一种配电网多模接地保护系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种配电网多模接地保护系统，包括接地变压器、金属氧化物避雷器、小电阻、消弧线圈、控制器和多个零序电流互感器；接地变压器一侧与配电网三相母线分别连接，另一侧为接地变压器的高压绕组中性点，高压绕组中性点与消弧线圈连接；消弧线圈包括电感调节电路，通过电感调节电路与控制器连接；金属氧化物避雷器一端接地，另一端连接接地变压器的高压绕组中性点；小电阻串联有高压接触器，通过高压接触器与高压绕组中性点连接；每一零序电流互感器的一侧与配电网三相母线分别连接，另一侧与控制器连接。本实用新型提供的配电网多模接地保护系统具有接地故障处理灵活、供电可靠性高的优点。
【专利说明】—种配电网多模接地保护系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力系统【技术领域】，尤其涉及一种配电网多模接地保护系统。
【背景技术】
[0002]配电网中性点接地方式的选择与电力系统安全和运行可靠性、经济性密切相关，是城乡电网建设中必须关注的问题。接地方式的选择既要考虑当时配电网的结构和设备，还受接地设备技术水平的制约。
[0003]配电网接地系统是用于应对配电网发生接地故障时的处理系统，以保障对人们正常供电。配电网接地系统中存在中性点。而中性点不接地方式是指中性点没有人为与大地连接。事实上，这样的配电网是通过电网对地电容接地的。
[0004]当中性点不接地的系统发生单相接地故障时，承受线电压的电气设备的供电并未遭到破坏，它们可以继续运行。但是这种电网长期处于单相接地的状态下运行，也是不能允许的。因为这时非故障相电压升高，绝缘薄弱点很可能被击穿，从而引起两相接地短路，将严重地损坏电气设备。所以，在中性点不接地电网中，必须设专门的监视装置，以便运行人员及时地发现单相接地故障，从而切除电网中的故障部分。
[0005]在中性点不接地系统中，当接地的电容电流较大时，在接地处引起的电弧就很难自行熄灭。在接地处还可能出现所谓间歇电弧，即周期地熄灭与重燃的电弧。由于电网是个具有电感和电容的振荡回路，间歇电弧将引起相对地的过电压，其数值可达2.5-3.5倍相电压。这种过电压会传输到与接地点有直接连接的整个电网上，更容易引起另一相对地击穿，而形成两相接地短路。
[0006]现有技术引入了消弧线圈或小电阻接地方案对配电网进行保护。其中，中性点经消弧线圈接地方式是指配电网一个或多个中性点经消弧线圈与大地连接，消弧线圈的稳态工频感性电流对电网稳态工频容性电流调谐,故也称谐振接地。中性点经小电阻接地方式是指配电网中至少有一个中性点接入电阻。消弧线圈接地和小电阻接地两种模式各有优缺点，其中:消弧线圈接地方式能减小接地电流，减低弧光过压情况发生的概率，但缺点是接地时间过长，系统工频过压情况长期存在，难以隔离故障线路；小电阻接地方式通过产生大电流信号，能准确跳开故障线路，但其对瞬时性接地故障和永久性接地故障一律实行跳闸，跳闸率高，降低了系统供电可靠性。
【发明内容】
[0007]本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种配电网多模接地保护系统，结合消弧线圈接地方式与小电阻接地方式的优点，有效地隔离故障线路，并提高配电网的供电可靠性。
[0008]为解决以上技术问题，本实用新型实施例提供一种配电网多模接地保护系统，包括接地变压器、金属氧化物避雷器、小电阻、消弧线圈、控制器和多个零序电流互感器；
[0009]所述接地变压器一侧与配电网三相母线分别连接，另一侧为所述接地变压器的高压绕组中性点，所述高压绕组中性点与所述消弧线圈连接；
[0010]所述消弧线圈包括电感调节电路，通过所述电感调节电路与所述控制器连接；
[0011]所述金属氧化物避雷器一端接地，另一端连接所述接地变压器的高压绕组中性占.
[0012]所述小电阻串联有高压接触器，通过所述高压接触器与所述高压绕组中性点连接；
[0013]每一个所述零序电流互感器的一侧与配电网三相母线分别连接，另一侧与所述控制器连接。
[0014]进一步地，所述配电网多模接地保护系统，还包括:消弧线圈并联电阻接地装置；
[0015]所述消弧线圈并联电阻接地装置一端接地，另一端与配电网三相母线、所述小电阻以及所述高压绕组中性点连接。
[0016]进一步地，所述控制器包括大功率可控硅及滤波装置。
[0017]优选地，所述控制器为馈线终端装置。
[0018]进一步地，所述馈线终端装置包括防水防雷外壳和单片机，所述单片机内置在所述防水防雷外壳中。
[0019]再进一步地，所述馈线终端装置还包括数据采集器和多个故障指示器。
[0020]再进一步地，所述配电网多模接地保护系统还包括一风扇。
[0021]优选地，所述消弧线圈为调匝式消弧线圈或高短路阻抗消弧线圈。
[0022]本实用新型实施例提供的一种配电网多模接地保护系统，通过接地变压器将配电网三相母线连接至小电阻或消弧线圈，并通过控制器对小电阻或消弧线圈进行选通，因而可以根据当前接地故障的类型，选择不同的接地方式实现对配电网三相母线的保护，可以通过小电阻准确跳开故障线路，对永久性接地故障实行跳闸，保护了配电网线路；可以通过消弧线圈对瞬时性接地故障进行补充，避免多次的开关跳闸，保证了供电稳定性与可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是本实用新型实施例一提供的配电网多模接地保护系统的结构示意图；
[0024]图2是本实用新型实施例一提供的配电网多模接地保护系统在单相接地时的结构示意图；
[0025]图3是本实用新型实施例二提供的消弧线圈与控制器的连接结构示意图；
[0026]图4是本实用新型实施例二提供的高短路阻抗变压器的电路原理图及其等效电路图。
【具体实施方式】
[0027]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0028]实施例一
[0029]参见图1，是本实用新型实施例一提供的配电网多模接地保护系统的结构示意图。
[0030]在本实施例中，所述配电网多模接地保护系统包括:
[0031]接地变压器T、金属氧化物避雷器Μ0Α、小电阻Rb、消弧线圈L、控制器(图1中未画出)和多个零序电流互感器(Current Transformer,简称CT),分别为零序电流CTl,零序电流CT2，……，零序电流CTn，其中η为正整数。各个零序电流互感器在电路中发生触电或漏电故障时，零序电流互感器二次侧产生零序接地电流，与所述小电阻Rb或消弧线圈L配合使用，使所接二次线路上的设备执行保护动作(如切断电源，报警等)。
[0032]所述接地变压器T 一侧与配电网三相母线Α、B、C分别连接，另一侧为所述接地变压器的高压绕组中性点(图1中未画出)，所述高压绕组中性点与所述消弧线圈L连接。
[0033]所述消弧线圈L包括电感调节电路，通过所述电感调节电路与所述控制器连接。控制器根据已测量的配电网电容电流值计算出需要补偿的电感电流，然后控制消弧线圈L输出补偿电流。一般的瞬时性接地故障由电感电流补偿后，电弧熄灭接地故障自动消除恢复正常状态，因而避免了出现小电阻接地方式中一有故障立刻跳闸使得线路跳闸率高的情况。
[0034]所述金属氧化物避雷器MOA (Metal Oxide Arrester,金属氧化物避雷器)一端接地，另一端连接所述接地变压器T的高压绕组中性点。金属氧化物避雷器MOA由金属氧化物阀片组成，其保护性能优于普通阀式避雷器和磁吹避雷器。
[0035]所述小电阻Rb串联有高压接触器KG，通过所述高压接触器KG与所述高压绕组中性点连接；小电阻Rb通过高压接触器KG连接至控制器。在一种实现方式之中，高压接触器KG由两个真空接触器并联构成。当配电网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Rb接入所述接地变压器T ;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Rb对接地故障的隔离。真空接触器具熄弧能力强，耐压性能好，操作频率较高，寿命长，无电弧外喷，体积小、重量轻、维修周期较长等一系列优点。
[0036]每一个所述零序电流互感器的一侧与配电网三相母线A、B、C分别连接，另一侧与所述控制器连接。对于1kV配电网，配电网电源主变绕组主要采用Λ接法(三角形连接)或Y接线，接地变压器T产生中性点。具体地，接地变压器T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T优选采用Z形接线，直接接于电源主变出口处，并根据需要可带适当的二次容量。
[0037]参看图2，是本实用新型实施例一提供的配电网多模接地保护系统在单相接地时的结构示意图。
[0038]在单相接地保护系统中，接地变压器201通过隔离开关206与配电网母线连接，当接地变压器201与配电网三相母线Α、B、C连接时，隔离开关206应为三相隔离开关。接地变压器201通过隔离刀闸207与消弧线圈202、真空接触器103连接，接地变压器201绕组中与外部各个接线端之间的电压绝对值相等的地方产生中性点PT。消弧线圈202与大地之间产生电流互感器1CT，小电阻204与大地之间产生电流互感器2CT。控制器205与消弧线圈202、小电阻204分别连接，以实现对两者的智能控制与切换。在当前接地故障为瞬时性接地故障时，控制器205控制消弧线圈202执行对配电网三相母线的补偿，直至故障消失；在当前接地故障为永久性接地故障时，控制器205控制投入小电阻204对故障线路进行隔断。
[0039]具体实施时，本实施例提供的配电网多模接地保护系统还包括:消弧线圈并联电阻接地装置。所述消弧线圈L并联电阻接地装置一端接地，另一端与配电网三相母线Α、Β、C，所述小电阻以及所述高压绕组中性点连接。所述配电网多模接地保护系统还包括一风扇。
[0040]实施例二
[0041]本实施例与实施例一的区别点在于:进一步地，本实施例中的小电阻优选采用大功率耐高温抗氧化电阻。
[0042]所述大功率耐高温抗氧化电阻优选为不锈钢合金电阻，所述不锈钢合金电阻由多个电阻片采用栅格式设计构成，或者，所述大功率的耐高温抗氧化电阻采用模块化结构设计构成。
[0043]进一步地,控制器包括大功率可控娃(Silicon Controlled Rectifier,简称SCR)及滤波装置。
[0044]参看图3，是本实用新型实施例二提供的消弧线圈与控制器的连接结构示意图。
[0045]其中，消弧线圈的绕组A-X与接地变压器产生的中性点PT接入的电流iPT，消弧线圈除了包括连接配电网中性点PT的绕组A-X以外，还包括一次绕组Ol-Xl和二次绕组02-X2 ;控制器包括扼流圈LI与电容器Cl，扼流圈L2和电容器C2，其中，扼流圈LI与电容器Cl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Ol-Xl的两端；可控硅SCR整流元件连接在二次绕组02-X2的两端。所述二次绕组02-X2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(Control Winding,Cff)与控制器连接。
[0046]优选地，本实施例中的消弧线圈为调匝式消弧线圈或高短路阻抗消弧线圈。其中，高短路阻抗消弧线圈也称为高短路阻抗变压器。在优选的实现方式中，所述高短路阻抗变压器设置在采用紧凑一体化柜体设计的就地控制柜中；小电阻也可以作为可控电抗器的二次控制装置而安装在柜体上，避免了长距离的电缆线路铺设，简化了产品结构同时也提高了产品的可靠性以及抗干扰能力。
[0047]高短路阻抗变压式可控消弧线圈中可包含可控电抗器，控制器可对该可控电抗器进行实时控制，可实现对消弧线圈连续可调。这种可控消弧线圈具有调节范围大、随时迅速退出、无需阻尼电阻等优点。
[0048]参见图4，是本实用新型实施例二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。
[0049]具体地，消弧线圈A-X与二次绕组02-X2等效于电感阻抗Zsc，可控硅SCR整流元件等效于阻值在O?+ C?之间的可调电阻ZSCK。通过调节可控硅SRC的导通角在O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Zrai就在无穷大至变压器的短路阻抗Zsc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。
[0050]其中，本实施例提供的多模接地保护系统的每一个单相接地处理系统中，通过消弧线圈对配电网跟踪补偿的原理为:系统实时跟踪配电网的对地电容电压变换，当消弧线圈检测到接地变压器中性点电压有AU(AU〈1V)的变化时，系统在短时间(如I秒)内测量出配电网当时的对地容抗。测量完成后，系统可以通过屏幕显示电容电流，表示当发生单相金属性接地时接地点将流过的电容电流。[0051 ] 测量基于配电网零序回路，利用改变电感前后的中性点电流、中性点电压的向量变化来完成，其计算公式如下:
/ -J9
[0052](Jt)C 二 -Γ—
U' - U2
[0053]其中，&和/2，L分别为两组不同电感情况下的中性点电流和中性点电压的向量值。
[0054]采用高短路阻抗变压式可控消弧线圈对1kV电网故障进行处理具有以下独特的优点:
[0055]其一，因采用短路阻抗而不是励磁阻抗作为工作阻抗，因而消弧线圈102伏安特性可保证在0-110%额定电压范围内保持极佳的线性度；
[0056]其二，因采用可控硅控制，因而消弧线圈102响应速度极快，且输出电流可在0-100%额定电流间连续无级调节；采用随调式控制，正常运行时电网远离谐振点，无需容易产生问题的阻尼电阻；
[0057]其三，与传统的消弧线圈等相比，本实施例提供的消弧线圈102的结构简单，噪音小，不带任何转动或传动机构，无有载开关和接触器。
[0058]实施例三
[0059]本实施例与实施例二的区别点在于:所述控制器为馈线终端装置(FeederTerminal Unit，简称FTU)。馈线终端装置可设置在室外或室内。智能终端FTU完成对配电网设备的遥测、遥控、遥信，以及故障检测功能，并与配电自动化主站通信，提供配电系统运行情况和各种参数即监测控制所需信息，
[0060]在配电网中，FTU体积小、数量多，可安置在户外馈线上，设有变送器，直接交流采样，抗高温，耐严寒，适应户外恶劣的环境;FTU采集的数据量小，通信速率要求较低，可靠性要求较高。FTU可采用高性能单片机制造，为了适应恶劣的环境，馈线终端装置应包括防水防雷外壳，并将所述单片机内置在所述防水防雷外壳中。
[0061]进一步地，所述馈线终端装置还包括数据采集器和多个故障指示器，以便于提取配电网相关数据，并在发生电网故障时发出相关指示。
[0062]具体实施时，本是实施例提供的多模接地保护系统可进一步设置一个集中监控管理系统，用于对配电网三相母线环网的接线情况进行实时监测，显示设备群开关的实时状态，对设备进行电气检测并对电网智能装置的操作数据进行上传与本地数据统计分析，对站间的消弧线圈并列的监控以及协调设备群的响应处理等。
[0063]在本实施例中，在对小电阻投入的判断时，对投入小电阻延时时间用原程序的跳闸延时。当接地过程中如果接地延迟时间到达小电阻投入延时，则关闭可控硅停止消弧线圈补偿，并控制闭合高压接触器投入小电阻。在控制器发送投入小电阻的命令后，监测两台高压接触器的辅助节点，如发出投入命令Is后仍然未收到辅助节点变位则判断为高压接触器故障；同理，在发出分小电阻命令后未收到辅助节点变位也可判断为高压接触器故障。投入小电阻后，跟踪所述接地中性点的电压幅值的变化，当连续两次监测到所述接地中性点电压小于设定值时，则所述控制器判定所述小电阻接地结束，并控制高压接触器跳闸以退出所述小电阻，返回正常运行状态。
[0064]在本实施例中，任何情况下，消弧线圈单次补偿的持续时间不允许超过消弧额定时间(优选为20秒)。超过时间后，则关闭消弧线圈的输出，转入高阻抗状态。当单次接地持续时间超过额定时间(不论何种原因引起，比如小电阻跳闸失败，而又没有跳开接地变等)，消弧线圈的补偿行为立即调整为关闭输出，转入高阻抗状态。若一定时间(如3分钟)内如果发生多次及以上的接地故障，例如3次，则第三次接地后为冷却时间，冷却时间内的接地，一律不补偿，直接投入小电阻跳闸。
[0065]例如,冷却时间设置为O分钟(同时小电阻退出延时也设置为O的话)，则永远不会发生一接地就投电阻的情况，永远需要延时后投入电阻。设置为I分钟，在一分钟内发生接地则立刻投电阻。在一分钟内如果没有发生接地，则本次冷却时间失效，动作恢复为“接地一补偿一延时跳闸”逻辑。再有‘三分钟内发生3次接地’这个情况发生，冷却时间才会重新计时。当小电阻投入不成功时，则任何一次接地持续时间如超过预设的电抗时间，则开出高压接触器的节点。当小电阻投入后，接地未结束时，高压接触器返回节点表明电阻投入成功后，计时开始，到达“电阻额定时间”后，强制分断小电阻(开关必须选断路器才有效)。通过增加对所有记录的统计功能，统计出瞬时性接地和需投入小电阻跳闸的接地的比例。
[0066]本实用新型实施例提供的一种配电网多模接地保护系统，通过将小电阻及消弧线圈分别与配电网三相母线连接，并对控制器的智能化设计，有效地识别出不同的配电网接地故障类型，可调用消弧线圈对发生瞬时性接地故障的配电网进行电流补偿；设计高压接触器投入小电阻对发生永久性接地故障的线路进行切断。控制器也可以在适当时刻控制高压接触器跳闸以退出所述小电阻或消弧线圈，返回正常运行状态。因此，本实用新型能够针对不同的系统和不同的接地类型，既能避免因瞬时性故障而频繁跳闸，保证供电的连续性与可靠性，又能保证及时断开永久接地故障线路，从而实现有效地解决配电网的接地故障。
[0067]以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种配电网多模接地保护系统，其特征在于，包括接地变压器、金属氧化物避雷器、小电阻、消弧线圈、控制器和多个零序电流互感器； 所述接地变压器一侧与配电网三相母线分别连接，另一侧为所述接地变压器的高压绕组中性点，所述高压绕组中性点与所述消弧线圈连接； 所述消弧线圈包括电感调节电路，通过所述电感调节电路与所述控制器连接； 所述金属氧化物避雷器一端接地，另一端连接所述接地变压器的高压绕组中性点； 所述小电阻串联有高压接触器，通过所述高压接触器与所述高压绕组中性点连接； 每一个所述零序电流互感器的一侧与配电网三相母线分别连接，另一侧与所述控制器连接。
2.如权利要求1所述的配电网多模接地保护系统，其特征在于，还包括:消弧线圈并联电阻接地装置； 所述消弧线圈并联电阻接地装置一端接地，另一端与配电网三相母线、所述小电阻以及所述高压绕组中性点连接。
3.如权利要求1所述的配电网多模接地保护系统，其特征在于，所述控制器包括大功率可控硅及滤波装置。
4.如权利要求3所述的配电网多模接地保护系统，其特征在于，所述控制器为馈线终端装置。
5.如权利要求4所述的配电网多模接地保护系统，其特征在于，所述馈线终端装置包括防水防雷外壳和单片机，所述单片机内置在所述防水防雷外壳中。
6.如权利要求5所述的配电网多模接地保护系统，其特征在于，所述馈线终端装置还包括数据采集器和多个故障指示器。
7.如权利要求1所述的配电网多模接地保护系统，其特征在于，所述配电网多模接地保护系统还包括一风扇。
8.如权利要求1?7任一项所述的配电网多模接地保护系统，其特征在于，所述消弧线圈为调匝式消弧线圈或高短路阻抗消弧线圈。
【文档编号】H02H7/28GK204012678SQ201420363400
【公开日】2014年12月10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, 罗孝隆, 沈勇, 黎汉, 黎永豪, 郭益辉 申请人:广东电网公司佛山供电局