专利名称：电网单相接地综合保护装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电网单相接地综合保护装置。
背景技术：
目前，我国3 35kV中压电网中应用的消弧消谐装置，其主要功能大致可分为消弧功能、过电压限制功能、事故追忆和数据远传功能、选线功能和消谐功能五个方面。基于将故障相直接接地原理的消弧消谐装置，从理论和技术方面分析应该能够起到熄灭电弧和控制故障发展的作用，然而，通常只把消弧功能、过电压限制功能、事故追忆和数据远传功能作为标准配置，选线功能和消谐功能由用户自行选择，这在现场实际使用中常常会存在以下问题 第一，有的用户在签订购销合同时只选择了标准配置的消弧消谐装置，由于不具备选线功能，即使消弧消谐装置动作后熄灭了接地电弧，为了选线又不得不多次把装置强行复位，使故障点多次燃弧，以至于最终导致相间短路事故的发生； 第二，虽然供货厂商也向用户介绍了选线功能和选线原理，然而在现场已经配置了小电流选线装置的情况下，为了避免重复投资，用户通常还是选择了标准配置的消弧消谐装置，这不仅存在单相弧光接地时选线不准的问题，而且由于消弧消谐装置的动作使选线无法进行，其结果是要么放弃选线致使接地故障并未获得处理，要么因消弧消谐装置多次强行复位最终导致相间短路事故； 第三，消弧消谐装置安装在总降变电所主母线上，与安装在外引电源的分变电所母线上，对功能配置要求的侧重点是不同的，若在功能选配时不很好地加以区别，就会在一次单相接地时造成多台消弧消谐装置动作而无法复位的问题； 第四，除消弧功能、过电压限制功能以及事故追忆和数据远传功能作为标准配置配置在同一个机箱之外，选线功能和消谐功能是靠积木式结构来实现的，都是采用各自独立的机箱，一旦用户要求配置全部功能时，就会造成仪表室门上因安装的设备过多而显得非常拥挤； 第五，通常消弧消谐装置中的微机控制器不具备过电压和欠电压保护功能，为能取代常规的电压互感器柜，需在仪表室另外增设微机综和保护装置，这又进一步增加了仪表室设备布置和二次布线的难度； 第六，通常消弧消谐装置只能采用固定式结构，柜内元件检修不便，元件互换性差，一旦柜内产生电弧很容易造成事故的扩大，如果用户需要把现场已有的电压互感器柜改造成消弧消谐装置，不仅现场改造工作量大，而且需要把整个母线全部停电，这使现场改造难以实现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于各种柜型、具备选线功能、便于现场选型、使用和维护的电网单相接地综合保护装置。
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为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案电网单相接地综合保护装置，包括 柜壳，金属隔板将柜壳围成的封闭空间按功能分为主母线室、接地开关室、电压互感器室和 二次仪表室，所述的二次仪表室内设置微机综合控制器，微机综合控制器通过二次电缆与 线路零序电流互感器连接，线路零序电流互感器安装在线路开关柜中，微机综合控制器所 需的二次电压信号由电压互感器室通过航空插头引入。 由上述技术方案可知，本发明在二次仪表室内设置微机综合控制器，并将微机综 合控制器与线路零序电流互感器连接，通过线路零序电流互感器检测线路零序电流，利用 线路零序电流的变化判断出单相接地故障发生在母线上还是发生在线路上，并具体判断出 发生在哪条线路上。本发明将自动选线功能作为标准配置，大大地方便了用户的功能选配 和现场使用，有利于保护装置功能的发挥。
图1是本发明的电气一次系统接线图；
图2是本发明的内部结构示意图；
图3是本发明的外部结构示意图。
具体实施例方式
电网单相接地综合保护装置，包括柜壳50，柜壳50上设置观察窗52以供用户观察
本装置的内部运行情况，柜壳50上还设置用于指示隔离手车31工作状态的手车位置指示
灯51。金属隔板将柜壳50围成的封闭空间按功能分为主母线室10、接地开关室20、电压互
感器室30和二次仪表室40，所述的二次仪表室40内设置微机综合控制器41，微机综合控
制器41通过二次电缆与线路零序电流互感器连接，线路零序电流互感器安装在线路开关
柜中，选线功能所需要的线路零序电流信号只能由线路零序电流互感器获得，而线路零序
电流互感器必须安装在线路开关柜中，线路零序电流互感器不仅能与本装置配套，也可以
与其他原理的小电流选线装置配套，如图2所示。变电所的母线上通常连接有多条线路，系
统单相弧光接地故障可能发生在母线上，也可能发生在线路上。选线功能是指利用线路零
序电流互感器监测线路零序电流，并通过线路零序电流的变化判断出单相接地故障发生是
发生在母线上还是发生在线路上，并进一步判断出故障具体发生在哪条线路上。 结合图2，所述的微机综合控制器41由系统电压采集板、线路电流采集板、信号处
理板、显示驱动板和电源板组成。系统电压采集板采集系统各相电压、开口三角电压和接地
电流；线路电流采集板用于采集线路零序电流；信号处理板直接接受和处理外部开关量，
并对上述两个信号采集板即电压采集板和线路电流采集板，提供的高频暂态电气量的采用
数据进行处理；显示驱动板对两个信号采集板采集的稳态工频采样数据进行处理，并承担
运行状态、数据显示和数据存储；电源板用于向电压采集板、线路电流采集板、信号处理板
和显示驱动板提供工作电源，同时向外输出动作命令。这种结构能够充分利用软件和硬件
资源，减少元件数量，降低成本，提高保护装置的运行可靠性和内部通讯速度。 结合图2，所述的主母线室10位于柜壳50的后方，柜壳50的前方从上至下依次布
置有二次仪表室40、电压互感器室30和接地开关室20，所述的柜壳50前方的右上部为二
次仪表室40，柜壳50前方的左下部为接地开关室20，电压互感器室30位于二次仪表室40和接地开关室20之间，所述的前方是指工作人员在操作时正视柜体的方向。所述的主母线 室10、电压互感器室30、接地开关室20都设置了独立的泄压通道，以防止因内部故障而造 成柜体结构的严重变形。二次仪表室40与主母线室10、电压互感器室30、接地开关室20 相互之间完全隔离，保证了检修、调试以及运行中检查的安全，而且任何隔室内部故障都无 法波及到其他隔室。 结合图1、2，所述的电压互感器室30内设置隔离手车31，隔离手车31沿导轨31a 推入柜体或从柜体内拉出，隔离手车31上安装电压互感器36和高压熔断器35。所述的主 母线室10内设有从穿墙套管12穿过并进入柜壳50内的三相主母线ll，位于柜壳50内部 的三相主母线11由支柱绝缘子支撑，并引出三支分支母线13分别与隔离手车31上的三个 上静触头37相连，上静触头37位于上触头盒37a内。所述的隔离手车31的三个上动触头 32通过位于上触臂套管32a中的上触臂32b固定，隔离手车31的三个下动触头33通过位 于下触臂套管33a中的下触臂33b固定，上动触头32和下动触头33通过上下触头连接排 34连接，三个高压熔断器35的一端接在下动触头33上，另一端接电压互感器36的输入端， 电压互感器36的另一端接地。所述的电压互感器室30内的电压互感器36、高压熔断器35 以及隔离手车31上的动静触头等配件是通用件，具有良好的互换性，只要将隔离手车31拉 出到检修位置，就可以方便快捷地对上述元件进行更换或检修。此外，接地开关室20的门 在柜后，只要打开柜门，对其中的分相接地开关21、过电压保护器24、电流互感器23等进行 更换和检修都很方便，上述这种结构实现了主要部件的互换，为提高检修效率、縮短检修工 期、减小检修空间创造了良好条件。 结合图1、2，所述的接地开关室20内设置分相接地开关21，分相接地开关21的二 次控制回路通过航空插头25和二次电缆与微机综合控制器41相连，分相接地开关21的上 出线端通过连接铜排与隔离手车31的下静触头38连接，分相接地开关21的下出线端由 连接铜排并联为一个公共端，该公共端经接地电缆22穿过电流互感器23接到接地母线26 上，过电压保护器24的输入端接在隔离手车31的三个下静触头38上，过电压保护器24的 输出端接地。所述的分相接地开关21为分相快速真空断路器，或者由高压限流熔断器与真 空接触器串联组成。所述的过电压保护器24包括四个首端相接的氧化锌阀片FR，其中第 一、二、三氧化锌阀片FR1、 FR2、 FR3的尾端分别串联第一、二、三放电间隙CG1、 CG2、 CG3后 接在隔离手车31的下静触头38上，第四氧化锌阀片FR4的尾端串联第四放电间隙CG4后 接地。过电压保护器24的相对地保护特性与相间保护特性完全相同，不仅能限制雷电过电 压还能限制电网内部过电压，不仅能限制相对地过电压还能限制相间过电压。
以下结合图1、2、3对本发明作进一步的描述。 只要将隔离手车31推入到工作位置，处于隔离手车31上的电压互感器36的高压 绕组就已带电，处于接地开关室20内的三个分相接地开关21的上触头也已同时带电，整个 装置进入准备动作的运行状态。 系统正常运行时，微机综合控制器41通过电压互感器36送来的电压信号，对系统 运行电压进行监测。微机综合控制器41的系统电压采样板对系统各相对地电压和开口三 角电压实时进行工频采样，同时对系统开口三角电压进行高频采样；显示驱动板对系统电 压采集板采集的工频采样数据进行处理，计算出各相电压和开口三角电压的有效值，并在 面板上显示，一旦各相电压有效值的计算结果超过预先设定的过电压限值或低于欠电压限值，则微机综合控制器41及时发出报警并输出无源开关量接点信号，面板显示故障类型和 各相电压。与此同时，信号处理板对系统电压采集板提供的开口三角电压高频采样数据进 行实时处理，一旦开口三角电压超过预先设定的限值，则立即启动中断；系统电压采集板立 即对系统各相对地电压实施高频采样，显示驱动板立即中止对稳态电气量的处理与显示， 线路电流采集板开始进行第一时段线路零序电流的高频数据采集。 信号处理板对系统电压采集板提供的系统各相对地电压的高频采样数据进行分 析处理，迅速对故障类型和故障相别做出判断，故障类型包括电压互感器36断线、金属性 接地、弧光接地以及铁磁谐振。 如果是电压互感器36断线故障，则微机综合控制器41面板显示故障类型、相别及 系统各相对地电压，发出报警信号并输出无源开关量接点信号，以便用户对有可能误动作 的继电保护装置进行闭锁。 如果是单相接地故障，单相接地故障分为单相金属性接地和单相弧光接地故障两 种，则微机综合控制器41向故障相的分相接地开关21发出合闸命令，分相接地开关21可 在30ms左右合闸，将故障相直接接地，故障相母线通过分相接地开关21与接地网直接相 连。微机综合控制器41的面板显示故障类型和相别、系统各相对地电压及系统在当时运行 方式下的单相接地故障电流有效值。若发生单相弧光接地故障，则可迅速熄灭接地电弧并 将弧光接地过电压稳定在线电压的安全水平，能有效避免因弧光接地引发的相间短路事故 以及因弧光接地过电压导致的铁磁谐振和避雷器爆炸等事故；若发生金属性接地故障，则 可大大降低接触电压和跨步电压，有利于保障设备和人身安全。在分相接地开关21合闸之 后，线路电流采集板进行第二时段线路零序电流的高频数据采集，信号处理板通过对分相 接地开关21合闸前后线路零序电流采集数据的分析，按照最大增量法的原则选出故障线 路。通过接地的电流互感器23，系统电压采集板采集到系统单相接地故障电流的工频采样 信号，显示驱动板计算出有效值后显示在微机综合控制器41的面板上。可见，当系统发生 单相接地故障时，本装置还能迅速准确地选出并显示故障线路。 如果系统发生铁磁谐振，则信号处理板根据开口三角电压进行傅里叶级数分析，
并参考各相对地电压的变化，迅速判断出谐振类型和频率，并投入相应的阻尼电阻，微机综
合控制器41的面板上显示谐振频率和各相对地电压，待谐振消失后解除阻尼电阻。 此外，本装置具有事故追忆功能，可记录18次故障发生的时间和故障的类型以
及故障时的相关电气量，可供用户事后调阅。本装置还具有数据远传功能，本装置配置了
RS485微机通讯接口 ，可以按照用户指定的通讯规约，通过网络总线与计算机监控系统实现
数据传输。所传送的数据有系统正常运行时的线电压和三相电压，系统发生过电压或低电
压的时间以及故障时各相之间的线电压，发生电压互感器36断线故障的时间、相别及故障
时的各相电压，发生单相金属性接地的时间、相别、故障线路编号以及故障时的各相电压，
发生单相弧光接地故障的时间、相别、故障线路编号、以及故障时的各相电压和系统单相接
地故障电流，系统发生铁磁谐振的时间、谐振频次、谐振频率。 总之，本发明的核心在于核心控制部件一微机综合控制器41的功能设置上，除了 常规消弧消谐装置所具备的基本功能消弧功能和过电压限制功能之外，还把选线功能作为 基本功能列为标准配置，不仅能有效控制故障的进一步发展，还能为用户处理单相接地故 障提供故障线号。微机综合控制器41还可以显示系统正常运行电压，增设了过电压和欠电压报警功能，使得正常监测功能更加完备。此外，按照安装地点不同对功能要求侧重点的差 异，对保护装置的功能进行了优化组合，分为总站型和分站型，方便了用户的设备选型、现 场使用和动作协调。利用KYN28型开关柜体中部的隔离手车31内布置电压互感器36及其 高压熔断器35，同时作为保护装置的可移开部件；利用出线电缆室作为接地开关室20，布 置分相接地开关21、过电压保护器24和电流互感器23等元件，解决了保护装置实现小型化 无法逾越的元件布置空间问题。
权利要求
电网单相接地综合保护装置，包括柜壳(50)，金属隔板将柜壳(50)围成的封闭空间按功能分为主母线室(10)、接地开关室(20)、电压互感器室(30)和二次仪表室(40)，其特征在于所述的二次仪表室(40)内设置微机综合控制器(41)，微机综合控制器(41)通过二次电缆与线路零序电流互感器连接，线路零序电流互感器安装在线路开关柜中，微机综合控制器(41)所需的二次电压信号由电压互感器室(30)通过航空插头引入。
2. 根据权利要求1所述的电网单相接地综合保护装置，其特征在于所述的微机综合控制器(41)包括用于采集系统各相电压、开口三角电压和接地电流的系统电压采集板、用于采集线路零序电流的线路电流采集板、对所采集的信号的高频暂态电气量进行处理的信号处理板、用于对所采集信号的稳态工频采样数据进行处理并显示数据的显示驱动板和用于提供工作电源的电源板。
3. 根据权利要求1所述的电网单相接地综合保护装置，其特征在于所述的主母线室(10)位于柜壳(50)的后方，柜壳(50)的前方从上至下依次布置二次仪表室(40)、电压互感器室(30)和接地开关室(20)，所述的柜壳(50)前方的右上部为二次仪表室(40)，柜壳(50)前方的左下部为接地开关室(20)，电压互感器室(30)位于二次仪表室(40)和接地开关室(20)之间。
4. 根据权利要求3所述的电网单相接地综合保护装置，其特征在于所述的主母线室(10)内设有从穿墙套管(12)穿过并进入柜壳(50)内的三相主母线(ll)，位于柜壳(50)内部的三相主母线(11)由支柱绝缘子支撑，并引出三支分支母线(13)分别与隔离手车(31)的三个上静触头(37)相连，上静触头(37)位于上触头盒(37a)内。
5. 根据权利要求3所述的电网单相接地综合保护装置，其特征在于所述的电压互感器室(30)内设置隔离手车(31)，隔离手车(31)上安装电压互感器(36)和高压熔断器(35)，隔离手车(31)沿导轨(31a)推入柜体或从柜体内拉出，所述的隔离手车(31)的三个上动触头(32)通过位于上触臂套管(32a)中的上触臂(32b)固定，隔离手车(31)的三个下动触头(33)通过位于下触臂套管(33a)中的下触臂(33b)固定，上动触头(32)和下动触头(33)通过上下触头连接排(34)连接，三个高压熔断器(35)的一端接在下动触头(33)上，另一端接电压互感器(36)的输入端，电压互感器(36)的另一端接地。
6. 根据权利要求3所述的电网单相接地综合保护装置，其特征在于所述的接地开关室(20)内设置分相接地开关(21)，分相接地开关(21)的上出线端通过连接铜排与隔离手车(31)的下静触头(38)连接，下静触头(38)位于下触头盒(38a)内，分相接地开关(21)的下出线端由连接铜排并联为一个公共端，该公共端经接地电缆(22)穿过电流互感器(23)并连接到接地母线(26)，过电压保护器(24)的输入端接在隔离手车(31)的三个下静触头(38)上，过电压保护器(24)的输出端接地。
7. 根据权利要求6所述的电网单相接地综合保护装置，其特征在于所述的分相接地开关(21)的二次控制回路通过航空插头(25)和二次电缆与微机综合控制器(41)相连。
8. 根据权利要求6所述的电网单相接地综合保护装置，其特征在于所述的分相接地开关(21)为分相快速真空断路器，或者由高压限流熔断器与真空接触器串联组成。
9. 根据权利要求6所述的电网单相接地综合保护装置，其特征在于所述的过电压保护器(24)包括四个首端相接的氧化锌阀片FR，其中第一、二、三氧化锌阀片FR1、 FR2、 FR3的尾端分别串联第一、二、三放电间隙CG1、CG2、CG3后接在隔离手车(31)的三个下静触头(38)上，第四氧化锌阀片FR4的尾端串联第四放电间隙CG4后接地,
全文摘要
本发明涉及一种电网单相接地综合保护装置，包括柜壳，金属隔板将柜壳围成的封闭空间按功能分为主母线室、接地开关室、电压互感器室和二次仪表室，所述的二次仪表室内设置微机综合控制器，微机综合控制器通过二次电缆与线路零序电流互感器连接，线路零序电流互感器安装在线路开关柜中。本发明在二次仪表室内设置微机综合控制器，并将微机综合控制器与线路零序电流互感器连接，通过线路零序电流互感器检测线路零序电流，利用线路零序电流的变化判断出单相接地故障发生在母线上还是发生在线路上，并具体判断出发生在哪条线路上。本发明将自动选线功能作为标准配置，大大地方便了用户的功能选配和现场使用，有利于保护装置功能的发挥。
文档编号G01R31/08GK101707358SQ20091018544
公开日2010年5月12日 申请日期2009年11月10日 优先权日2009年11月10日
发明者刘亮 申请人:刘亮