CN101540499B - 城市配网中值电阻接地快速选线跳闸装置及选线方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种城市配网中值电阻接地快速选线跳闸装置及选线方法，属于电力安全设施技术领域。该装置包括分别与母线上各电路出线耦合的出线零相序电流互感器，母线还接Z型接地变压器，Z型接地变压器的中性点通过中值电阻接地，中值电阻的接地端与接地零相序电流互感器耦合，输出端接测控装置，Z型接地变压器的中性点还通过单相电压互感器的原边线圈接地，副边线圈接测控装置的电压采样信号输入端。本发明可以充分利用零序电路的幅值和相位，为采用横向和纵向比较奠定了基础，从而可以充分比较每一条线路接地前后的零序电流值以及所有线路之间的零序电流值，准确判断出接地的线路，克服传统零序功率方向选线存在的缺点，保证电力企业安全生产。

Description

城市配网中值电阻接地快速选线跳闸装置及选线方法

技术领域

本发明涉及一种跳闸装置，尤其是一种城市配网中值电阻接地快速选线跳闸装置，同时还涉及相应的选线方法，属于电力安全设施技术领域。

背景技术

据申请人了解，就目前技术水平来看，城市6-35kV中压电网中性点非直接接地方式主要有中性点不接地方式、中性点经消弧线圈接地方式和中性点经电阻接地方式。

其中，中性点经电阻接地有三种.A.中性点经小电阻接地，接地电流为200-2000A，其单相接地电流较大，对系统安全的危害程度也会增大，同时跳闸次数较多，供电可靠性降低；B.中性点经高阻接地，接地电流小于20A，主要用在厂矿系统和发电机系统，一般电容电流小于20A的系统。C.中值电阻接地，动作电流在50-200A之间，选线主要采用功率方向原理，由于故障线路零序电流相位滞后零序电压相位90°，非故障线路零序电流相位超前零序电压相位90°，因此保护装置可以根据零序电压和零序电流的相位和大小来选择故障线路。

在实际的使用中，由于线路中没有零序电压互感器，只能通过三相电压矢量合成，利用软件进行计算得到，电流互感器的制造误差以及线路上的各种干扰信号都成为影响选线准确性的因素。此外，零序电流互感器在安装过程中极易不一致，由于各条出线上电流互感器的变比不同，结果往往导致选线错误，给电力企业安全生产带来诸多麻烦。

检索发现，申请号为200310119119.2的中国专利申请公开了一种小电流接地电网单相接地故障选线方法与装置，但其中技术方案并不能解决上述现有技术存在的选线错误问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提出一种城市配网中值电阻接地快速选线跳闸装置及选线方法，该装置可以提供所需的零序电路幅值和相位，从而在发生单相接地故障时，为测控装置采用横向和纵向比较法进行判断处理奠定基础，克服采用功率方向选线存在的易发生选线错误的缺点，确保电力企业安全生产。

为了达到以上目的，本发明的城市配网中值电阻接地快速选线跳闸装置包括分别与母线上各电路出线耦合的出线零相序电流互感器，所述各出线零相序电流互感器的输出端分别接测控装置对应的出线电流采样信号输入端，所述母线还接Z型接地变压器，所述Z型接地变压器的中性点通过中值电阻接地，所述中值电阻的接地端与接地零相序电流互感器耦合，所述接地零相序电流互感器的输出端接测控装置的接地电流采样信号输入端，所述Z型接地变压器的中性点还通过单相电压互感器的原边线圈接地，所述单相电压互感器的副边线圈接测控装置的电压采样信号输入端。

本发明上述装置中的测控装置对按照以下步骤选线：根据来自所述各出线零相序电流互感器的电流采样信号分别找出具有最大幅值和最大相角互差值的线路；判断最大幅值和最大相角互差值的线路是否为同一线路；如否，则选择具有最大幅值的线路为故障线路；如是，则选择具有最大相角互差值的线路为故障线路。

本发明不仅通过各出线零相序电流互感器将各出线的信号输入到测控装置，还通过单相电压互感器以及接地零相序电流互感器将Z型接地变压器中性点的电压、电流信号送入控制器，因此可以充分利用零序电路的幅值和相位，并采用横向(幅值)和纵向(相角)比较，选择确定故障线路，从而可以充分比较每一条线路接地前后的零序电流值以及所有线路之间的零序电流值，准确判断出接地的线路，克服传统零序功率方向选线存在的缺点，保证电力企业安全生产。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的城市配网中值电阻接地快速选线跳闸装置及选线方法如图1所示，包括：Z型接地变压器1TM、零序电流互感器TA、单相电压互感器1TV、三相断路器1QS、中电阻1ZR，各出线零序电流互感器1TA-48TA以及控制器XHK。其连接关系为：Z型接地变压器1TM经过三相断路器1QS连接到母线，其中性点经连接到中电阻1ZR，该电阻的另一端穿过零序电流互感器TA后接地，换言之，中值电阻的接地端与接地零相序电流互感器耦合，该接地零相序电流互感器的输出端接测控装置XHK的接地电流采样信号输入端。Z型接地变压器的中性点还通过单相电压互感器的原边线圈接地，其副边线圈接测控装置XHK的电压采样信号输入端。源自母线的各条出线装设穿心耦合连接的零序电流互感器1TA-48TA。各出线零相序电流互感器的输出端分别接测控装置XHK对应的出线电流采样信号输入端。测控装置XHK由PC104工控机构成。

上述三相断路器1QS作为母线和接地变压器1TM的断开点，接地变压器1TM用来产生中性点，单相电压互感器1TV将中性点电压信号送入控制器XHK，用于判断系统是否发生单相接地故障。电阻1ZR平时投入，可以起到限制制单相接地过电压和抑制铁磁谐振的作用。当发生单相接地故障时，电阻1ZR可以限制系统的过电压，同时提供零序有功电流供选线使用。零序电流互感器1TA～48TA完成1～48路线路零序电流的采样，该信号送入控制器XHK进行接地选线，选线结果可以作用于跳闸。如果单相接地时间超过3秒钟，断路器1QS自动跳闸，保护电阻不被烧毁。

当发生接地故障时，PC104工控机如图2所示，根据来自各出线零相序电流互感器的电流采样信号分别通过计算各线路零序电流的幅值，按序找出最大幅值的前三条线路a、b、c；通过计算各线路零序电流的相角α_i、以及计算各线路零序电流相角互差值α_if，找出最大相角互差值的线路x；再判断角互差值的线路x是否在三条线路a、b、c中；如否，则选择具有最大幅值的线路a为故障线路；如是，则选择具有最大相角互差值的线路x为故障线路。

具体而言，此时由于中性点经过一个中值电阻接地，以线路1发生金属性接地为例，从零序电流的幅值上分析，故障线路会流过一个100A左右的零序电流，而非故障线路上流过的零序电流则可忽略不计；从零序电流的相位上分析，故障线路零序电流相位滞后零序电压相位90°，非故障线路零序电流相位超前零序电压相位90°。若线路1经一定数值的电阻接地的情况，相对金属性接地的情况，故障线路上流过的零序电流会变小到50A左右，但与非故障线路上流过的零序电流相比，还是有差别很大的，不会影响选线的准确性。

本实施例的测控装置实质上采用了零序电流幅值和相角相结合或称横向比较与纵向比较相结合的的方法进行选线，按下式计算各线路零序电流相角互差值， ${\mathrm{\α}}_{\mathrm{if}}=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\α}}}|{\mathrm{\α}}_i-{\mathrm{\α}}_n|=|{\mathrm{\α}}_i-{\mathrm{\α}}_1|+|{\mathrm{\α}}_i-{\mathrm{\α}}_2|+...+|{\mathrm{\α}}_i-{\mathrm{\α}}_N|$ (有N条线路)。横向比较法是指：对于同一条线路接地前后零序电流的变化进行判断，故障线路具有非常明显的零序电流增量，非故障线路的零序电流增加不明显，据此特征可以很准确的选出故障线路；横向比较法对各线路上的电流互感器极性和变比没有要求。纵向比较法是指：对于全体线路接地前后零序电流的变化进行综合比较，找出变化最大的一条线路，即为故障线路；纵向比较法可以有效的排除误选的可能，对各线路上的电流互感器极性没有要求，对变比一致性的要求也不高。

采用横向比较法与纵向比较法相结合的判定算法对电流互感器的变比一致性要求低，不依赖于电流互感器的极性，并且与功率的方向无关；由于中性点中电阻的存在，接地前后零序电流变化明显，选线准确率高。通过本发明，保护装置可以快速准确的判断出故障线路。

因此与传统技术相比，本实施例的装置有两大特点：一是在系统的中性点接入中值电阻，发生单相接地故障时，流过接地点的电流限制在100A以下，可以有效抑制接地点弧光过电压，和铁磁谐振的产生；二是在判断接地线路过程中，选线算法利用出线零序电流的大小，充分比较接地前后的变化，以及数条出线之间的差异，达到准确选线的目的，算法和系统的线路长度，零序电流互感器的变比、极性无关。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种城市配网中值电阻接地快速选线跳闸装置，包括分别与母线上各电路出线耦合的出线零相序电流互感器，所述各出线零相序电流互感器的输出端分别接测控装置对应的出线电流采样信号输入端，其特征在于：所述母线还接Z型接地变压器，所述Z型接地变压器的中性点通过中值电阻接地，所述中值电阻的接地端与接地零相序电流互感器耦合，所述接地零相序电流互感器的输出端接测控装置的接地电流采样信号输入端，所述Z型接地变压器的中性点还通过单相电压互感器的原边线圈接地，所述单相电压互感器的副边线圈接测控装置的电压采样信号输入端。

2.根据权利要求1所述的城市配网中值电阻接地快速选线跳闸装置，其特征在于：所述母线经断路器接Z型接地变压器。

3.根据权利要求2所述的城市配网中值电阻接地快速选线跳闸装置，其特征在于：所述测控装置由工控机构成。

4.根据权利要求1所述的城市配网中值电阻接地快速选线跳闸装置的选线方法，其特征在于：所述测控装置根据来自所述各出线零相序电流互感器的电流采样信号分别找出具有最大幅值和最大相角互差值的线路；判断最大幅值和最大相角互差值的线路是否为同一线路；如否，则选择具有最大幅值的线路为故障线路；如是，则选择具有最大相角互差值的线路为故障线路；所述相角互差值的计算方法如下：计算各线路零序电流的相角α_i，以及计算各线路零序电流的相角互差值α_if，其中 ${\mathrm{\α}}_{\mathrm{if}}=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}|{\mathrm{\α}}_i-{\mathrm{\α}}_n|=|{\mathrm{\α}}_i-{\mathrm{\α}}_1|+|{\mathrm{\α}}_i-{\mathrm{\α}}_2|+...+|{\mathrm{\α}}_i-{\mathrm{\α}}_N|.$

5.根据权利要求4所述的选线方法，其特征在于：所述测控装置通过计算各线路零序电流的幅值，按序找出最大幅值的前三条线路。

6.根据权利要求5所述的选线方法，其特征在于：所述测控装置通过计算各线路零序电流的相角以及各线路零序电流相角互差值，找出最大相角互差值的线路。

7.根据权利要求6所述的选线方法，其特征在于：所述测控装置判断最大相角互差值的线路是否在所述最大幅值的前三条线路中；如否，则选择所述前三条线路中具有最大幅值的线路为故障线路；如是，则选择具有最大相角互差值的线路为故障线路。

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