CN100511908C - 稳态零序电流助增装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种稳态零序电流助增装置及方法。它解决了目前对于利用故障信号稳态分量选线和定位的方法存在系统自身故障电气量幅值偏小不易检测的缺陷，具有在电网发生单相接地故障后，瞬间放大故障信号稳态分量，使基于单相接地故障稳态量的选线定位装置准确动作，达到定位和选线目的等优点，其结构为：它包括被保护配电系统的母线，所述母线上安装稳态零序电流助增装置，该装置还与电压互感器连接，电压互感器则与母线连接；助增装置由电力电容器组、投切开关和控制装置组成，控制装置监测配电系统是否发生单相接地故障，电力电容器组则对接地电流进行助增，并由控制装置通过投切开关控制电力电容器组的投切。

Description

稳态零序电流助增装置及方法
技术领域
本发明涉及一种电力系统中接地故障检测技术，尤其涉及一种中性点不接地或经消弧线圈接地系统用的稳态零序电流助增装置及方法。
背景技术
目前，对于运行的配电系统，由于系统中性点不接地或经消弧线圈接地，发生单相接地故障后不形成短路回路，只有系统分布电容引起的很小的零序电流。国内外各种查找单相接地故障的装置就是根据这些比较小的量作为判断依据，误判率比较大。对此，目前尚无准确可靠的微机选线装置能动作于跳闸。
国内外高校和厂家推出三种类型的接地选线定位装置，分别是：反应单相接地故障暂态量的选线定位装置、反应单相接地故障稳态量的选线定位装置、利用“注入法”原理构成的选线定位装置。前两种现有技术的缺陷为：对于反映故障暂态量的选线定位方法，有故障电气量存在时间短不易采集故障数据的缺陷；对于反映故障稳态量的选线定位方法，存在电气量幅值偏小的缺陷，由于故障分量幅值太小，造成判据失灵，降低了装置的可靠性。
发明内容
本发明的目的就是为了解决目前对于利用故障信号稳态分量选线和定位的方法存在系统自身故障电气量幅值偏小不易检测的缺陷，提供一种具有在电网发生单相接地故障后，瞬间放大故障信号稳态分量，使基于单相接地故障稳态量的选线定位装置准确动作，达到定位和选线目的等优点的稳态零序电流助增装置及方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种稳态零序电流助增装置，它包括被保护配电系统的母线，所述母线上安装稳态零序电流助增装置，该装置还与电压互感器连接，电压互感器则与母线连接；助增装置由电力电容器组、投切开关和控制装置组成，控制装置监测配电系统是否发生单相接地故障，电力电容器组则对接地电流进行助增，并由控制装置通过投切开关控制电力电容器组的投切。
所述电力电容器组包括在母线的每一相上设置的至少一个电容器，它们构成电容器组，每个电容器的一端分别与各自的投切开关串联，另一端接地。
所述控制装置由三相电压、零序电压采集装置、单相接地故障判断装置和开关投切驱动装置组成，监测配电系统三相电压和零序电压并判断系统是否发生单相接地故障，从而控制电力电容器的投切；其中，三相电压、零序电压采集装置由电压变送器、RC低通滤波、由运算放大器构成的预处理电路和A/D转换电路构成；单相接地故障判断装置由AT89C52单片机构成；开关投切驱动装置由继电器驱动电路和控制继电器构成。
所述各投切开关组成一组控制开关，它们接在母线与各自相应的电容器之间，根据控制装置的命令投切电力电容器组。
一种采用稳态零序电流助增装置的助增方法，它的方法为，
(1)配电系统运行时，投切开关断开，电力电容器组不投入，控制装置实时监测母线电压和系统零序电压，并判断系统是否发生单相接地故障；
(2)若没有单相接地故障发生，重复步骤(1)；若有，立即将投切开关闭合，把电力电容器组投入故障系统，以增大故障零序电流；
(3)继续监测母线电压和系统零序电压，并判断单相接地故障是否存在；
(4)若故障依然存在，继续进行步骤(3)的操作；
(5)若故障已解除，将投切开关断开，把电力电容器组从系统中切除；
(6)然后返回到步骤(1)重新进行上述操作。
本发明的工作过程为：对于运行的配电系统，由本装置的控制部分实时监测母线的三相电压和系统零序电压，并实时判断配电系统是否发生单相接地故障。配电系统正常运行时，投切开关K是断开的，该装置不投入。当发生单相接地故障时，由控制部分将投切开关K闭合，稳态零序电流助增装置迅速投入到故障系统中，使故障零序电流瞬间得到放大，故障被找到后由控制部分立即将投切开关K断开，该装置从系统中退出，不会对配电系统的运行造成不利影响。
本发明的有益效果是：(1)可以与基于稳态故障量的单相接地故障选线和定位保护联用，当小电流接地系统发生单相接地故障时，通过稳态零序电流助增装置人为地增加故障稳态零序电流，瞬间放大的故障零序电流使故障线路与非故障线路的零序故障电流差距增大，从而使基于故障稳态量的单相接地故障选线与定位保护的动作准确率得到提高。(2)提高了基于稳态故障量的单相接地故障选线和定位保护的抗过渡电阻能力，由于人为增加了故障零序电流，加强了故障点的故障程度，相应的提高了抗过渡电阻的能力。(3)对装有高压熔断器的出线，增大了的故障零序电流使高压熔断器迅速熔断，可将接地故障迅速隔离。
总之该装置能够有效地提高基于稳态故障量的单相接地故障选线和定位保护的动作准确率；对装有高压熔断器的线路，能将故障迅速隔离，缩短故障处理时间。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为控制装置结构示意图；
图3为助增方法流程图。
其中，1、母线，2、电容器，3、控制装置，4、投切开关，5、三相电压、零序电压采集装置，6、单相接地故障判断装置，7、开关投切驱动装置，8、电压互感器。
具体实施例
实施例1：
图1中，在受保护的配电系统的中性点不接地系统母线1的每一相上连接电容器2，每一电容器2与其相应的投切开关4串联，电容器2的另一端接地，全部的电容器2组成电力电容器组。控制装置3用于监测配电系统是否发生单相接地故障，并控制投切开关4的投切，如图2所示。控制装置4包括三相电压、零序电压采集装置5、单相接地故障判断装置6和开关投切驱动装置7组成，用以监测配电系统三相电压和零序电压并判断系统是否发生单相接地故障，从而控制电力电容器组的投切；其中，三相电压、零序电压采集装置5由电压变送器、RC低通滤波、由运算放大器构成的预处理电路和A/D转换电路构成；单相接地故障判断装置6由AT89C52单片机构成；开关投切驱动装置7由继电器驱动电路和控制继电器构成。控制装置3还与电压互感器8连接，电压互感器8的一端与母线1连接。
本发明的助增方法如图3所示：
(1)配电系统运行时，投切开关断开，电力电容器组不投入，控制装置实时监测母线电压和系统零序电压，并判断系统是否发生单相接地故障；
(2)若没有单相接地故障发生，重复步骤(1)；若有，立即将投切开关闭合，把电力电容器组投入故障系统，以增大故障零序电流；
(3)继续监测母线电压和系统零序电压，并判断单相接地故障是否存在；
(4)若故障依然存在，继续进行步骤(3)的操作；
(5)若故障已解除，将投切开关断开，把电力电容器组从系统中切除；
(6)然后返回到步骤(1)重新进行上述操作。
图1中，假设线路II的C相发生单相接地故障，故障线路零序电流等于非故障线路I的零序电流和助增装置产生的零序电流之和，助增装置产生的零序电流即为人为增加的零序电流，该电流比系统本身的零序电流大得多，可以根据实际需要计算出所加电流的大小。可见，人为增加的故障零序电流使故障线路中流过的故障电流大大增加，而非故障线路中仍然是分布电容引起的故障零序电流，从而拉大了故障线路与非故障线路之间的差距，能够提高利用故障信号稳态分量选线和定位保护的判断准确率。
以某采油厂35kV/6kV变电所为例，它有2台6300kVA主变，YΔ-11接线，Uk％＝7.5％，6kV母线带有8条出线，出线参数及负荷情况如下表1：
表1
 
出线序号 线路长度(km) 有功负荷(MW) 无功负荷(MVar)
1 15 0.46 0.25
2 10 0.56 0.35
3 20 0.36 0
4 12 0.33 0.03
5 17 0.42 0.18
6 2 0.91 0.41
7 19 0.49 0.12
8 3 0.90 0.43
其中，导线型号为LGJ-70，水平排列，间距0.45m。助增装置中每相电力电容器容量80kVar，过渡电阻0～3kΩ。
对比结果
1号出线3km处发生单相接地故障数据如表2：
表2 1#出线3km处发生单相接地故障仿真数据
 
过渡电阻(欧姆) 0 10 50 100 500 1000 1500 2000 2500 3000
无助增电流时故障线路零序电流3I<sub>0</sub>(A)   1.2 1.2 1.2 1.2 1.1 0.9368 0.7622 0.6280 0.5283 0.4535
加0.24MVar电容时故障线路零序电流3I<sub>0</sub>(A)             38 36.9 25.1 15.5 3.4 1.7 1.1 0.8613 0.6892 0.5744
从试验数据可以看出，故障线路的零序电流在助增后过渡电阻较小时明显增大，过渡电阻较大时也有增大，但增大幅度较小。
由于稳态零序电流助增装置在系统故障时，人为的增加了故障零序电流，即提供了足够大的接地电流，目前油井变压器的高压熔断器熔丝一般在3A—5A，所以金属性接地时，由于零序电流助增装置瞬间增大了故障零序电流，高压熔断器熔丝会迅速熔断，将接地故障隔离。这已经成为临盘油田电网的接地故障查找的独特方法。

Claims (3)

1、一种稳态零序电流助增装置，其特征是：被保护的配电系统的母线上安装该助增装置，该助增装置还与电压互感器连接，电压互感器则与所述母线连接；该助增装置由电力电容器组、投切开关和控制装置组成，控制装置监测配电系统是否发生单相接地故障，电力电容器组则对接地电流进行助增，并由控制装置通过投切开关控制电力电容器组的投切；其中，电力电容器组包括在所述母线的每一相上设置的至少一个电容器，每个电容器的一端分别与各自对应的所述投切开关串联，另一端接地；控制装置则由三相电压及零序电压采集装置、单相接地故障判断装置和开关投切驱动装置组成，以监测配电系统三相电压和零序电压并判断配电系统是否发生单相接地故障，从而控制电力电容器组的投切；其中，三相电压及零序电压采集装置由电压变送器、RC低通滤波、由运算放大器构成的预处理电路以及A/D转换电路构成；单相接地故障判断装置由AT89C52单片机构成；开关投切驱动装置由继电器驱动电路和控制继电器构成。
2、根据权利要求1所述的稳态零序电流助增装置，其特征是：所述投切开关组成一组控制开关，所述投切开关接在所述母线与各自对应的所述电容器之间，根据控制装置的命令投切电力电容器组。
3、一种采用权利要求1所述的稳态零序电流助增装置的助增方法，其特征是包括步骤：
(1)配电系统运行时，投切开关断开，电力电容器组不投入，控制装置实时监测母线电压和配电系统零序电压，并判断配电系统是否发生单相接地故障；
(2)若没有单相接地故障发生，重复步骤(1)；若有，立即将投切开关闭合，把电力电容器组投入以增大故障零序电流；
(3)继续监测母线电压和配电系统零序电压，并判断单相接地故障是否存在；
(4)若单相接地故障依然存在，继续进行步骤(3)；
(5)若单相接地故障已解除，将投切开关断开，把电力电容器组从配电系统中切除；
(6)然后返回到步骤(1)重新进行上述各步骤。
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