01-X1和二次绕组02-X2 ;其中，所 述一次绕组01-X1作为工作绕组接入10kV电网中性点上；所述二次绕组02-X2为由两个反 向并联的可控娃（Silicon Controlled Rectifier,简称SCR)整流元件组成的电路，并作为 控制绕组（Control Winding，CW)与所述控制器105连接；在本实施例中，消弧线圈102的 绕组A-X与接地变压器101产生的中性点PT接入的电流iPT，从而改变消弧线圈102的电 感电流。具体实施时，高短路阻抗变压器还包括扼流圈L1与电容器C1，扼流圈L2和电容器 C2,其中，扼流圈L1与电容器C1组成串联电路，扼流圈L2和电容器C2组成串联电路，以上 两个串联电路并联在一次绕组01-X1的两端；可控硅SCR整流元件连接在二次绕组02-X2 的两端。
[0056] 在本实施例中，所述控制器105通过控制所述可控硅整流元件的导通角在0至180 度之间变化，以调整所述可控硅整流元件的等效阻抗，从而调节所述消弧线圈102对电网 的补偿电流。
[0057] 参见图4,是本发明提供的高短路阻抗变压器的电路原理图及其等效电路图。其 中，图4(a)是高短路阻抗变压器的二次绕组02-X2与可控硅SCR的连接电路图，图4(b)是 高短路阻抗变压器的等效电路图。
[0058] 具体地，消弧线圈A-X与二次绕组02-X2等效于电感阻抗Xk，可控硅SCR整流元件 等效于阻值在〇?+…之间的可调电阻Z SCK。通过调节可控硅SRC的导通角在0至180度 之间变化，使可控硅SRC的等效阻抗ZSCK在无穷大至零之间变化，则工作绕组两端（A-X两 端）的等效阻抗就在无穷大至变压器的短路阻抗Z sc(即电感阻抗Xk)之间变化，输出的 补偿电流就可在零至额定值之间得到连续无级调节。
[0059]
【权利要求】
1. 一种lOkV电网接地故障的过程控制方法，其特征在于，包括： 通过接地变压器与消弧线圈、高压接触器、小电阻以及控制器组建成接地故障处理系 统，且所述接地变压器与10kV电网母线连接； 在所述10kV电网发生接地故障时，所述控制器控制所述接地变压器接入所述消弧线 圈以对10kV电网进行补偿； 所述控制器判断所述接地故障是否在限定时间内解除；若是，则判定所述接地故障为 瞬时接地故障，并在接地结束时所述控制器控制所述消弧线圈退出补偿；若否，则判定所述 接地故障为永久性故障，并且所述控制器通过控制所述高压接触器为闭合状态以控制所述 接地变压器接入所述小电阻；所述小电阻的一端接地，另一端与所述高压接触器连接； 所述控制器在永久性故障接地结束时控制所述消弧线圈退出补偿，并通过控制所述高 压接触器为断开状态以退出所述小电阻。
2. 如权利要求1所述的10kV电网接地故障的过程控制方法，其特征在于，所述判断所 述接地故障是否在限定时间内解除，具体为： 检测所述消弧线圈对10kV电网进行补偿的时间； 将所述消弧线圈对电网的补偿时间与所述限定时间进行比较；当所述消弧线圈对 10kV电网进行补偿的时间超过所述限定时间时，则所述控制器判定所述接地故障未在限定 时间内解除；否则，所述控制器判定所述接地故障已解除。
3. 如权利要求2所述的10kV电网接地故障的过程控制方法，其特征在于，所述控制器 控制所述接地变压器接入所述消弧线圈以对10kV电网进行补偿，包括： 所述控制器根据已测量的电网电容的电流值计算出需要补偿的电感电流； 所述控制器控制所述消弧线圈持续输出与所述需要补偿的电感电流等量的电流信号， 并记录所述消弧线圈对10kV电网进行补偿的时间。
4. 如权利要求3所述的10kV电网接地故障的过程控制方法，其特征在于，所述消弧 线圈包括一短时可控电抗器，则，所述控制器控制所述接地变压器接入所述消弧线圈以对 10kV电网进行补偿，还包括：所述控制器通过所述短时可控电抗器实时对10kV电网进行实 时跟踪监测； 当电网对地电容发生变化时，所述消弧线圈检测到所述接地变压器的中性点电压发生 的变化量，以及测量出电网当前的对地容抗； 根据所述中性点电压的变化量和电网当前的对地容抗，所述消弧线圈向电网输出需要 补偿的电感电流，以消除瞬时性接地故障。
5. 如权利要求4所述的10kV电网接地故障的过程控制方法，其特征在于，所述短时可 控电抗器为高短路阻抗变压器； 所述高短路阻抗变压器包括一次绕组和二次绕组；其中，所述一次绕组作为工作绕组 接入10kV电网中性点上；所述二次绕组为由两个反向并联的可控硅整流元件组成的电路， 并作为控制绕组与所述控制器连接； 所述控制器通过控制所述可控硅整流元件的导通角在0至180度之间变化，以调整所 述可控硅整流元件的等效阻抗，从而调节所述消弧线圈对电网的补偿电流。
6. 如权利要求4所述的10kV电网接地故障的过程控制方法，其特征在于，所述高压接 触器由两个真空接触器并联构成；则 当所述接地故障为永久性故障时，所述控制器采用交直流两路电源分别控制所述的两 个真空接触器为闭合状态，将所述小电阻接入所述接地变压器；并在所述永久性故障消除 时，所述控制器控制所述的两个真空接触器为断开状态，切断所述小电阻对接地故障的隔 离。
7. 如权利要求6所述的10kV电网接地故障的过程控制方法，其特征在于，所述小电阻 为大功率耐高温抗氧化电阻。
8. 如权利要求1?7任一项所述的10kV电网接地故障的过程控制方法，其特征在于： 所述控制器在接地变零序保护动作前自动切掉所述小电阻，并由所述消弧线圈对电网 产生补偿电流。
9. 如权利要求8所述的10kV电网接地故障的过程控制方法，其特征在于：所述消弧线 圈单次对10kV电网进行补偿的时间小于消弧额定时间。
10. 如权利要求1所述的10kV电网接地故障的过程控制方法，其特征在于：当所述 10kV电网在单位时间内发生N次接地故障，则在所述10kV电网发生第N+1次接地故障时， 所述控制器退出所述消弧线圈对电网的补偿，并通过控制所述高压接触器为闭合状态，直 接将所述小电阻接入电网，其中N > 0。
【文档编号】H02H9/02GK104065056SQ201410312600
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月1日 优先权日:2014年7月1日
【发明者】吴江一, 姚积坤, 倪伟东, 程志海, 林立鹏, 梁隽鸣, 罗孝隆, 沈勇, 张英震, 陈柏全 申请人:广东电网公司佛山供电局