中性点经消弧线圈接地系统配电网单相接地线路保护装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种中性点经消弧线圈接地系统配电网单相接地线路保护装置，一个安装在中性点消弧线圈接地端的受控直流电源和安装在每条配电线路出口端的直流电流检测器。所述受控直流电源串联在中性点消弧线圈接地端的接线点11和接线点12之间，包括隔直流电容C、控制开关K、限流电阻R、稳压模块、电源变压器T、二极管D1和D2；所述直流电流检测器包括供电电源+Vc、直流电流传感器和比较器。本实用新型的线路保护装置可以准确的确定出具体的故障线路，并发出接地信号，根据实际线路具体要求，触发后续保护发出报警信号或是直接跳闸断电，在避免人为介入的操作前提下保证了可靠性。
【专利说明】中性点经消弧线圈接地系统配电网单相接地线路保护装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及配电线路继电保护【技术领域】，具体涉及一种中性点经消弧线圈接 地系统配电网单相接地线路保护装置。
【背景技术】
[0002] 在电力系统中，66KV以下配电网常采用中性点非直接接地运行方式。对于中性点 非接地配电网，当发生单相接地时流过故障点的电流为全电网非故障相零序电流的总和， 也就是全网的电容电流。若此电流数值很大，就会在接地点燃起电弧，引起间歇性弧光过电 压，造成非故障相绝缘破坏，从而发展为相间故障或多点接地故障，导致事故扩大。因此， 当22?66kV配电网单相接地时，故障点的零序电容电流总和若大于10A，10kV配电网大于 20A，3?6kV配电网大于30A，则其电源中性点应采取经消弧线圈接地方式。
[0003] 在中性点经消弧线圈接地配电网中，一般采用消弧线圈电感电流来补偿全电网电 容电流，补偿方式为过补偿。这种情况下，当线路发生单相接地时，无法采用零序功率方向 保护来选择故障线路，而且由于残余电流不大，采用零序电流保护也很难满足灵敏性要求。 因此在这类配电网中，实现接地保护很困难。
[0004] 在中性点非直接接地配电网中发生单相接地时，由于接地故障电流很小，而且三 相之间线电压仍然保持对称，所以对负荷供电影响极小，因此在一般情况下允许存在一个 接地点情况下继续运行一段时间（1?2小时）而不必立即跳闸。但是发生单相接地后，非 接地的另外两相对地电压升高倍，为防止扩大故障，保护应及时发出信号，以便值班运 行人员采取措施及时解除故障。因此，在中性点非直接接地配电网中发生单相接地时，一般 只要求继电保护装置能发出预告信号而不必跳闸。但对人身和设备的安全造成危险时，应 动作于断路器跳闸。
[0005] 对于中性点经消弧线圈接地配电网，配电网为多线路时（实际运行中几乎都是这 样)，当配电网中任一条线路发生单相接地时，全电网都会出现零序电压，这时利用零序电 压保护可以发出告警信号。但是它发出的是没有选择出具体故障线路的告警信号，为找出 故障线路，必须由值班人员顺序短时断开各条线路，并继之以自动重合闸将断开线路重新 投入运行。当断开某一线路，零序电压信号消失，就说明该线路即是故障线路。以上操作也 称选线操作。
[0006] 采用选线操作方式，会造成线路短时停电，来回操作断路器会降低断路器的使用 寿命，也会造成意外事故的发生，如果有些线路不容许停电的话，选线操作就不能进行。
[0007] 为了克服现有技术存在的上述缺陷，提出本实用新型。 实用新型内容
[0008] 有鉴于此，本实用新型提供一种中性点经消弧线圈接地系统配电网单相接地线路 保护装置，通过接入受控直流电源和直流电流检测器准确地确定出具体的故障线路并发出 接地信号，在避免人为介入的操作前提下保证了可靠性。
[0009] -种中性点经消弧线圈接地系统配电网单相接地线路保护装置，包括一个安装在 中性点消弧线圈接地端的受控直流电源和安装在每条配电线路出口端的直流电流检测器。
[0010] 所述受控直流电源包括隔直流电容C、控制开关K、限流电阻R、二极管D1和D2、稳 压模块以及电源变压器T，所述隔直流电容C的两端分别通过控制开关K与限流电阻R的 一端以及稳压模块的直流输出接地端相连接，所述限流电阻R的另一端分别与所述二极管 D1和D2的阴极端连接；所述二极管D1和D2的阳极端分别与稳压模块的直流输出接地端 和直流输出阳极端相连接；所述稳压模块的交流输入端通过电源变压器T与220V交流电相 连接。
[0011] 所述直流电流检测器包括供电电源+VC、直流电流传感器和比较器；所述直流电 流传感器的信号输出端一方面与所述比较器的信号输入端连接，所述比较器的输出端输出 接地信号；所述直流电流传感器的信号输出端另一方面直接输出检测到的泄露直流电流 值；所述直流电流传感器和比较器的工作电源与所述供电电源+VC相连接。
[0012] 所述受控直流电源串联在中性点消弧线圈接地端的接线点11和接线点12之间。
[0013] 所述直流电流传感器为霍尔直流电流传感器。
[0014] 所述控制开关K与配电网的零序电压保护相连接。
[0015] 所述控制开关K同时作为实验开关手动控制。
[0016] 本实用新型产生的有益效果是：
[0017] 一种中性点经消弧线圈接地系统配电网单相接地线路保护装置，可以准确地确定 出具体的故障线路并发出接地信号，以便后续保护装置动作，或者根据实际线路具体要求 发出报警信号或是直接跳闸断电。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本实用新型。此处所说明的附图用来 提供对本实用新型的进一步理解，实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实 用新型的不当限定，其中：
[0019] 图l_a为本实用新型中性点经消弧线圈接地系统配电网单相接地线路保护装置 的单电源多线路配电网；
[0020] 图Ι-b为图Ι-a的A、B和C相的电压和电流的相量图；
[0021] 图2为本实用新型中性点经消弧线圈接地系统配电网单相接地线路保护装置在 配电网中安装示意图；
[0022] 图3为本实用新型中性点经消弧线圈接地系统配电网单相接地线路保护装置的 直流电流检测器在电缆线路出线处安装示意图；
[0023] 图4为本实用新型中性点经消弧线圈接地系统配电网单相接地线路保护装置的 受控直流电源结构示意图；
[0024] 图5为本实用新型中性点经消弧线圈接地系统配电网单相接地线路保护装置的 直流电流检测器结构示意图。
[0025] 图中：1、受控直流电源（11、12)接线点13、隔直流电容C 14、控制开关K 15、限流 电阻R 16、二极管D1 17、二极管D2 18、稳压模块19、电源变压器T 2、直流电流检测器21、直 流电流传感器22、比较器3、电缆头31、电源端32、磁环。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图及实施例对本实用新型的技术方案作进一步详细的说明。当结合附 图考虑时，能够更完整更好地理解本实用新型以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处 所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新 型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
[0027] 首先，本实用新型的具体工作原理为：图l_a所示的中性点经消弧线圈接地的单 电源多线路配电网，电源侧及每条线路对地等值电容分别为Cp (^、(^2、(^3，以集中电容表 示。设线路WL3的A相接地短路，忽略负荷电流及电容电流在线路阻抗上的电压降，则配电 网所有线路和电源的A相对地电压均为零，各元件A相对地电容电流也都为零。消弧线圈 为L。当发生单相接地时，各元件的B相和C相对地电压和电容电流升高倍，这时配电网 的电容电流分布如图Ι-a所示，各元件B相和C相对地电容电流通过大地、故障点、电源、消 弧线圈和本元件构成回路，相量图如图Ι-b所示。
[0028] 在零序电压A作用下，消弧线圈有一电感电流^经接地点流回消弧线圈。设消弧 线圈的电感值为L，则电感电流为：
[0029] 4=^7 = -/与 （1) j(〇L (〇L
[0030] 通过接地点的总电流4为：
[0031] i￡=ic.-iL ( 2 )
[0032] 艮p :
[0033] 4 =(3) MOL
[0034] 式中为全电网每相对地电容的总和，为全电网对地电容电流的总和，ω 的数值为314。
[0035] 由上式可知，选择合适的电感，可使单相接地时流经故障点的总电流减小，甚至 为零，这样就可以降低因电容电流而产生的电弧的强度，因此称该电感为消弧电感。但在实 际运行中，采用的是过补偿方式，也就是补偿的电感电流大于全网的电容电流。
[0036] 由此可见，消弧线圈的作用是用电感电流来补偿接地点的电容电流，以达到消除 或是减弱接地点电弧的目的。采用过补偿方式，补偿后由于接地电流很小，而且故障线路和 非故障线路的零序电流方向一致，所以当某一线路发生单相接地时，无法采用零序功率方 向保护来选择故障线路，而且由于残余电流不大，采用零序电流保护也很难满足灵敏性要 求。因此在这类配电网中，实现接地保护很困难，只能采用选线方式。
[0037] 实施例1
[0038] 如图2所示的一种中性点经消弧线圈接地系统配电网单相接地线路保护装置，在 中性点消弧线圈接地端的两个接线点（11、12)之间串联接入受控直流电源1，直流电流检 测器2安装在每条配电电缆线路的电源出口端。将受控直流电源1接到接地端可以大幅降 低本实用新型的设备耐压水平，降低成本，提高运行可靠性。
[0039] 进一步如图3-5所示，安装在电源端31的直流电流检测器2包括供电电源+Vc、 直流电流传感器21和比较器22,直流电流传感器21的磁环32套在电缆端3上就可以检 测到电缆中的直流电流。作为一种较佳实施例，直流电流传感器21选用霍尔直流电流传感 器，用于检测配电电缆线路的直流电流分量，而比较器22则是用于将霍尔直流电流传感器 检测到的配电电缆线路的直流电流分量与比较器22内部的直流电流门槛值相比较，如果 前者大于后者，则比较器22将输出接地信号给后面的控制设备，发出报警提示信号或动作 以保护跳闸。
[0040] 上述的比较器内部的直流电流门槛值是可以调节的，而供电电源+VC可以使用普 通的直流电源。
[0041] 受控直流电源1的结构如图4所示，包括隔直流电容13、控制开关14、限流电阻 15、稳压模块18、电源变压器19、220V交流电以及二极管D1和D2( 16、17)。其中二极管D1 及D2为直流电源保护元件，限流电阻R15和二极管D1和D2( 16、17)为直流电源保护元件， 用以保护稳压模块18。其中稳压模块18为常规稳压元件。
[0042] 控制开关14可以和系统中的零序电压保护相连接，也可以作为实验开关使用。
[0043] 由于隔直流电容C与点弧线圈L串联，所以当中性点有零序电压时，C上也有零序 分压。选择C的参数时，尽可能使C上的零序分压降低。就本实用新型而言，当中性点零序 电压最大时，C上的零序分压不超过15V。
[0044] 当控制开关14和系统中的零序电压保护相连接时，一旦配电网中有接地短路出 现并且如发出报警信号的零序电压保护动作，控制开关14将闭合，受控直流电源1的稳压 模块18输出的直流电压的将加到隔直流电容C上，系统中有接地短路的线路将会有直流电 流流过，而系统中无接地短路的线路将没有直流电流流过。
[0045] 电源变压器19用于将220V交流电变压成合适的电压以便使受控直流电源1正常 工作。
[0046] 当配电网中没有发生单相接地故障时，配电网的零序电压保护不动作，本实用新 型的受控直流电源1不向系统中加入直流电压，安装在每条配电线路电源出口端的直流电 流检测器2检测不到直流分量，所以不发出接地信号。
[0047] 当配电网中发生单相接地故障时，如果配电网的零序电压保护动作，本实用新型 的受控直流电源1中的受控开关K闭合，向系统中加入直流电压，安装在故障配电线路电源 出口端的直流电流检测器2检测到直流分量，发出接地信号；而安装在非故障配电线路电 源出口端的直流电流检测器2则检测不到直流分量，不发出接地信号。
[0048] 由于系统接线的多样性，本实用新型的说明书附图中给出的接线图只是一个示意 图，但是本领域技术人员可以通过该接线示意图完全清晰地理解系统接线的具体连接方 式。
[0049] 实施例2
[0050] 当配电线路出口端采用的不是电缆线路时，则如图3所示，安装在每条配电电缆 线路出口端的一个直流电流检测器2将变为分别在每条配电线路的每相上安装的三个直 流电流检测器2,其余与实施例1 一致。
[0051] 实施例3
[0052] 图4中的控制开关K14作为本实用新型的实验开关使用时，不仅可以检验整个保 护装置的运行状况，还可以检验整个配电网各条配电线路的对地泄露电流状况，此外亦可 用实验方法整定本实用新型受控直流电源1的输出电压值以及直流电流检测器2的动作电 流值。
[0053] 当配电网正常运行时，手动闭合控制开关K14,受控直流电源1的输出电压值加在 全网中，在每条配电电缆线路出口端的直流电流检测器2将检测到各自线路的泄露直流电 流值，将图5中输出的直流电流取出分析，即可判断出配电网各条输电线路的具体泄露电 流情况，以便及时采取措施。
[0054] 如上所述，对本实用新型的实施例进行了详细地说明，显然，只要实质上没有脱离 本实用新型的发明点及效果、对本领域的技术人员来说是显而易见的变形，也均包含在本 实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种中性点经消弧线圈接地系统配电网单相接地线路保护装置，其特征在于，包括 一个安装在中性点消弧线圈接地端的受控直流电源和安装在每条配电线路出口端的直流 电流检测器，其中： 所述受控直流电源包括隔直流电容C、控制开关K、限流电阻R、二极管D1和D2、稳压模 块以及电源变压器T，所述隔直流电容C的两端分别通过控制开关K与限流电阻R的一端 以及稳压模块的直流输出接地端相连接，所述限流电阻R的另一端分别与所述二极管D1和 D2的阴极端连接；所述二极管D1和D2的阳极端分别与稳压模块的直流输出接地端和直流 输出阳极端相连接；所述稳压模块的交流输入端通过电源变压器T与220V交流电相连接； 所述直流电流检测器包括供电电源+Vc、直流电流传感器和比较器；所述直流电流传 感器的信号输出端一方面与所述比较器的信号输入端连接，所述比较器的输出端输出接地 信号；所述直流电流传感器的信号输出端另一方面直接输出检测到的泄露直流电流值；所 述直流电流传感器和比较器的工作电源与所述供电电源+Vc相连接。
2. 根据权利要求1所述的一种中性点经消弧线圈接地系统配电网单相接地线路保护 装置，其特征在于，所述受控直流电源串联在中性点消弧线圈接地端的第一接线点和第二 接线点之间。
3. 根据权利要求1所述的一种中性点经消弧线圈接地系统配电网单相接地线路保护 装置，其特征在于，所述直流电流传感器为霍尔直流电流传感器。
4. 根据权利要求1所述的一种中性点经消弧线圈接地系统配电网单相接地线路保护 装置，其特征在于，所述控制开关K与配电网的零序电压保护相连接。
5. 根据权利要求1所述的一种中性点经消弧线圈接地系统配电网单相接地线路保护 装置，其特征在于，所述控制开关K同时作为实验开关手动控制。
【文档编号】H02H7/26GK203911463SQ201420106448
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年3月10日 优先权日:2014年3月10日
【发明者】王玮, 王英男, 刘平竹, 李睿, 任哲, 齐伟夫, 金鹏, 潘永超, 谭立佐 申请人:北京交大创新科技中心, 国家电网公司, 国网辽宁省电力有限公司沈阳供电公司