CN100390552C - 8421并联电抗器组合式消弧线圈自动调谐及小电流接地故障选线系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种在3～66kV中性点经消弧线圈接地电网中所使用的自动调谐消弧线圈及选线成套装置。这种消弧线圈的基本配置由五台并联电抗器组成(可根据需要增加)，其中一台电抗器作为基础容量，始终投入系统，另外四台电抗器的无功容量按1∶2∶4∶8的比例进行分配，每台电抗器与一个真空高压接触器串联接入系统，这样可以对电抗器进行投切控制。四台电抗器共有十六种组合方式，能够形成16档均匀分布的电抗器容量。正常运行时四台电抗器均投入系统，系统运行在过补偿方式，当系统发生单相接地故障时选线控制器按照最佳组合方式投切电抗器，系统运行在全补偿方式，保证可靠熄弧。如果发生单相永久性接地，选线控制器能够采用电流突变量法进行正确选线。消弧线圈状态信息及选线结果信息能够在液晶屏幕上显示，同时可以通过硬节点或串口发送给变电站综合自动化后台。

Description

8421并联电抗器组合式消弧线圈自动调谐及小电流接地故障选线系统

技术领域：

本发明主要应用于66kV及以下电网中性点经消弧线圈接地系统中，当电网发生单相接地时，该系统可自动快速熄灭电弧并自动选出接地故障线路。

技术背景：

过去3～66kV电力系统通常采用中性点不接地方式，近年来随着经济的发展，电力系统规模的扩大，系统中线路长度的增加及电力电缆线路的增多、加长，使电网的对地电容电流大幅度上升，电容电流值越来越大，许多系统的电容电流已达50A以上。当中性点不接地电网发生单相接地故障时，故障点电弧可能不能有效熄弧，电弧即使能够自动熄灭，也必须经过较长的时间，这样可能使故障扩大形成断线故障或永久性接地故障，更严重的是发展为相间短路的严重事故；越来越多的瞬时单相接地故障不能自动消除，间歇性弧光接地过电压频繁出现，对系统中的弱绝缘设备构成威胁，易发生系统电缆放炮、开关绝缘子爆炸等事故，严重威胁着系统的安全运行。

安装消弧线圈能够确保快速可靠熄弧，因而规程规定，电网单相接地故障的接地电流超过一定值时，就必须安装消弧线圈以促使接地电弧自动快速熄灭，防止故障进一步扩大，保证电力系统的安全、可靠运行，这是符合我国国情的。

近十年以来国内先后开发出多种消弧线圈，包括调匝式、调气隙式、偏磁式、二次侧调感式、二次侧调容式等。这些消弧线圈虽然在某些方面作了改进提高，但同时也并存着一定的问题，例如国内使用最多的是自动调匝式消弧线圈，但由于存在各档位电感值相差过大，响应速度慢，不能运行在全补偿点等缺点，消弧效果较差。其他消弧线圈也存在结构复杂、产生谐波和成本较高等问题。另外，永久性接地故障的选线问题至今没有得到很好解决。

因此优化谐振接地技术仍有很大的发展空间，我们也正是在这样的技术背景下发明该专利技术。

发明内容：

为了克服现有消弧线圈的不足，我们发明了8421并联电抗器组合式消弧线圈。我们这项发明要解决目前谐振接地系统存在的三个问题：①系统残流大；②熄弧慢；⑧选线正确率低，近一步优化谐振接地技术。

本发明采用的技术方案是：提供一种8421并联电抗组合式消弧线圈自动调谐及小电流接地故障选线系统，具体包括：①一次设备，包括采用8421并联电抗器组合式消弧线圈；②二次设备，包括数据采集和选线控制装置。

本发明的特点在于：

(1)消弧线圈由五台并联电抗器组成(可根据需要增加)，其中一台电抗器作为基础容量，始终投入系统，另外四台电抗器的无功容量按1∶2∶4∶8的比例进行分配，每台电抗器与一个真空高压接触器串联接入系统，这样可以对电抗器进行投切控制。四台电抗器共有十六种组合方式，能够形成16档均匀分布的电抗器容量。

(2)正常运行时四台电抗器均投入系统，系统运行在过补偿方式，远离谐振点防止发生谐振过电压。选线控制器实时采集数据，计算出系统的接地电容电流以及并联电抗器的最佳组合方式。

(3)当系统发生单相接地故障时选线控制器按照最佳组合方式投切电抗器，系统运行在全补偿方式，保证可靠熄弧。

(4)如果发生单相永久性接地，控制器能够采用电流突变量法进行正确选线。

(5)消弧线圈状态信息及选线结果信息能够在液晶屏幕显示，同时可以通过硬节点或串口发送给变电站综合自动化后台。

(6)和常规的调匝式消弧线圈相比，省去了有载分接开关、阻尼电阻及与之配套的投切开关；电抗器的容量总和二者相同；多了4台真空高压接触器。成本明显降低。

(7)实现了选线和消弧一体化，利用突变量法选线，选线正确率达到100％，彻底解决了中性点经消弧线圈接地系统选线难题。

(8)每台电抗器配备一支氧化锌避雷器，消除了带电流切除电抗器产生的过电压。

附图说明：

图1是8421并联电抗器组合式消弧线圈一次设备结构图；

图2是8421并联电抗器组合式消弧线圈二次设备，即数据采集和选线控制装置原理图；

图3是8421并联电抗器组合式消弧线圈自动调谐和选线程序流程图。

具体实施方式：

8421并联电抗器组合式消弧线圈一次设备结构如附图1所示。L、L1、L2、L3、L4为五台并联电抗器，L电抗器作为基础容量，始终投入系统，另外L1、L2、L3、L4四台电抗器的无功容量按1∶2∶4∶8的比例进行分配。k1、k2、k3、k4为真空高压接触器，分别与电抗器串联接入系统，这样可以通过对真空高压接触器操作实现对电抗器的投切控制，b1、b2、b3、b4为四个避雷器。四台电抗器共有十六种组合方式，能够形成16档均匀分布的电抗器容量。

系统正常运行时，四个真空高压接触器闭合，电抗器均投入运行，系统运行在过补偿方式，远离谐振点防止发生谐振过电压。当系统发生单相接地故障时选线控制器按照最佳组合方式投切电抗器，系统运行在全补偿方式，保证可靠熄弧。

由于电感电流不能突变，所以在投切电抗器的过程中有可能产生过电压。图中b1、b2、b3、b4为避雷器，起限制过电压的作用。

并联电抗器组合式消弧线圈二次设备，即数据采集和选线控制装置原理如附图2所示。该数据采集和选线控制装置全面控制该并联电抗器组合式消弧线圈，其CPU从ISA总线上调用实时数据并进行自动调谐，实时监测及选线运算等控制。该装置由主板(包括CPU、内存)、有源低通滤波器板卡、A/D采样卡、DO卡、继电器板卡、电压电流变换器板卡、交直流电源、液晶大屏幕、调制解调器、硬盘等部分组成。母线零序电压、各条线路零序电流、消弧线圈电压及消弧线圈电流接到装置后面板的端子排上，采用高精度的微型电压电流变换器将各个通道的二次电流、电压信号统一变换为低电压信号。电压信号通过一块前置有源低通滤波器进行滤波，有效的去除了各种高频干扰，这大大有利于对于我们的程序算法处理。经过滤波后的模拟信号经过A/D采样卡转换为数字信号，送到工控机的ISA总线上，工控机主板CPU从ISA总线上调用实时数据并进行自动调谐及选线运算。计算结果一方面直接通过液晶屏幕显示，另一方面将DO信号通过ISA总线传送给DO卡，DO信号经过光电隔离驱动继电器将开关量信号送出，控制真空高压接触器动作，或是进行故障报警。同时装置配有RS232串口和Modem通信方式，使装置与外界进行远程数据交互。

基于工控机的选线装置除了电压电流变换器板卡、有源低通滤波器板卡以及继电器板卡之外，其它器件(包括ISA总线)都是标准化的工控机板卡，组装简易；由于工控机内存容量大，因此能够进行复杂的数学计算。装置利用大容量硬盘可以进行海量数据存储，每台装置可以存储十万个以上的故障波形数据。装置还装有防死机看门狗电路，有效地防止了工控机受到强烈干扰后的死机问题。

自动调谐和选线程序流程如附图3所示。主程序由三个线程组成，第一个线程为自动调谐线程，程序实时采集消弧线圈电压和电流，并根据采集数据判断是否需要进行调谐计算，如认为需要进行调谐计算，则进入调谐算法流程，计算出系统对地电容电流，并得到最佳的电抗器组合方案。第二个线程为自检线程，自检程序定时判断消弧线圈是否接地良好，各真空高压接触器是否出现故障等，如发现故障则立即报警。第三个线程为故障选线线程，程序实时采集母线零序电流及各条线路的零序电压，如发现零序电压越限则立即进入选线流程，首先按照自动调谐算法计算出的电抗器最佳组合方案控制真空高压接触器，使系统处于全补偿状态，实现可靠熄弧。如果故障没有消失，说明故障为永久接地故障，此时选线程序利用电流突变量法、五次谐波法等多种选线算法进行综合选线，选线结果通过硬节点或串口进行输出。延迟一定时间(例如1秒)后如果故障没有消失，则重新进行选线，如果故障消失则控制真空高压接触器，使所有的电抗器均投入系统，保证系统处于过补偿方式。主程序通过设定中断优先级保证三个线程不发生冲突。

Claims (5)

1.8421并联电抗器组合式消弧线圈自动调谐及小电流接地故障选线系统，包括：

一次设备，包括8421并联电抗器组合式消弧线圈；

二次设备，包括数据采集和选线控制装置；

其特征在于：

(1)消弧线圈由至少五台并联电抗器组成，其中一台电抗器作为基础容量，始终投入系统，另外四台电抗器的无功容量按1∶2∶4∶8的比例进行分配，每台电抗器与一个真空高压接触器串联接入系统，用于对电抗器进行投切控制；

(2)所述数据采集和选线控制装置包括：

CPU，用于正常运行时控制四台电抗器均投入系统，使系统运行在过补偿15％方式，远离谐振点防止发生谐振过电压；

数据采集卡，用于实时采集数据；

ISA总线；用于将数据传送到所述CPU，由CPU计算出系统的接地电容电流以及并联电抗器的最佳组合方式；

其中，在发生单相接地故障时按照最佳组合方式投切电抗器，系统运行在全补偿方式，保证可靠熄弧；和

发生单相永久性接地时，所述数据采集和选线控制装置采用电流突变量法进行正确选线。

2.如权利要求1的系统，其中每台所述电抗器配备一支氧化锌避雷器，用于消除带电流切除电抗器产生的过电压。

3.如权利要求1的系统，其中所述四台电抗器共有十六种组合方式，能够形成16档均匀分布的电抗器容量。

4.如权利要求1的系统，其中消弧线圈状态信息及选线结果信息能够在液晶屏幕显示，同时可以通过硬节点或串口发送给变电站综合自动化后台。

5.如权利要求1的系统，其中所述数据采集和选线控制装置包括：主板、滤波器卡、数据采集卡、开关量卡、故态继电器、PT/CT版、交直流电源、液晶大屏幕、调制解调器、金属机箱。

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