CN101009429A - 中性点非有效接地电网的消谐、消弧方法及综合保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明针对现有的消谐方法和产品存在的保护效果差的问题，公开了一种中性点非有效接地电网的消谐和消弧方法及综合保护装置，其中消谐方法是：谐振时，将电抗器并接于电压跌落相的母线与地之间，形成一次消谐支路，破坏谐振点，钳制谐振过电压、迅速消谐，并使系统的电容电流对电抗器放电，保护电压互感器和其它电器。其中消弧方法是：当电网系统中任一相发生单相弧光接地故障时，直接将一电抗器并接于故障相的母线与地之间，形成消弧支路，钳制住故障相的电压，并旁路故障电流，实现消弧。本发明同时公开了一种与之相配的保护装置，它具有方法新颖，简单可靠，装置性价比高，维护方便的优点。
Description
技术领域
本发明涉及电网消谐、消弧方法及其保护装置，适用于电力系统的中性点非有效接地电网，具体地说是一种中性点非有效接地电网的消谐、消弧方法及综合保护装置。
背景技术
电力系统过电压主要分为雷电过电压、操作过电压和谐振过电压；其中谐振过电压在正常运行操作中出现频繁，其危害性较大；过电压一旦发生，往往造成电气设备损坏和大面积的停电事故。许多运行经验表明，中低压电网中过电压事故大多数都是由谐振现象所引起的。由于谐振过电压作用时间较长，在选择保护措施方面造成困难。目前，我国35kV及以下配电网，仍大部分采用中性点不接地方式运行，一部分采用老式的消弧圈接地。从运行实践证明，中性点不接地系统中由于电压互感器铁心饱和引起的铁磁谐振过电压比较多，尽管采取了不少限制谐振过电压的措施，如：消谐灯、消谐器、TV高压中性点增设电阻或单只TV等，但始终没有从根本上得到解决，TV烧毁、熔丝熔断仍不断发生，给电网的安全运行带来很大的威胁。
目前，我国3～35kV配电网，绝大多数采用中性点非有效接地方式，并且越来越多的配电网实现了电缆化，接地电容电流也随之大幅度的增长。在10kV系统中，与相同长度的架空线路相比，电缆线路的电容电流大25倍(三芯电缆)～50倍(单芯电缆)，以至发生单相弧光接地故障时，故障点的电弧难以熄灭，并产生高达相电压3.5～4.76倍的过电压，威胁系统的绝缘脆弱的设备，引起连锁事故。
目前国内针对此类故障的保护有：消弧线圈和消弧装置两类产品。
消弧线圈的保护原理是：用电感电流补偿接地电容电流，以至熄弧。但是它仅能补偿工频的电容电流，对高频电流不能补偿。而在电缆电路中，高频震荡电流幅值大衰减慢，且远大于工频电流，在工频电流过零时仍有很大的幅值，所以在电缆线路中消弧线圈往往不能熄弧。并且消弧线圈结构复杂，投资大，不能适应电网运行方式的多样性和无人职守的要求，可靠性差。
国内具有代表性消弧装置目前有两种：
一种是将弧光接地转化为金属接地，以至熄弧。这种方法首先将使回路中开关的触点受到电容放电电流的冲击，造成触点燃弧烧蚀；在保护动作恢复时，又给系统造成大的电压扰动，极易引发谐振；更为严重的是，一旦保护动作投错相，将引起相间短路，造成更恶劣的事故。
另一种消弧装置将弧光接地转化为通过氧化锌压敏电阻接地，以达到熄弧目的。但实践证明在10kV系统中，该消弧装置只对5A以下的电容电流有熄弧作用，一旦电容电流大于5A，则无法熄弧。而一般单独配网的电容电流都远远超过5A，换言之，这种消弧装置根本不能消弧，并且氧化锌压敏电阻的能容量有限，长期通流将引起能量击穿而损坏。
上述的所有消弧产品还存在一个共有缺陷：频率响应特性差，对故障产生之初的高频电压和高频电流不响应(保护拒动)，即对电缆线路根本不能提供有效的保护。
发明内容
本发明的目的是针对现有的消谐、消弧方法和产品保护效果差的问题，发明一种能可靠消谐、消弧的中性点非有效接地电网的消谐、消弧方法及综合保护装置，以有效的消除谐振及消除弧光接地，保证电网的安全运行。
本发明的技术方案是：
一种中性点非有效接地电网的消谐方法，其特征是：直接将电抗器并接在谐振时的电压跌落相的母线与地之间，形成一次消谐支路，通过该电抗器的感抗破坏电网系统的谐振点、钳制谐振过电压、迅速消谐，并使系统的电容电流对上述电抗器放电，保护电压互感器及其它电器免遭谐振的励磁涌流的摧毁。
一种中性点非有效接地电网的消弧方法，其特征是：当电网系统中任一相发生单相弧光接地故障时，直接将一电抗器并接于故障相的母线与地之间，形成消弧支路，钳制住故障相的电压，并旁路故障电流，实现消弧。
其中：所述的从母线上切断上述一次消谐支路或消弧支路的同时，还可将一消谐电阻并接在三相电压互感器二次侧的开口三角处，进行二次消谐，保证系统不产生谐振，二次消谐结束的同时该消谐电阻断开。
此外，在一次消谐支路或消弧支路从母线上切除之前，还可将与电抗器串联的电阻投入该支路，使三相电压恢复到正常电压之前有阶梯性的过渡，保证系统恢复平稳。
一种中性点非有效接地电网的消谐、消弧综合保护装置，其特征是它主要由四只单相高压开关、电抗器L、电阻RY、电流互感器CT、采集三相电压和零序电压的电压互感器TV和微机控制器组成，系统母线的三相电源线分别与三个单相高压开关的常开主触点ZA1、ZB1、ZC1的上触头对应相连，三个单相高压开关的常开主触点ZA1、ZB1、ZC1的下触头相互连接在一起后与电阻RY的一端相连，电阻RY的另一端与电抗器L的一端相连，电抗器L的另一端穿过电流互感器CT的一次绕组后接地，电流互感器CT的二次绕组接微机控制器的模拟量输入端；另一只单相高压开关ZD1的常开主触点并接在电阻RY的两端，四个单相高压开关的线包ZA、ZB、ZC、ZD分别接微机控制的对应输出端，采集三相电压和零序电压的电压互感器TV连接在系统母线三相电源线和微机控制器的对应采样输入端之间。
所述的三相电压互感器TV采用三相五柱接法，用于采集系统的三相电压和零序电压，其三相一次绕组的一端采用Y型接法连接在三相电源线和地之间，电压互感器TV的六个二次绕组中的三个绕组采用Y型接法连接在微机控制器的相电压采样输入端和地之间，另外三个二次绕组采用开口三角形接法连接在微机控制器的零序电压输入端和地之间，在微机控制器的控制输出端和电源之间接有消谐继电器线包JX，消谐继电器的常开触点JX1串接消谐电阻RX后跨接在电压互感器TV中采用开口三角形接法的绕组开口处。
本发明具有以下优点：
一、消谐、消弧方法新颖、首创，当谐振时(或弧光接地时)直接将电抗器并接在电压跌落相(或故障相)的母线与地之间，形成一次消谐(消弧)支路，对于谐振：利用电抗器改变系统的电感参数、破坏电网系统的谐振点，达到钳制谐振过电压、迅速消谐的目的；对于弧光接地：利用电抗器钳制住故障相的电压，实现消弧。
二、对于消谐：电抗器旁路谐振的励磁涌流，使系统的电容电流对电抗器放电，保护电压互感器免遭谐振的励磁涌流的摧毁；对于消弧：电抗器旁路接地点的故障电流，保证故障不继续扩大。
三、当上述消谐或消弧结束前，将与电抗器串联的电阻投入前述一次消谐支路，使三相电压恢复到正常电压之前有阶梯性的过渡，保证系统恢复平稳。
四、当上述消谐或消弧结束，电抗器串联电阻支路从母线上切除的同时，微机控制器驱动消谐继电器动作，将一消谐电阻并接在三相电压互感器二次侧的开口三角处，进行二次消谐，保证系统不产生谐振。
五、装置结构简单、体积小、性价比高、运行维护方便。
附图说明
图1是本发明的电原理示意图。
图2是本发明的微机控制器的原理结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1、2所示。
一种中性点非有效接地电网的消谐方法，它是先进行一次消谐，改变通常在系统变压器中性点采取措施的方法，直接将电抗器L短时并接在谐振时的电压跌落相的母线与地之间，形成一次消谐支路，通过该电抗器L的感抗破坏电网系统的谐振点、钳制谐振过电压、迅速消谐，并使系统的电容电流对上述电抗器L放电，保护电压互感器及其它电器免遭谐振的励磁涌流的摧毁；在一次消谐支路从母线上切除之前，将与电抗器L串联的电阻RY投入该支路，使三相电压恢复到正常电压之前有阶梯性的过渡，保证系统恢复平稳；然后一次消谐结束，从母线上切断该支路，与此同时，将一消谐电阻RX并接在三相电压互感器二次侧的开口三角处，进行二次消谐，保证系统无消谐死区，彻底消除谐振，二次消谐结束，该消谐电阻RX断开。
一种中性点非有效接地电网的消弧方法是当电网系统中任一相发生单相弧光接地故障时，直接将一电抗器L并接于故障相的母线与地之间，形成消弧支路，钳制住故障相的电压，并旁路故障电流，实现消弧。在消弧支路从母线上切除之前，将与电抗器L串联的电阻RY投入该支路，使三相电压恢复到正常电压之前有阶梯性的过渡，保证系统恢复平稳；当消弧结束，从母线上切断该支路的同时，将一消谐电阻RX并接在三相电压互感器二次侧的开口三角处，进行二次消谐，保证系统不产生谐振，二次消谐结束的同时该消谐电阻RX断开。
本发明的消谐、消弧方法是利用微机控制器通过三相五柱接法的电压互感器实时采集三相电压的幅值及频率、零序电压的幅值及频率并与微机控制器中存储的判据进行比较，当系统发生谐振或发生单相接地故障时，系统的三相电压、零序电压和零序电压频率都将发生变化，微机控制器根据这些变化判别出故障的性质，驱动装置或进行消谐、或进行消弧，例如消谐：既微机控制器驱动与电压跌落相相连接的单相高压开关闭合，同时也驱动与电阻RY并联的单相高压开关ZD闭合，其结果将一电抗器L并接在所述的电压跌落相母线与地之间，由于电抗器L的感抗比电压互感器TV的感抗小很多，所以能改变系统的电感参数、破坏电网系统的谐振点，达到钳制谐振过电压、迅速消谐的目的，并使系统的电容电流对电抗器L放电，保护电压互感器免遭谐振的励磁涌流的摧毁；当电抗器L从母线上切除前，单相高压开关ZD分断，将与电抗器串联的电阻RY投入前述一次消谐支路，使三相电压恢复到正常电压之前有阶梯性的过渡，保证系统恢复平稳；当一次消谐支路从母线上切除的同时，微机控制器驱动消谐继电器JX动作，将一消谐电阻RX并接在三相电压互感器二次侧的开口三角处，进行二次消谐，保证系统无消谐死区，彻底消除谐振。如果进行消弧：微机控制器驱动与故障相连接的单相高压开关闭合，其余过程与消谐相同。
与上述方法相配的中性点非有效接地电网的智能化综合保护装置，它主要由四只单相高压开关(ZA、ZB、ZC、ZD)、电抗器L、电阻RY、电流互感器CT、采集三相电压和零序电压的电压互感器TV和微机控制器(可采用现有单片机及其外围电路制成，如图2所示)组成，如图1，系统母线的三相电源线分别与三个单相高压开关的常开主触点ZA1、ZB1、ZC1的上触头对应相连，三个单相高压开关的常开主触点ZA1、ZB1、ZC1的下触头相互连接在一起后与电阻RY的一端相连，电阻RY的另一端与电抗器L的一端相连，电抗器L的另一端穿过电流互感器CT的一次绕组后接地，电流互感器CT的二次绕组接微机控制器的模拟量输入端；另一只单相高压开关ZD1的常开主触点并接在电阻RY的两端，四个单相高压开关的线包ZA、ZB、ZC、ZD分别接微机控制的对应输出端，三相电压互感器TV连接在系统三相母线和微机控制器对应三相电压和零序电压采样输入端之间。三相电压互感器TV采用三相五柱接法，用于采集系统的三相电压和零序电压以及它们的频率，其三相一次绕组的一端采用Y型接法连接在三相电源线和地之间，电压互感器TV的六个二次绕组中的三个绕组采用Y型接法连接在微机控制器的相电压采样输入端和地之间，另外三个二次绕组采用开口三角形接法连接在微机控制器的零序电压输入端和地之间，在微机控制器的控制输出端和电源之间接有消谐继电器线包JX，消谐继电器的常开触点JX1串接消谐电阻RX后跨接在电压互感器TV中采用开口三角形接法的绕组开口处。
本发明的工作过程为：
当系统正常运行时，四只高压开关均处于分断状态，装置不对系统产生任何影响；微机控制器始终检测系统的三相电压和零序电压及它们的频率，并进行判别，一旦判断系统发生谐振或弧光接地，微机控制器立即驱动装置进行消谐或消弧。
如消谐：微机控制器驱动与电压跌落相连接的高压开关闭合，同时也驱动与电阻RY并联的单相高压开关ZD闭合，其结果将电抗器L并接于电压跌落相的母线与地之间，形成一次消谐支路，产生如下效果：1)改变系统的电感参数、破坏电网系统的谐振点，达到钳制谐振过电压、迅速消谐的目的。2)旁路谐振的励磁涌流，使系统的电容电流对电抗器放电，保护电压互感器免遭谐振的励磁涌流的摧毁。
如消弧：微机控制器驱动与故障相连接的单相高压开关闭合，其余过程与消谐相同。
当上述消谐或消弧结束前，单相高压开关ZD分断，将与L串联的电阻RY投入前述一次消谐支路，使三相电压恢复到正常电压之前有阶梯性的过渡，保证系统恢复平稳。
当上述消谐或消弧结束，电抗器L加串联的电阻RY从母线上切除的同时，微机控制器驱动消谐继电器JX动作，将一消谐电阻RX并接在三相电压互感器二次侧的开口三角处，进行二次消谐，保证系统不产生谐振。
Claims (6)
1、一种中性点非有效接地电网的消谐方法，其特征是：直接将电抗器并接在谐振时的电压跌落相的母线与地之间，形成一次消谐支路，通过该电抗器的感抗破坏电网系统的谐振点、钳制谐振过电压、迅速消谐，并使系统的电容电流对上述电抗器放电，保护电压互感器及其它电器免遭谐振的励磁涌流的摧毁。
2、一种中性点非有效接地电网的消弧方法，其特征是：当电网系统中任一相发生单相弧光接地故障时，直接将一电抗器并接于故障相的母线与地之间，形成消弧支路，钳制住故障相的电压，并旁路故障电流，实现消弧。
3、根据权利要求1所述的中性点非有效接地电网的消谐方法，其特征在于从母线上切断上述一次消谐支路或消弧支路的同时，将一消谐电阻并接在三相电压互感器二次侧的开口三角处，进行二次消谐，保证系统不产生谐振，二次消谐结束的同时该消谐电阻断开。
4、根据权利要求1或2所述的中性点非有效接地电网的消谐、消弧方法，其特征在于在一次消谐支路或消弧支路从母线上切除之前，将与电抗器串联的电阻投入该支路，使三相电压恢复到正常电压之前有阶梯性的过渡，保证系统恢复平稳。
5、一种中性点非有效接地电网的消谐、消弧综合保护装置，其特征是它主要由四只单相高压开关ZA、ZB、ZC、ZD、电抗器L、电阻RY、电流互感器CT、采集三相电压和零序电压的电压互感器TV和微机控制器组成，系统母线的三相电源线分别与三个单相高压开关的常开主触点ZA1、ZB1、ZC1的上触头对应相连，三个单相高压开关的常开主触点ZA1、ZB1、ZC1的下触头相互连接在一起后与电阻RY的一端相连，电阻RY的另一端与电抗器L的一端相连，电抗器L的另一端穿过电流互感器CT的一次绕组后接地，电流互感器CT的二次绕组接微机控制器的模拟量输入端；另一只单相高压开关ZD1的常开主触点并接在电阻RY的两端，四个单相高压开关的线包ZA、ZB、ZC、ZD分别接微机控制的对应输出端，采集三相电压和零序电压的电压互感器TV连接在系统母线三相电源线和微机控制器的对应采样输入端之间。
6、根据权利要求5所述的中性点非有效接地电网的消谐、消弧综合保护装置，其特征是所述的电压互感器TV为一采用三相五柱接法的电压互感器，其三相一次绕组的一端采用Y型接法连接在三相电源线和地之间，电压互感器TV的六个二次绕组中的三个绕组采用Y型接法连接在微机控制器的相电压采样输入端和地之间，另外三个二次绕组采用开口三角形接法连接在微机控制器的零序电压输入端和地之间，在微机控制器的控制输出端和电源之间接有消谐继电器线包JX，消谐继电器的常开触点JX1串接消谐电阻RX后跨接在电压互感器TV中采用开口三角形接法的绕组开口处。
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