中压电网中性点接地控制设备的制作方法

本发明涉及一种输变电领域，特别是涉及一种中压电网中性点接地控制设备。

背景技术：

城市配电网的中性点接地方式是一个复杂的综合问题，它关系到供电可靠性、人身安全、设备安全等。但目前中性点接地方式存在诸如以下问题，消弧线圈接地方式过电压限制不足，接地故障线路检测困难，同时消弧线圈的容量跟不上电网的变化，消弧线圈很容易处于欠补偿状态，导致接地故障残流增大；断线可能出现的串联谐振过电压；小电阻接地方式，系统发生单相接地就迅速跳闸，对供电可靠性有影响，配网结构，互供能力，设备及自动化水平要求较高，具体的为：

消弧线圈接地方式的优缺点：

城市电网的规模越来越大，特别是电缆在配电网中的大量使用，系统电容电流大幅度增长。当发生单相接地故障时，由于电容电流较大，弧光不能自熄，严重威胁着电力系统的安全运行。采用中性点经消弧线圈接地的方式，消弧线圈的电感电流补偿了电网的电容电流，限制了接地故障电流的破坏作用，使残余电流的接地电弧易于熄灭。当残流过零熄灭后，又能降低故障相恢复电压的初速度及其幅值，避免接地电弧的重燃并使之彻底熄灭，防止或减小了单相接地引起故障的概率。有力地限制了接地电流和电弧的电动力、热效应等对设备、系统的破坏作用。瞬时接地故障在电弧熄灭时消失，补偿电网便可以在故障消失时恢复正常运行。近几年国内研制生产了多种形式的自动跟踪消弧线圈系统，保证了较小的残流，基本上解决了灭弧问题。

虽然小电流接地可以借助于很多原理方法，诸如基波电压、基波零序电流最大原理、零序电流无功功率方向原理、零序电流有功功率方向原理、暂态零序电压方向原理(首半波比相原理)、信号注入法、群体比幅比相法、谐波电流分析法、残流增量法、小波分析法等，但使用了消弧线圈，存在小电流接地选线困难的问题。

因为当系统10kv部分存在永久单相接地故障时，由于消弧线圈产生的电感电流抵消了故障线路中的电容电流，使流过故障线路的短路电流值和流过正常线路的电容电流值相近，难以判别。尽管近年来，已有微机型小电流接地选线装置，一般的成套自动补偿消弧线圈装置同时具备快速单相接地选线功能。选线原理一般采用零序电流、零序功率方向、五次谐波及音频信号注入法等综合方式，但选线准确性大都在70％-90％之间，错选概率大，影响供电可靠性。

小电阻接地方式的优缺点：

中性点经小电阻接地系统，可以有效地抑制系统中的过电压，系统设备承受过电压水平低、时间短。可适当降低设备的绝缘水平，提高系统设备的使用寿命，具有很好的经济效益；另外，也有利于具有优良伏秒特性氧化锌避雷器moa的应用，降低雷电过电压水平。

系统发生单相接地故障，故障线路立即被切除，继电保护选择性好。但由于其不能区分瞬时单相接地故障与永久性单相接地故障，使瞬时单相接地故障也跳闸，影响了供电可靠性。使用小电阻接地，造成占接地绝大多数的瞬时接地也跳闸，造成停电，严重影响了接地可靠性。同时，采用这种方式，需具备性能良好的开关设备和有备用电源等条件，否则跳闸停电频繁，供电可靠性差，开关的维护工作量加重。对于架空线电网，该方式将对通信线路产生电磁干扰。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，通过在现有采用消弧线圈接地的基础上，在消弧线圈处并联电阻，综合了中性点谐振接地和电阻接地两种接地方式的优点，保障线路安全运行和提高供电可靠性的中压电网中性点接地控制设备。

本发明的技术方案是：一种中压电网中性点接地控制设备，包括母线电压互感器、接地变压器、线路零序电流互感器，所述母线电压互感器与母线和所述控制器连接，所述接地变压器与母线和消弧线圈连接，所述接地变压器与消弧线圈之间设置有与所述控制器连接的中性点电流互感器和中性点电压互感器，所述控制器通过线路零序电流互感器与至少两条支线连接，所述支线与所述母线连接，所述中性点电压互感器与所述消弧线圈之间设置有分路，所述分路通过与控制器连接的开关与电阻器连接。

进一步的，所述消弧线圈和电阻器均接地，且所述消弧线圈为调容式消弧线圈或调匝式消弧线圈，所述电阻器为可调电阻器。

进一步的，所述可调电阻器为中值电阻和小值电阻。

进一步的，所述控制器与电源板、开关量输入板、模拟量信号板、开关量输出板和通讯端口连接。

进一步的，所述接地变压器为z型接地变压器，且其与母线之间设置有控制开关。

本发明的有益效果是：

1、本发明在现有中性点经消弧线圈谐振接地方式的基础上，在消弧线圈并联中值电阻和小值电阻，综合了中性点谐振接地和电阻接地两种接地方式的优点，既保持了电阻接地可以准确选线的优点，又可以减少接地点残流，限制弧光接地过电压，并可以根据是短时接地故障还是永久接地故障的不同情况，选择合适的工作方式，即保障了线路安全运行，又提高了供电的可靠性。

2、本发明在限制过电压的同时，区分瞬时性故障和永久性故障，实现永久性故障的接地选线，即充分发挥了中电阻抑制过电压，消弧线圈减小故障点接地电流、灭弧等优点，又利用了小电阻接地方式所具有的继电保护选择性好的优点，快速切除永久性接地故障，从而提高供电可靠性、安全性、经济性。

3、本发明中值电阻和小值电阻的电阻作用是完全不同的，并联中值电阻的目的是为了限制系统故障时的过电压水平，而最后投入的小电阻是为了准确地选线，因此两者的阻值也是不相同的。

4、本发明小值电阻的主要目的是能够利用小电阻的接地选线，快速准确地选择出故障线路，保证供电的可靠性。

5、本发明中性点并联中值电阻的主要目的是能够抑制系统过电压，进一步的从限制间歇性电弧接地过电压和限制谐振过电压两方面来进行抑制。

附图说明：

图1为中压电网中性点接地控制设备的结构示意图。

图2中性点经消弧线圈并联电阻组合的等值电路图。

具体实施方式：

实施例：参见图1和图2。

图1中，t为z型接地变压器，用于提供系统中性点；l为调匝式消弧线圈，用于补偿电网电容电流；rn为可调电阻器，用于抑制过电压、接地故障选线；pt0为中性点电压互感器，用于获取中性点位移电压；ct0为中性点电流互感器，用于获取中性点电流；pt为母线电压互感器，用于获取母线电压及开口三角电压；ct1、ct2、…、ctn为线路零序电流互感器。

一种中压电网中性点接地控制设备，包括母线电压互感器pt、接地变压器t、线路零序电流互感器ct，母线电压互感器pt与母线和控制器连接，接地变压器t与母线和消弧线圈连接，接地变压器t与消弧线圈之间设置有与控制器连接的中性点电流互感器ct0和中性点电压互感器pt0，控制器通过线路零序电流互感器ct与至少两条支线连接，支线与母线连接，中性点电压互感器与消弧线圈之间设置有分路，分路通过与控制器连接的开关pt0与电阻器连接。

进一步的，消弧线圈和电阻器均接地，且消弧线圈为调容式消弧线圈或调匝式消弧线圈l，电阻器为可调电阻器rn。

进一步的，可调电阻器rn为中值电阻和小值电阻(图3中r1和r2)。

进一步的，控制器与电源板、开关量输入板、模拟量信号板、开关量输出板、和通讯端口连接。

进一步的，接地变压器t为z型接地变压器，且其与母线之间设置有控制开关。

本申请的控制器由现有技术中的wzxc消弧限压接地补偿及选线装置来实现，其主板采用中国台湾研华公司嵌入式pc104工控机(pcm-3350)作为主处理器。

本申请保证10kv电网发生接地故障时，控制器能够按照中性点经消弧线圈并联电阻组合方案的工作原理及工作流程准确、可靠的动作；其主要为消弧线圈自动跟踪补偿和接地选线。

消弧线圈自动跟踪补偿控主要实现电网正常运行时，实时测量系统电容电流，并相应调整消弧线圈挡位，保证消弧线圈始终靠近谐振点运行。

接地选线主要实现当10kv电网发生永久接地故障时，投入小电阻，与消弧线圈并联，改变零序回路参数，进行故障选线。

图2所示：t为接地变压器；xl为调匝式消弧线圈；r1为中值电阻；r2为值小电阻；r3为阻尼电阻；k1～k4为真空开关；s1为隔离刀闸；l1～ln为10kv出线1～n；xc1～xcn为10kv出线1～n的对地分布电容容抗；r1～rn为10kv出线1～n的对地分布绝缘电阻；ahl1～ahln为10kv出线1～n的零序电流互感器；ahr1为安装在中值电阻r1回路中的电流互感器；ahr2为安装在小值电阻r2回路中的电流互感器；ahr3为安装在消弧线圈xl回路中的电流互感器；

同中性点经消弧线圈谐振接地方式一样，自动跟踪消弧线圈连接在接地变压器高压侧中性点上，所不同的是，中值电阻r1、小值电阻r2与消弧线圈并联相接。

电网正常运行时，消弧线圈与中值电阻并联常投，消弧线圈采取预调调匝式消弧线圈，控制器实时通过互感器测量系统电容电流，并相应调整消弧线圈挡位，保证消弧线圈始终靠近谐振点运行。

发生单相接地故障，消弧线圈无需调节，零延时进行补偿。

在发挥消弧线圈补偿容性故障电流、减缓故障相恢复电压上升速度的作用的同时，利用并联的中值电阻抑制过电压。

经过一段时间，如单相接地持续存在，切掉并联的中值电阻，充分发挥消弧线圈补偿故障电流的作用，通过补偿后残流小于10a使电弧熄灭，若电弧熄灭接地消失，则重新投入并联中值电阻，利用并联中值电阻的阻尼作用使系统恢复正常运行；若接地不消失，则认为电网发生永久性接地故障，投入小电阻，与消弧线圈并联，改变零序回路参数，利用零序保护或选线装置进行故障选线。

其进一步详细描述为：中性点经消弧线圈与电阻组合的接地方式，正常工作情况下中性点经消弧线圈与中电阻并联常投。发生单相接地故障后，通过中值电阻抑制过电压。

从发生单相接地故障开始计时，在t1时间内(0.5s-2s)，如果系统接地消失，则不进行投切并联电阻的操作；若故障不消失，则控制装置跳开真空开关k1，切除中值电阻，由消弧线圈进行补偿，达到熄弧的目的。

从切除中值电阻开始计时，在t2(可设定)时间内，如果系统接地消失，则控制装置合上真空开关k1，重新投入中值电阻，使系统恢复为消弧线圈并联中值电阻运行状态；若接地仍未消失，认为发生永久性接地故障，则合上真空开关k2，投入小电阻。

从投入小电阻开始计时，在t3时间内(可设定)，利用并联后的小电阻接地选线，由于接地线路和正常线路在并联电阻投入时间内，零序电流信号差距相当显著，所以针对金属性及低阻接地故障，选线装置能准确选择出故障线路，零序保护装置也能够快速切除故障线路。t3时间到后必须切除小电阻，控制装置跳开真空开关k2，切除小电阻。

从切除小电阻开始计时，在t4时间内(可设定)，如果接地故障消失，则重新投入并联中值电阻，系统恢复为消弧线圈与中值电阻并联的运行方式；t4时间到后，如果接地故障没有消失，则合上真空开关k2，第二次投入小电阻。

从第二次投入小电阻开始计时，在t5时间内(可设定)，利用并联后的小电阻再次接地选线，针对系统出现高阻抗接地情况下也能准确的选择出故障线路，同时零序保护装置也能够快速切除故障线路。t5时间到后必须切除小电阻，控制装置跳开真空开关k2，切除小电阻。

从第二次切除小电阻开始计时，在t6时间内(可设定)。如果接地故障消失，则重新投入并联中值电阻，系统恢复为消弧线圈与中值电阻并联的运行方式；如果接地故障没有消失，就一直由消弧线圈单独运行补偿，同时发出报警信号，直到接地故障消失后，才投入并联中值电阻，系统恢复为消弧线圈与中值电阻并联的运行方式。

中值电阻的选择：

电弧接地时，若取rn＝1/(3ωc)，中性点位移电压在半个周期内降到原来的4.32％，系统能量几乎完全泄漏掉，从而降低了接地故障相上的最大电压恢复数值(不超过相电压)，使电弧重燃不致引起高幅值的过电压。对不同的系统，c0不同，rn的取值也不同，一般上限在100ω以上，属于高值范围。

当系统单相接地，健全相出现谐振情况下，产生的谐振过电压倍数为

若令

当α＝1，即ir＝ic时，已可将健全相的谐振过电压限制在2.8p.u.以下。当ir>1.5ic以后，抑制谐振过电压的作用已不明显，因此，一般可选取ir的值为(1～1.5)ic。

小值电阻的选择：

根据ieee标准，小电阻接地方式故障电流水平的标准为100～1000a，根据我国具体情况，接地故障电流水平400～1000a为小电阻接地方式，电网中性点电阻的计算原则为10kv配电网(本申请主要用于10kv输电线路)的最高运行电压12kv，则rn的取值范围6.93～17.32ω。

电源板选用创联c-35p的开关电源，主要为控制装置提供+5v，+12v及-12v工作电源。开关量输入输出所需的+24v电源回路主要采用北京新创四方电子有限公司的s15-04电源变压器。

模拟信号输入板主要是采集所需的电压、电流信号量，并完成信号处理。各模拟量输入通过精密pt，ct与现场隔离，数字量输入光耦隔离。主要采集的电压信号由母线pt电压ubc、开口三角电压、中性点电压u0、消弧线圈内附pt电压。主要采集的电流信号由10kv各出线回路的零序ct电流、中性点电流i0、中值电阻r1回路中的电流ir1、小值电阻r2回路中的电流ir2、消弧线圈xl回路中的电流ixl等。

其中采用的电压互感器和电流互感器都采用北京新创四方电子有限公司的，电压互感器型号为tv1013-1，电流互感器型号为ta1016-2。

模拟信号到数字信号转换芯片选用美信公司的max125芯片。

开关量输入板主要采集的开关量输入信号有：中值电阻回路开关k1分位辅助接点、中值电阻回路开关k1合位辅助接点；小值电阻回路开关k2分位辅助接点、小值电阻回路开关k2合位辅助接点；阻尼电阻回路开关k4分位辅助接点、阻尼电阻回路开关k4合位辅助接点；消弧线圈档位信号辅助接点等。

开关量输入板以及开关量输出板所需的+24v电源主要采用北京新创四方电子有限公司的s15-04电源变压器。直接把交流220v的电源变为24v的电源，再经过滤波电路、去藕电路、整流电路最后变为稳定的供给开关量输出继电器使用的+24v直流电源。这里采用独立的电源回路是为了提高选线装置的供电可靠性和抗干扰能力，保证在投切并联的真空开关时继电器可靠动作。

开关量输出板主要控制的开关量输出信号有：跳开中值电阻回路开关k1、闭合中值电阻回路开关k1；跳开小值电阻回路开关k2、闭合小值电阻回路开关k2；跳开阻尼电阻回路开关k4、闭合阻尼电阻回路开关k4；控制消弧线圈升档；控制消弧线圈降档；发生接地故障后报警；装置故障时报警等。

wzxc消弧限压接地补偿及选线装置主板采用中国台湾研华公司嵌入式pc104工控机(pcm-3350)作为主处理器，完成任务调度、数据计算、界面显示、串行通讯、打印、数据存取等功能。

主板所需要的工作电源由电源板提供；开关量输入状态从开关量输入板获得；通过开关量输出板控制各开关动作；与模拟量输入板上80c196单片机，共同完成数据采样、数据处理等；通过串口实现和综自后台通讯；装置配有rs232、rs232/485/422两个串行接口，可用于与远动、综合自动化设备接口，进行数据远传或进行远方控制。

其以上硬件均为厂家模块化生产，在组合安装时通过固定接口进行连接。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。