专利名称：电力输配电系统过电压限制及小电流接地选线综合装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力输配电系统配套装置，特别涉及电力输配电系统过电压限制及接地选线的装置，具体为电力输配电系统过电压限制及小电流接地选线综合装置。
背景技术：
电力输配电系统，尤其是高压电力输配电系统(3-35KV)大都采用中性点非有效接地系统。中性点非有效接地系统中，除雷电过电压外，由单相电弧接地及系统谐振引起的过电压最为频繁，并且这类过电压有较高的幅值和较长的持续时间，如果该类过电压不能进行有效的限制，将会对该类电网的供用电设备产生积累性损伤，并且可能在外绝缘薄弱点造成对地发生击穿或相间闪络，从而引发短路事故等。
目前，限制弧光接地过电压的主要措施仍是将电网的中性点经消弧线圈接地。但消弧线圈并不能消除间歇性电弧接地过电压，也不能限制过电压的幅值，甚至在某些情况下，因消弧线圈的存在，电弧重燃可能在恢复电压最大这一最不利时刻才发生，使弧光接地过电压升高。消弧线圈不能补偿接地电流中的高频分量和有功分量，高频性的间歇电弧接地仍然存在；在有功分量大于一定值时，故障点接地电弧同样不能自熄。消弧线圈对限制谐振引起的过电压不起任何作用，而且在断线或高压侧出现零序电压和零序电流时极有可能引发铁磁谐振。实际运行经验也证明，在中性点经消弧线圈接地的3～35kv配电网中，由电弧和谐振引发的事故仍时有发生。
专利号为99229228.x的中国专利公开了一种“三相电力电网非直接接地系统过电压限制器”。其采取了将间歇性电弧接地转变为母线金属性直接接地的消弧措施，但该过电压限制器在母线接地和断开的瞬间造成对系统的冲击，特别是断开接地母线瞬间产生的瞬态过电压，使在绝缘水平下降由过电压冲击引起的单相间歇电弧接地仍然可能再次发生，而且在接地断开后，健全相对地电容上多余的存储电荷将通过互感器的绕组放电，造成绕组的瞬间磁饱和，仍会激发铁磁谐振。
电气设备总是具有电感或电容属性。当系统进行操作或发生故障时，这些电感、电容元件形成振荡回路，产生谐振，导致系统出现严重的谐振过电压，危及电气设备绝缘，谐振持续的过电流甚至烧毁小容量电感元件设备，其持续特性造成选择过电压保护措施困难。
目前国外(国内也有少数地区开始采用)对此类电网采取中性点经小电阻接地来抑制这两种过电压，但这种系统在发生单相接地时，不论单相接地故障是瞬间的、还是永久性的，都直接将故障接地线路切除，而电力系统的运行经验表明，单相接地故障绝大多数是瞬间的，特别是架空线路构成的电网，这样必然造成停电事故的急剧增多，明显降低了供电可靠性。
中性点非直接接地系统存在的另一个问题是接地保护选择性差，现有的小电流选线装置一般是采用比较零序电流的幅值和相位的方法进行选线，在零序电流较小时准确性不高，特别是经消弧线圈接地的系统，在馈线长度相差很大的情况下，其误判率更高。
发明内容
本实用新型针对现有技术存在的缺陷和问题，提供一种电力输配电系统过电压限制及小电流接地选线综合装置，并只以提供该装置的硬件结构为目的。该装置使中性点非直接接地电网，在各种运行方式下，均能有效的限制单相间歇性电弧接地及谐振引起的过电压，对永久性的单相金属性接地，无论系统电容电流的大小，均能准确的选线。
本实用新型是采用如下技术方案实现的电力输配电系统过电压限制及小电流接地选线综合装置，包含由控制器WZK控制其带电、失电状态的单相高压真空开关，单相高压真空开关为四个，四个单相高压真空开关的常开触点呈星型连接，其中三个端头分别接于系统三相母线之上，另外一端接在大地；四个单相高压真空开关的常开触点两端分别并联有高能非线性电阻。接在系统母线上的三个常开触点并联的高能非线性电阻的保护动作值相同，与一端接地的常开触点并联的高能非线性电阻保护动作值较低。所述高能非线性电阻为高能氧化锌材料组成的大功率电阻。当系统中发生由于真空断路器操作引起的操作过电压时，四个高压真空开关的常开触点不动作，四只高能非线性电阻组成一个星型连接的高能量的过电压保护器，将会对由于真空开关操作引起的过电压进行限制；在发生间歇电弧接地过电压时，通过闭合故障相的高压真空开关的常开触点，使故障相直接接入接地相的高能非线性电阻，通过接地相的高能非线性电阻泄放接地引起的电磁能量、限制接地相的恢复电压，故障点因恢复电压被限制得较低电弧不能重燃而消弧；在发生稳定性电弧接地过电压时，通过闭合故障相及接地相的高压真空开关的常开触点，使故障相转变成金属性接地，从而限制接地相的恢复电压，消除弧光接地故障。在系统发生单相金属性接地故障时，通过闭合任一健全相的高压真空开关，人为增加系统的故障电流，使接地点的故障电流大大增大，从而使微机控制器能够准确地选出故障线路。
像现有的过电压限制器一样，本实用新型所述的综合装置也包含连接于三相母线与控制器输入端之间的电压互感器，用于采集系统的电压信号作为控制器的输入信号，而实现对系统的实时监控。电压互感器的二次边带有辅助绕组，并将辅助绕组连接成开口三角绕组，开口三角绕组连接到控制器的信号输入端，主要用来完成对系统电压的监测；在系统发生谐振故障时，通过控制器输出节点，瞬间短接电压互感器的开口三角绕组，破坏系统的谐振参数，消除谐振。
所述的控制器WZK的作用，是以电压互感器采集的系统电压作为输入信号，相应地控制各高压真空开关动作，来达到过电压限制和接地选线的目的。实现该功能的控制器的结构是本领域技术人员公知且容易实现的。如可采用各种逻辑电路构成，也可以单片机来实现。
本实用新型所述的综合装置能够有效的抑制3～35kv中性点非直接接地电网单相间歇电弧接地及谐振引起的过电压，能够确保分支线路单相接地时准确选线，其消弧和选线的机理与电网电容电流的大小无关，因而不受电网运行方式的改变和电网扩大的影响，大网小网均可使用，整个装置可组成一台高压柜，结构简单，体积小，安装、调试方便，价格低廉，使用安全，可广泛用于3～35kv变电站和发电厂的高压厂用系统，原装有消弧线圈的系统同样可用。
图1为本实用新型所述综合装置的电路原理图；图2为电压互感器的具体接线电路原理图；具体实施方式
电力输配电系统过电压限制及小电流接地选线综合装置，包含由控制器WZK控制其带电、失电状态的单相高压真空开关，单相高压真空开关为四个，四个单相高压真空开关的常开触点KA、KB、KC、KD呈星型连接，其中三个端头分别接于系统三相母线之上，另外一端接在大地；四个单相高压真空开关的常开触点KA、KB、KC、KD两端分别并联有高能非线性电阻RA、RB、RC、RD。还包含连接于三相母线与控制器WZK输入端之间的电压互感器TV，电压互感器的二次边带有辅助绕组，并将辅助绕组连接成开口三角绕组，开口三角绕组连接到控制器WZK的信号输入端。所述的电压互感器TV由三台单相电压互感器构成，三只单相电压互感器的一次和二次边均采用星型连接，将二次边的三相辅助绕组三角形连接但不闭合而形成开口三角绕组；该电压互感器的特点是线性范围宽、相移小，即使在系统发生最严重的弧光接地过电压时，也能保证其输出信号的幅值和相位的准确性。控制器WZK采用以单片机为核心的硬件结构(辅以精心设计的软件)；装置还包含高压隔离开关QS1，作为本装置与电力系统连接的主要部件，可通过该元件实现本装置与系统的通断；还包含高压熔断器2，作为本装置的后备保护单元，主要用来保护电压互感器的安全运行；还包含快速熔断器5，作为本装置的主要后备保护单元，特点在于开断时间短(＜2ms)，开断容量大(＞63KA)，主要用来防止装置的内部短路故障。
工作时，由电压互感器提供动作信号，完成对系统的实时监控。单片机控制器在相应软件支持下，根据电压互感器提供的三相电压Ua、Ub、Uc及零序电压Uz瞬时值的变化进行判断(Un为共公接线端)，并根据判断的结果，发出相应的指令，令四只高压真空开关动作。若是由于真空开关操作引起的操作过电压，单片机控制器不会发出任何指令；在发生间歇电弧接地过电压时，通过闭合故障相的高压真空开关的常开触点KA或KB或KC，使故障相接入动作值较低的高能非线性电阻RD，泄放接地引起的电磁能量，限制接地相的恢复电压，故障点因恢复电压被限制得较低，电弧不能重燃而消弧。在发生稳定性电弧接地过电压时，通过闭合故障相的高压真空开关的常开触点KA或KB或KC及接地相的高压真空开关的常开触点KD，使故障相转变成金属性接地，从而限制接地相的恢复电压，消除弧光接地故障；在系统发生谐振故障时，通过装置的单片机控制器输出节点KG，瞬间短接装置中的电压互感器的开口三角绕组(附图2)，破坏系统的谐振参数，消除谐振；在系统发生单相金属性接地故障时，通过闭合任一健全相的高压真空开关(假如是A相发生接地，闭合B相或者C相的真空开关)，这时系统变成了两相短路故障，系统的故障电流将大大增大，人为增加系统的故障电流，使接地点的故障电流大大增大，在整个系统当中，只有故障线路的电流最大，从而使微机控制器能够准确地选出故障线路。由于两相线路是通过非线性电阻RD短接的，由于非线性电阻RD具有限流特性，所以不需考虑系统的安全运行问题。
权利要求1.一种电力输配电系统过电压限制及小电流接地选线综合装置，包含由控制器(WZK)控制其带电、失电状态的单相高压真空开关，其特征为单相高压真空开关为四个，四个单相高压真空开关的常开触点(KA、KB、KC、KD)呈星型连接，其中三个端头分别接于系统三相母线之上，另外一端接在大地；四个单相高压真空开关的常开触点(KA、KB、KC、KD)两端分别并联有高能非线性电阻(RA、RB、RC、RD)。
2.如权利要求1所述的电力输配电系统过电压限制及小电流接地选线综合装置，其特征为还包含连接于三相母线与控制器(WZK)输入端之间的电压互感器(TV)，电压互感器的二次边带有辅助绕组，并将辅助绕组连接成开口三角绕组，开口三角绕组连接到控制器(WZK)的信号输入端。
3.如权利要求2所述的电力输配电系统过电压限制及小电流接地选线综合装置，其特征为电压互感器(TV)由三台单相电压互感器构成，三只单相电压互感器的一次和二次边均采用星型连接，将二次边的三相辅助绕组三角形连接但不闭合而形成开口三角绕组。
4.如权利要求1或2或3所述的电力输配电系统过电压限制及小电流接地选线综合装置，其特征为控制器(WZK)采用以单片机为核心的硬件结构。
专利摘要本实用新型为电力输配电系统过电压限制及小电流接地选线综合装置，涉及电力输配电系统配套装置。该电力输配电系统过电压限制及小电流接地选线综合装置包含由控制器WZK控制其带电、失电状态的单相高压真空开关，单相高压真空开关为四个，四个单相高压真空开关的常开触点呈星型连接，其中三个端头分别接于系统三相母线之上，另外一端接在大地；四个单相高压真空开关的常开触点两端分别并联有高能非线性电阻。本实用新型所述的综合装置能够有效的抑制3～35kv中性点非直接接地电网单相间歇电弧接地及谐振引起的过电压，能够确保分支线路单相接地时准确选线，可广泛用于3～35kv变电站和发电厂的高压厂用系统，原装有消弧线圈的系统同样可用。
文档编号H02H9/08GK2884641SQ200620024059
公开日2007年3月28日 申请日期2006年4月8日 优先权日2006年4月8日
发明者张树仁 申请人:张树仁