专利名称：一种提高煤矿6~10kV电网横向选择性的接地保护方法
技术领域：
本发明涉及一种电网接地保护方法，尤其涉及一种提高煤矿ClOkV电网横向选择性的接地保护方法。
背景技术：
煤矿电网大部分为电缆供电，环境恶劣，电缆线路经常发生单相漏电或单相接地故障。这些故障可能会引起人身触电或导致瓦斯、煤尘爆炸，甚至使电气雷管提前引爆。因此，必须采取切实可行的接地保护措施，提高煤矿供电的安全性和可靠性。目前，适用于煤矿电网的接地保护，按其工作原理可分为附加直流电源检测型、零序电压型、零序电流型和零序电流方向型等。每种接地保护原理都有自身适用范围和缺陷，接地保护拒动、误动现象时有发生。零序全电流功率方法克服了前面几种原理的缺陷，具有较高的可靠性和灵敏度，应用较为广泛。但是基于传统变电站的接地保护装置信息采集方式单一，单装置微机保护仅能使用自身获得的故障信息，无法实现全站底层数据的共享，每次仅计算零序电压与一条支路零序全电流的相位关系，增加了接地保护软件的计算时间，各保护装置之间难以实现配合，接地保护具有较低的横向选择性。智能变电站基于IEC61850标准，采用先进的智能设备，自动完成信息采集、测量、控制、保护等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能。智能变电站包含过程层、间隔层和站控层，过程层包含由一次设备和智能组件构成的智能设备、合并单元和智能终端；间隔层设备包括继电保护装置、测控装置、故障录波装置等二次设备；站控层包含自动化系统、战域控制系统、通信系统、对时系统等。过程层和间隔层通过过程层网络连接，间隔层和站控层通过站控层网络进行通信。智能变电站技术实现了采样值的数字化采集，网络化传输，底层数据可以得到最大程度地共享，为提高煤矿供电系统接地保护横向选择性提供了新的契机。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种提高煤矿6 10kV电网横向选择性的接地保护方法，该方法具有信息共享、简单易行、可靠性高的特点，大大提高了煤矿供电系统接地保护的横向选择性。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:一种提高煤矿ClOkV电网横向选择性的接地保护方法，基于智能变电站信息采集技术，采用零序全电流群体功率方向原理判断发生接地故障的支路，具体包括以下步骤:
(1)在地面与井下各变电站分别建成子智能变电站，在地面建成带有区域集控中心的站控层作为各子智能变电站的公共站控层，负责对各个子智能变电站进行协调控制；各子智能变电站包括间隔层和过程层，两者通过过程层网络进行通信；
(2)各子智能变电站监视母线零序电压，判断母线零序电压是否超过整定的门槛值，若母线零序电压超过其门槛值，电网有接地故障，进而进行以下步骤； (3 )各子智能变电站采用电子式互感器采集或采样母线零序电压及各支路零序全电流信息，合并单元对多条支路信息进行合并和同步处理后，发送到过程层网络，位于各子智能变电站间隔层的保护测控装置从过程层网络上获取母线及各支路故障信息，接地保护软件根据获得的故障信息，判断故障所在支路；
(4)各子智能变电站的保护测控装置向故障支路对应的智能终端下发跳闸命令，智能终端跳开对应的开关，同时，各子智能变电站将接地故障信息上传至地面智能集控中心，保证了接地保护动作的横向选择性。有益效果，由于采用了上述方案，实现了采样值的数字化采集和网络化传输，全站可以共享底层数据信息，对故障信息进行了充分的利用，克服了传统变电站综合自动化系统中单装置微机保护只能使用自身获得的故障信息、各个保护无法配合等缺点。基于零序全电流群体功率方向的接地保护能够同时将母线零序电压与多条支路的零序全电流进行比较，运算简单，可靠性高，保证了接地保护动作的准确性。大大提高了煤矿供电系统接地保护的横向选择性，有效减少了煤矿停电的范围，提高了煤矿供电系统运行的可靠性和安全性。
图1为煤矿智能变电站中子智能变电站结构图。图2为零序全电流功率方向原理图。图3为本发明基于智能变电站信息采集方式的零序全电流群体功率方向原理图。图4为本发明基于智能变电站零序全电流群体功率方向原理的接地保护方案逻辑图。
具体实施例方式下面将结合附图对本发明作进一步说明。实施例1:本发明包括以下步骤:
(I)在地面与井下各变电站分别建成子智能变电站，在地面建成带有区域集控中心的站控层作为各子智能变电站的公共站控层，负责对各个子智能变电站进行协调控制；各子智能变电站的保护测控装置完成接地故障的跳闸。电子式互感器采集母线零序电压及各线路三相零序电流，合并单元对多条支路信息进行合并和同步处理后，上传到过程层网络。位于子智能变电站间隔层中的测控、计量、录波以及各种保护装置可从过程层网络获取零序电压电流信息，接地保护软件根据获得的故障信息判断接地故障支路。(2)发生单相接地故障时，以零序电压矢量为参考，对于中性点不接地系统(实线)，非故障支路零序全电流的矢量落在第一象限内，故障支路零序全电流的矢量可能落在第三、四象限内。中性点经消弧线圈并电阻接地系统中(虚线)，故障线路零序全电流的矢量则可能落在第二、三、四象限。零序全电流功率方向原理不用再区分中性点接地方式，线路全电流在第一象限的支路判定为非故障支路，否则，判定为故障支路。在子智能变电站，可以同时获得多条线路的故障信息，因此，零序电压可以同时和多条线路零序全电流比较。(3)接地保护软件通过集中计算各支路零序全电流的象限，进而可以判断发生接地故障的线路。在图3中(假设线路I发生接地故障)，4在第三象限， 4都在第一象限，从而可以判断线路I为故障线路，其他线路为非故障线路；
(4)各子智能变电站监视系统零序电压，若零序电压超过其整定的门槛值，说明电网有接地故障发生；保护测控装置获取系统零序电压和各支路零序全电流数据，接地保护软件根据获得的各支路零序故障信息进行集中判断，确定发生接地故障的线路；保护测控装置向故障线路对应的智能终端下发跳闸命令，智能终端跳开对应的开关；同时，子智能变电站将接地故障信息上传至地面智能集控中心。此种方法通过集中比较母线零序电压与各条线路零序全电流的相位关系，准确判断出发生接地故障的线路，从而保证了接地保护的横向选择性。本发明针对煤矿ClOkV供电系统接地保护横向选择性差的问题，设计了基于智能变电站信息采集方式的零序全电流群体功率方向原理。智能变电站采用先进的电子式互感器，实现了采样值的数字化采集，网络化传输，全站可以共享底层数据，故障信息得到了充分利用。在此基础上，零序全电流群体功率方向原理可以集中判断故障支路，具有简单易行、判断准确、可靠性高的特点，能够在更短时间内排除接地故障，大大提高了接地保护动作的横向选择性。所述的智能变电站包括保护装置、测控装置或者为测量控制、合并器和智能终端，通过芯片将所述的各个装置合成在一起，在里面写程序，程序对各个装置分别实现保护、测控、合并器、智能终端的功能，在逻辑上都是分立的程序模块各自实现的各自独立的四合一装置；所述的合并器对电子式互感器传输过来的电气量进行合并和同步处理。该装置为行业上通用的四合一装置。
权利要求
1.一种提高煤矿6-10kV电网横向选择性的接地保护方法，其特征在于:该接地保护方法基于智能变电站信息采集技术，采用零序全电流群体功率方向原理判断发生接地故障的支路，具体包括以下步骤: (1)在地面与井下各变电站分别建成子智能变电站，在地面建成带有区域集控中心的站控层作为各子智能变电站的公共站控层，负责对各个子智能变电站进行协调控制，各子智能变电站包括间隔层和过程层，两者通过过程层网络进行通信； (2)各子智能变电站监视母线零序电压，判断母线零序电压是否超过整定的门槛值，若母线零序电压超过其门槛值，电网有接地故障，进而进行以下步骤； (3 )各子智能变电站采用电子式互感器采集或采样母线零序电压及各支路零序全电流信息，合并单元对多条支路信息进行合并和同步处理后，发送到过程层网络，位于各子智能变电站间隔层的保护测控装置从过程层网络上获取母线及各支路故障信息，接地保护软件根据获得的故障信息，判断故障所在支路； (4)各子智能变电站的保护测控装置向故障支路对应的智能终端下发跳闸命令，智能终端跳开对应的开关，同时，各子智能变电站将接地故障信息上传至地面智能集控中心，保证了接地保护动作的横向选择性。
全文摘要
一种提高煤矿6~10kV电网横向选择性的接地保护方法，属于电网接地保护方法。该方法步骤(1)在地面与井下各变电站分别建成子智能变电站，在地面建成区域集控中心的站控层作为各子智能变电站的公共站控层；(2)各子智能变电站采集母线零序电压和各支路零序全电流，合并单元收集多条线路信息，整理并发送到过程层网络。各子智能变电站的保护测控装置获取各支路零序故障信息，通过接地保护软件判断故障所在的支路；(3)通过集中计算母线零序电压与每条支路零序全电流的相位信息，判断故障支路；(4)子智能变电站保护测控装置向智能终端下发跳闸命令，智能终端跳开对应的开关。保证了接地保护动作的准确性，提高了供电系统运行的可靠性和安全性。
文档编号H02J13/00GK103178506SQ20131006268
公开日2013年6月26日 申请日期2013年2月28日 优先权日2013年2月28日
发明者刘建华, 梁睿, 李晓波, 刘鹏, 臧其威, 关侠, 唐全, 宋祖磊, 元航, 张少冉, 王冬 申请人:中国矿业大学