一种中性点接地方式切换方法与流程

本发明涉及电力设备，更具体地说是为中压电网提供中性点接地方式切换方法，实现一个电网两种或两种以上中性点接地方式的相互转换及单相接地故障定位。

背景技术：

三相交流电力系统中性点与大地之间的电气连接方式，称为电网中性点接地方式。中性点接地方式涉及电网的安全可靠性和经济性；同时直接影响系统设备绝缘水平的选择、过电压水平及继电保护方式、通讯干扰等。一般来说，电网中性点接地方式也就是变电所中变压器的各级电压中性点接地方式。

中性点有效接地即大电流接地系统，即中性点有效接地方式，实际运行中，为降低单相接地电流，也会使部分变压器采用不接地的方式，在中性点有效接地方式中，其中性点电位固定为地电位，在发生单相接地故障时，非故障相电压升高不会超过1.4倍运行相电压；暂态过电压水平也较低；故障电流很大，漏电保护能迅速动作于跳闸，切除故障，系统设备承受过电压时间较短。因此，大电流接地系统可使整个系统设备绝缘要求水平降低，从而大幅降低造价；现有技术中的，中性点有效接地方式有两种：一种是直接接地，另一种是经小电阻接地。中性点有效接地方式的优点是在于，其内部过电压低、故障点定位容易、可迅速切除故障线路；其缺点是：因其迅速切除故障线路间断供电，导致跳闸率高，供电可靠性低；并且，接地电流大，地电位上升较高，增大接触电压和跨步电压大；增大对信息系统的干扰；增大低电压网反击。

中性点非有效接地即小电流接地系统：针对6～35kv的配电网，一般是采用小电流接地方式，即中性点非有效接地方式。中性点非有效接地方式主要可分为：不接地、经消弧线圈接地及经中阻或高阻接地。中性点非有效接地的优点是：单相接地故障稳态工频电流小；雷击绝缘闪络瞬间故障可自动清除，无需跳闸；可单相接地运行，改善了电网不间断供电，提高供电可靠性；接地电流小，降低了地电位的升高，减少了跨步电压，减小了对信息系统的干扰，减少了对低电压网的反击等；其缺点是：内部过电压高，对弱绝缘击穿概率大；故障点难以定位，没有任何选线装置可以100％准确选线。

不同的中性点接地方式各有优缺点，且大电流接地方式的优点正是小电流接地方式的缺点，大电流接地方式的缺点却是小电流接地方式的优点。

小电流接地系统以及低压中性点不接地系统在单相接地故障时故障定位非常困难，特别是弧光接地，而金属性接地百分之百能够准确选线。这是由于弧光接地的每次燃弧时间小于10毫秒，而最小的傅里叶变换最小算法是半周波仅10毫秒的采样数据，因此傅里叶变换半个周波的数据一部分是燃弧数据一部分是熄弧数据，那么数据来源错误不准确以此计算判断的结果只有50％的准确率；对于金属性接地，由于电压波形是连续的，傅里叶变换半个周波的数据是正确的，故判断准确率为百分之百。

技术实现要素：

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种中性点接地方式切换方法，以期能够兼顾各种接地方式的优点，使得电网内部过电压低，跳闸率低、供电可靠性高，且对单相接地故障点准确定位。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明中性点接地方式切换方法的特点是：所述中性点接地方式切换方法是在电网的中性点与地之间设置可控阻抗，所述可控阻抗在所述电网正常运行和单相接地故障时切换为不同的阻值，按如下方式实现不同的中性点接地方式之间的相互切换：电网正常运行时，设置为中性点不接地的运行方式，当发生单相接地故障时，将中性点不接地切换为中性点消弧线圈接地或高值电阻器接地；若在t1时间内所述单相接地故障消失，则切换回中性点不接地的运行方式；若在t1时间内所述单相接地故障不消失，则切换为中性点中值电阻器接地的运行方式，同时定位故障线路或故障点；并在排除所述单相接地故障之后，切换回中性点不接地的运行方式；t1取值为0～120分钟。

本发明中性点接地方式切换方法的特点也在于：所述中性点接地方式切换方法是在电网的中性点与地之间设置可控阻抗，所述可控阻抗在所述电网正常运行和单相接地故障时切换为不同的阻值，按如下方式实现不同的中性点接地方式之间的相互切换：在电网正常运行时，设置中性点原接地方式为：中性点消弧线圈接地、或中性点高值电阻器接地，或中性点呈大电流接地；当发生单相接地故障时，保持原接地方式不变、或是将中性点高值电阻器接地切换为中性点消弧线圈接地、或是将中性点呈大电流接地切换为中性点高值电阻器接地、或是将中性点呈大电流接地切换为中性点消弧线圈接地；若在t2时间内所述单相接地故障消失，则切换为原接地方式运行；若在t2时间内所述单相接地故障不消失，则切换为中性点中值电阻器接地的运行方式，同时定位故障线路或故障点；并在排除所述单相接地故障之后，切换为原接地方式运行；t2取值为0～120分钟。

本发明中性点接地方式切换方法的特点也在于：对于故障线路或故障点按如下方式进行定位：在所述电网中设置零序电流互感器，一条出线至少设置一个零序电流互感器，可控阻抗切换为中值电阻器使故障点接地电流为10～200安培；一条出线上第i个零序电流互感器的零序电流i，及其上游各零序电流互感器的零序电流在所述电网中为最大，则判断为故障点是处在第i个零序电流互感器的下游；若存在有处在第i个零序电流互感器下游的下游零序电流互感器，且下游零序电流互感器的零序电流值不高于0.5i，则判断为单相接地故障点是处在第i个零序电流互感器和与其相邻的下游零序电流互感器之间；输电线路上任何一点的电源侧为上游、受电侧为下游。

本发明中性点接地方式切换方法的特点也在于：对于故障线路或故障点按如下方式进行定位：在所述电网中设置零序电流互感器，一条出线至少设置一个零序电流互感器，可控阻抗切换为中值电阻器使故障点接地电流为10～200安培；在所述可控阻抗切换为中值电阻器前后，一条出线上第i个零序电流互感器的零序电流增量及其上游各零序电流互感器的零序电流增量在所述电网中为最大，则判断为故障点是处在第i个零序电流互感器的下游；若存在有处在第i个零序电流互感器下游的下游零序电流互感器，且下游零序电流互感器的零序电流保持不变，则判断为单相接地故障点是处在第i个零序电流互感器和与其相邻的下游零序电流互感器之间，所述零序电流保持不变是指零序电流的增量不大于百分之二十，输电线路上任何一点的电源侧为上游、受电侧为下游。

本发明中性点接地方式切换方法的特点也在于：对于故障线路或故障点的定位，适用于1000v以下低压中性点不接地系统的单相接地故障。

本发明中性点接地方式切换方法的特点也在于：在排除所述单相接地故障期间，在母线处将故障相接地形成人为故障相接地点，将故障点的电流转移到所述人为接地点。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明首次提出中性点接地方式的切换及单相接地故障点定位，实现在电网正常运行时和在单相接地故障时中性点接地阻抗切换为不同的阻值，实现中性点接地方式的相互切换。

2、本发明中性点切换首先对单相接地消弧，如果在一定时间内单相接地故障依然存在，则转换为中性点中值电阻器接地，准确定位故障线路或故障区域，排除故障后切换回原中性点接地方式运行。

3、本发明将电网切换至中性点中值电阻器接地后，将弧光接地转化为稳定的接地电流，不再有弧燃弧熄的过程，流经故障点的电流为完整正弦波波形的电流，可以准确计算每个零序电流，通过计算即可准确定位故障线路或故障点。

4、本发明准确定位故障点，可以大幅减少故障点查找工作，节约大量的人力物力，缩短停电时间，快速恢复供电。

5、本发明实现1000v以下低压不接地系统的单相接地故障定位。

附图说明

图1为本发明中性点接地方式转换方法示意；

图1a和图1b本发明中切换原理图；

图2、图3和图4为本发明中故障点位置原理图；

图5为本发明中中性点接地方式切换与故障相人为接地结合的原理图。

图中标号：1呈大电流接地方式的可控阻抗，11单相变压器，12可调电阻器，2消弧线圈，3中值电阻器，4高值电阻器，5接地变压器，6电源变压器，kj、kd、kx、ky、kz为三相开关，m为电网母线，g为单相接地故障点，ka为a相单相开关，kb为b相单相开关，kc为c相单相开关。

具体实施方式

本实施例中中性点接地方式切换方法是在电网的中性点与地之间设置可控阻抗，可控阻抗在电网正常运行和单相接地故障时切换为不同的阻值。

中性点接地方式涉及电网的安全可靠性和经济性；同时直接影响系统设备绝缘水平的选择、过电压水平、继电保护方式以及通讯干扰等。目前一个电网的中性点接地方式只有一种接地方式，不论正常运行还是故障中性点接地方式都是一样的。

不同的中性点接地方式各有优缺点，且大电流接地方式的优点是小电流接地方式的缺点，大电流接地方式的缺点是小电流接地方式的优点。

图1为三种接地方式的切换组合，由呈大电流接地方式的可控阻抗1、消弧线圈2和中值电阻器3组成，实现电网的中性点呈大电流接地方式、消弧线圈和中值电阻器的切换；图1a是由高值电阻器4和中值电阻器3组成切换组合；图1b是由消弧线圈2和中值电阻器3组成切换组合。

本实施例中按如下方式实现不同的中性点接地方式之间的相互切换：

电网正常运行时，设置为中性点不接地的运行方式，当发生单相接地故障时，将中性点不接地切换为中性点消弧线圈接地或高值电阻器接地；若在t1时间内所述单相接地故障消失，则切换回中性点不接地的运行方式；若在t1时间内所述单相接地故障不消失，则切换为中性点中值电阻器接地的运行方式，同时定位故障线路或故障点；并在排除所述单相接地故障之后，切换回中性点不接地的运行方式；在排除单相接地故障期间，在母线处将故障相接地形成人为故障相接地点，将故障点的电流转移到所述人为接地点；t1取值为0～120分钟。

如图1b所示，电网正常运行时k2打开、k3打开，电网以中性点不接地方式运行，当系统发生单相接地故障时，k2闭合、k3打开，切换为中性点消弧线圈接地方式运行；若在20分钟内单相接地故障消失，则k2打开、k3打开，恢复到中性点不接地方式运行；若在20分钟内单相接地故障没有消失，则k2打开、k3闭合，切换到中性点中值电阻器接地的运行方式，同时定位故障线路或故障点，定位故障线路或故障点的常规方法有人工手动拉闸法、小电流选线法、中性点低值电阻器接地微机综保切除故障线路，以及本发明中定位故障线路或故障点方法；当排除故障线路后切换回中性点不接地方式运行。

如图1a所示，电网正常运行时k1打开、k3打开，电网以中性点不接地方式运行，当系统发生单相接地故障时，k1闭合、k3打开，切换为中性点高值电阻器接地方式运行，若在30内分钟单相接地故障消失，则k1打开、k3打开，恢复到中性点不接地方式运行；若30分钟内单相接地故障没有消失，则k1打开、k3闭合，切换到中性点中值电阻器接地的运行方式，同时定位故障线路或故障点，当排除故障线路后切换回中性点不接地方式运行，k1、k2和k3均为单相开关。

在定位故障线路后到切除故障线路期间，在母线m上将故障相人为，将故障点的电容电流转移到人为接地点上，从而降低故障点的跨步电压和接触电压。如图5所示，电网正常运行时，k1、k2、k3、ka、kb、kc处于打开状态，电网为中性点不接地方式运行；当电网某条出线c相发生单相接地故障时，闭合k1实施瞬间故障消弧，1秒钟故障没有消失，闭合k3电网经中值电阻器接地定位故障线路，并在完成故障线路定位后打开k3，闭合母线m上的c相单相开关kc，将母线c相接地；等待切除故障线路后打开c相单相开关kc，打开k1电网恢复到中性点不接地方式运行。

本实施例中按如下方式实现不同的中性点接地方式之间的相互切换：

在电网正常运行时，设置中性点原接地方式为：中性点消弧线圈接地、或中性点高值电阻器接地，或中性点呈大电流接地；当发生单相接地故障时，保持原接地方式不变、或是将中性点高值电阻器接地切换为中性点消弧线圈接地、或是将中性点呈大电流接地切换为中性点高值电阻器接地、或是将中性点呈大电流接地切换为中性点消弧线圈接地；若在t2时间内所述单相接地故障消失，则切换为原接地方式运行；若在t2时间内所述单相接地故障不消失，则切换为中性点中值电阻器接地的运行方式，同时定位故障线路或故障点；并在排除所述单相接地故障之后，切换为原接地方式运行；在排除所述单相接地故障期间，在母线处将故障相接地形成人为故障相接地点，将故障点的电流转移到所述人为接地点；t2取值为0～120分钟。

图1所示，在电网正常运行时，k1闭合、k2和k3打开，中性点原接地方式为中性点呈大电流接地；当发生单相接地故障时，保持原接地方式不变，或是k2闭合、k1和k3打开，切换为中性点消弧线圈接地；若在30分钟时间内单相接地故障消失，则切换为原接地方式运行；若在30分钟时间内单相接地故障不消失，则k3闭合，k1和k2打开，切换为中性点中值电阻器接地的运行方式，同时定位故障线路或故障点；并在排除所述单相接地故障之后，切换为原接地方式运行，即k1闭合、k2和k3打开。

如图5所示，电网正常运行时，k1闭合，k2、k3、ka、kb、kc处于打开状态，中性点原接地方式为中性点呈大电流接地；当电网某条出线c相发生单相接地故障时，故障发生500毫秒后故障没有消失，闭合k3电网经中值电阻器接地定位故障线路，并在完成故障线路定位后打开k3，闭合母线m上的c相单相开关kc，将母线c相接地；等待切除故障线路后打开c相单相开关kc，切换为原接地方式运行，即k1闭合，k2、k3、ka、kb、kc处于打开状态。

中性点呈大电流接地是指：电网在正常运行状态时，可控阻抗的阻值特性为大电流接地方式下的阻值特性；并且在电网发生单相接地故障时，在中性点接地方式向其它中性点接地方式的转换过程中，呈大电流接地方式的可控阻抗在故障点产生的接地电流不大于50安培。

如图1中的呈大电流接地方式的可控阻抗1由单相变压器11和可控电阻12组成，变压器11为10000v/400v，设置容量为4kva；可控电阻12在正常运行时控制为0.02ω，在单相接地故障时控制为60ω以上，保证单相变压器11不过载；电网正常运行时可控电阻12等效到系统一次侧中性点电阻为12.5欧姆接地相当于低阻电阻器的值，故呈大电流系统特性；当电网发生单相接地故障时，可控电阻12从0.02ω转换到60ω以上过程中，由于变压器11容量的限制，其在故障点产生的电流5a以下，因此呈大电流接地方式的可控阻抗1在电网正常运行时呈大电流接地阻值特性，而不会提供大电流接地的较大的接地电流。同时呈大电流接地方式的可控阻抗1在中性点接地方式转换过程中，不会造成故障点接地电流过大。

如图1a所示，在电网正常运行时，k1闭合、k3打开，中性点原接地方式为中性点高值电阻器接地；当发生单相接地故障时，保持原接地方式不变，若在60分钟时间内单相接地故障消失，继续保持原高值电阻器接地方式运行；若在60分钟时间内单相接地故障不消失，则k3闭合，k1打开，切换为中性点中值电阻器接地的运行方式，同时定位故障线路或故障点；并在排除所述单相接地故障之后，切换为原接地方式运行，即k1闭合、k3打开。

图1b所示，在电网正常运行时，k2闭合、k3打开，原接地方式为中性点消弧线圈接地，当发生单相接地故障时，保持原接地方式不变，若在60分钟时间内单相接地故障消失，则继续保持原消弧线圈接地方式运行；若在60分钟时间内单相接地故障不消失，则k2开打、k3闭合，则切换为中性点中值电阻器接地的运行方式，同时定位故障线路或故障点；并在排除单相接地故障之后，切换为原接地方式运行，即k2闭合、k3打开。

本实施例对于故障线路或故障点按如下方式进行定位：

在电网中设置零序电流互感器，一条出线至少设置一个零序电流互感器，可控阻抗切换为中值电阻器使故障点接地电流为10～200安培；

一条出线上第i个零序电流互感器的零序电流i，及其上游各零序电流互感器的零序电流在所述电网中为最大，则判断为故障点是处在第i个零序电流互感器的下游；若存在有处在第i个零序电流互感器下游的下游零序电流互感器，且下游零序电流互感器的零序电流值不高于0.5i，则判断为单相接地故障点是处在第i个零序电流互感器和与其相邻的下游零序电流互感器之间；输电线路上任何一点的电源侧为上游、受电侧为下游。

如图2所示，在第x条出线上有多个用户hx01、hx02、……、hx12，每个用户都t接在出线上，每个t接分支线路上都安装一个零序电流互感器，且一一对应为ix01、ix02、……、ix12；第y条出线只有一个用户且线路较短，因此只设置零序电流互感器iy01；第z条出线虽然只有一个用户但线路很长，因此把整个线路分成四个区间进行定位，设置四只零序电流互感器iz01、iz02、iz03和iz04；零序电流互感器的数据传输可以为线路载波的方式，也可以通过其它各种通讯方式如无线通讯的方式传输。正常运行时，k1闭合电网中性点为呈大电流接地方式运行，当电网中第x条出线的g处发生单相接地故障时，即g为故障点，闭合k2打开k1，切换为中性点消弧线圈接地，经过t1时间后故障还没有消失，则闭合k3打开k2，可控阻抗切换为中值电阻器，则该条出线上位于故障点g上游的零序电流互感器ix01和ix03的零序电流最大，ix02不是处在故障点g的上游零序电流互感器，故障点g处下游的零序电流互感器ix04和ix05的零序电流远小于其上游零序电流互感器的零序电流。

因此，在图2中第x条出线上第3个零序电流互感器ix03及其上游的零序电流互感器ix01的零序电流最大，且第3个零序电流互感器下游的零序电流互感器ix04和ix05的零序电流远小于其零序电流，则判断单相接地故障点在第3个零序电流互感器ix03与其相邻的下游零序电流互感器ix04、ix05之间，实现对单相接地故障的定位。

中性点消弧线圈的小电流接地系统在单相接地故障时故障定位非常困难，特别是弧光接地，而金属性接地百分之百能够准确选线。这是由于弧光接地的每次燃弧时间小于10毫秒，而最小的傅里叶变换最小算法是半周波仅10毫秒的采样数据，因此傅里叶变换半个周波的数据一部分是燃弧数据，一部分是熄弧数据，那么数据来源错误不准确，以此计算判断的结果只有50％的准确率；而对于金属性接地，由于电压波形是连续的，傅里叶变换半个周波的数据是正确的，故判断准确率为百分之百。本发明定位单相接地故障点的方式就是将接地方式切换为中性点中值电阻器接地，使故障点的弧燃弧熄的过程转换为连续波形且稳定的接地电流，没有弧燃弧熄过程，通过零序电流准确定位故障点。

本实施例的故障线路或故障点的定位，同样适用于1000v以下低压中性点不接地系统的单相接地故障。

另一实施例对于故障线路或故障点按如下方式进行定位：

在电网中设置零序电流互感器，一条出线至少设置一个零序电流互感器，可控阻抗切换为中值电阻器使故障点接地电流为10～200安培；

在可控阻抗切换为中值电阻器前后，一条出线上第i个零序电流互感器的零序电流增量及其上游各零序电流互感器的零序电流增量在电网中为最大，则判断为故障点是处在第i个零序电流互感器的下游；若存在有处在第i个零序电流互感器下游的下游零序电流互感器，且下游零序电流互感器的零序电流保持不变，则判断为单相接地故障点是处在第i个零序电流互感器和与其相邻的下游零序电流互感器之间，零序电流保持不变是指零序电流的增量不大于百分之二十。

如图3所示，图3的电网结构、零序电流互感器的设置与图2相同，只是中性点接地切换部分不同，第z条出线虽然只有一个用户但线路很长，因此把整个线路分成4个区间进行定位设置，共计4只零序电流互感器iz01、iz02、iz03和iz04；正常运行时k2闭合电网中性点消弧线圈接地方式运行，当电网中第z条出线的g处发生单相接地故障时，经过t2时间故障仍没有消失，合k3可控阻抗切换为中值电阻器，在合k3可控阻抗切换为中值电阻器前后，则该条出线上故障g处上游的零序电流互感器iz01、iz02的零序电流增量最大，故障g处下游的零序电流互感器iz03、iz04的零序电流维持不变。

因此在可控阻抗切换为中值电阻器前后，第z条出线上第2个零序电流互感器iz02的零序电流增量，及其上游各零序电流互感器iz01的零序电流增量在所述电网中为最大，则故障点处在第2个零序电流互感器的下游；若存在有处在第2个零序电流互感器iz02下游的下游零序电流互感器iz03，且下游零序电流互感器iz03的零序电流保持不变，则判断单相接地故障点在第2个零序电流互感器iz02与其相邻的下游零序电流互感器iz03之间。零序电流保持不变是指零序电流的增量不大于百分之二十，如图3所示的实施例在闭合k3前后，iz03和iz04的电流变化值小于百分之二十。

如图4所示第y出线，一条出线只设置一个零序电流互感器iy01，当该线路发生单相接地故障时，只能定位到该出线，一条出线上设置零序电流互感器越多定位区域范围越小，定位越精准，每条出线设置零序电流互感器的多少是根据每条出线的长短、t接的用户数量等因素来设置。

对于如煤炭、化工特殊行业的1000v以下低压系统，往往采用中性点不接地系统，由于中性点不接地同样无法定位故障点，本实施例单相接地故障的定位方法同样适合于低压中性点不接地系统绝缘监测的单相接地故障定位。