CN101916993A - 一种电网消弧系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电网消弧系统，电网母线包括主回路和多个子回路，主回路和各子回路均设有消弧柜，消弧柜包括过电压保护器、检测单元、微机综合控制器和消弧单元，主回路和各子回路分别安装零序互感器，消弧柜还包括小电流选线装置：检测单元，用于检测所在回路是否发生电弧故障，如发生电弧故障，发送消弧指令到消弧单元；零序互感器，用于在检测发生电弧故障的回路是否有感应电流生成，如有，传送感应电流到小电流选线装置；小电流选线装置，用于依据送感应电流生产启动指令，发送消弧单元；消弧单元，用于在接收到消弧指令和启动指令后，进行消弧动作。本发明还提供一种消弧柜。本发明可适用多级电网消弧，并提高电网的稳定性。

Description

一种电网消弧系统

技术领域

本发明涉及电网变送电领域，特别涉及一种电网消弧系统。

背景技术

我国3～66KV的电网大多采用中性点不接地的运行方式，在发生单相金属性直接接地时，非故障相的对地电压将升高到线电压，三相线电压量值不变，且仍具有120度的相位差，三相用电设备的工作并未受到影响，因而不影响电能的正常传输，所以国家标准规定这类电网在发生单相接地故障后允许短时间带故障运行，以使该类电网可持续供电。

现有的运行规程规定，中性点非有效接地系统发生单相接地故障时，允许运行两小时，如果单相接地故障为金属性接地，则故障相的电压降为零，其余两健全相对地电压升高至线电压，这类电网的电气设备在正常情况下都应能承受这种过电压而不损坏。但是，如果单相接地故障为间歇性弧光接地(以下简称电弧接地故障)，则会在系统中产生达3.5倍相电压峰值的过电压，这样高的过电压如果数小时作用于电网，势必造成电气设备内绝缘的积累性损伤，在健全相的绝缘薄弱环节造成绝缘对地击穿，进而发展成为相间短路事故。在间歇性电弧接地暂态过程中，实际系统会形成多频振荡回路，不仅会产生高幅值的相对地过电压，而且还可能出现高幅值的相间过电压，使相间绝缘弱点闪络，发展成为相间短路事故

目前对电弧接地故障的消弧解决方案之一便是引入消弧柜，参见图1，消弧柜包括过电压保护器11、检测单元12、微机综合控制器13和消弧单元14。当系统出现高幅值的过电压时，组合式过电压保护器11首先投入工作，将系统过电压限制在电气设备绝缘允许的安全范围内；当被保护的系统发生接地或谐振故障时，检测单元12内的电压互感器TV提供三相电压Ua、Ub、Uc及开口三角电压U0的瞬时值变化数据，微机综合控制器13根据瞬时值变化数据判定故障的性质，发出相应的指令控制消弧单元14执行相应的动作，进行消弧。消弧方式主要有以下几种：

1.如果发生的故障是不稳定电弧接地，微机综合控制器13在判定接地的相别后，发出指令，令消弧单元14中故障相的高压真空接触器(KA或KB或KC)在短时间内闭合；将消弧单元14中的消弧限压器XYQ接入接地相，限制故障相的恢复电压，吸收接地引起的电磁能量，减缓系统振荡，使恢复电压不能再次击穿故障点而熄弧；当检测系统三相电压为正常值时，再延时一秒钟后，令高压真空接触器断开，系统恢复正常运行；

2.如果发生的故障是稳定电弧接地，微机综合控制器13在判定接地的相别后，令消弧单元14中故障相对应的真空接触器(KA或KB或KC)和接地的高压真空接触器KD同时闭合，使系统由稳定性的弧光接地快速转变成稳定的金属性直接接地，故障相电压降为零，电弧消失；数秒钟后，先令接地的高压真空接触器KD断开，这时在故障相接入消弧单元14中的消弧限压器XYQ，限制故障相电压的恢复速度和幅值，减缓系统振荡，延时一秒钟断开，若故障消失，说明这一电弧接地故障是因过电压冲击引起的瞬时性接地故障，系统恢复正常运行；如果接触器KD断开后，系统再次在原故障相出现稳定电弧接地，装置认定此故障为永久性的电弧接地故障，于是再次闭合故障相和接地的高压真空接触器KD，等待值班人员或微机选线处理；

概括地说，就是微机综合控制器13根据检测单元141提供的数据，判定故障的性质，发出相应的指令控制消弧单元14执行相应的动作，使电弧消除。电弧消除后，电网可能恢复到正常状态，也可能保持在单相金属性接地的故障状态，现有的运行规程规定，电网在此状态下还允许运行两小时。

上述现有的消弧方法中，消弧柜依据电网电压瞬时值的变化来判断故障的性质，发出相应的指令，进行消弧。而电网电压的变化是会在同一母线段上同时发生的，如果在一段母线只为一个变电所服务的情况下，引入消弧柜是没有问题的；如果上级变电所的一段母线为多个厂级变电所供电，而每个变电所的母线上均设置有消弧柜时，出现电弧故障，各变电所的消弧柜均会动作，但各消弧柜消弧动作不一致会影响电网正行运行。

参阅图2，图2中A0-An表示安装在不同地点的消弧柜，以上级变电所为例，如果上级变电所回路1的A相对地发生对地电弧故障，则上级变电所的10KV母线A相电压的瞬时值将会发生变化，消弧柜A0的检测单元将会检测到相关变化，使消弧单元执行相关动作。但是A相电压瞬时值的变化是所有变电所都能检测到的，消弧柜A1-An也会执行相关动作。这种情况下各不同消弧柜动作的先后取决于每个消弧柜的不同差异，有可能造成短路点所在的消弧柜还没动作，而其它消弧柜先动作的情况，或者电网内多台消弧柜同时动作的情况。这样，各消弧柜再根据各自检测的情况投入保护，退出保护，各消弧柜或经消弧限压器接地，或金属性直接接地，或退出接地，就会导致电网产生异常复杂的接地情况，影响故障排查和电网正常运行。

因此，现有的消弧柜只适用于电网带单个变电所的情况，而不适应于电网带多个不同变电所的情况。

发明内容

本发明的目的提供一种电网消弧系统，该消弧系统可适用多级电网消弧，并提高电网的稳定性。

本发明一种电网消弧系统，电网母线包括主回路和多个子回路，所述主回路和各子回路均设有消弧柜，所述消弧柜包括过电压保护器、检测单元、微机综合控制器和消弧单元，所述主回路和各子回路分别安装零序互感器，所述消弧柜还包括小电流选线装置：

所述检测单元，用于检测所在回路是否发生电弧故障，如发生电弧故障，发送消弧指令到消弧单元；

所述零序互感器，用于在检测发生电弧故障的回路是否有感应电流生成，如有，传送感应电流到所述小电流选线装置；

所述小电流选线装置，用于依据送感应电流生产启动指令，发送消弧单元；

所述消弧单元，用于在接收到消弧指令和启动指令后，进行消弧动作。

优选的，消弧单元包括判断子单元，延时子单元和消弧子单元；

所述判断子单元，用于在在接收到消弧指令和启动指令后，判断消弧柜所在位置，如消弧柜设置在主回路时，启动所述延时子单元；如消弧柜设置在子回路时，启动所述消弧子单元；

所述延时子单元，用于延时预设时间后，启动消弧子单元；

所述消孤子单元，用于进行消弧动作。

本发明还提供一种电网消弧柜，该消弧柜可适用多级电网消弧，并提高电网的稳定性。

本发明一种消弧柜，包括过电压保护器、检测单元、微机综合控制器和消弧单元，所述主回路和各子回路分别安装零序互感器，所述消弧柜还包括小电流选线装置：

所述检测单元，用于检测所在回路是否发生电弧故障，如发生电弧故障，发送消弧指令到消弧单元；

所述零序互感器，用于在检测发生电弧故障的回路是否有感应电流生成，如有，传送感应电流到所述小电流选线装置；

所述小电流选线装置，用于依据送感应电流生产启动指令，发送消弧单元；

所述消弧单元，用于在接收到消弧指令和启动指令后，进行消弧动作。

优选的，消弧单元包括判断子单元，延时子单元和消弧子单元；

所述判断子单元，用于在在接收到消弧指令和启动指令后，判断消弧柜所在位置，如消弧柜设置在主回路时，启动所述延时子单元；如消弧柜设置在子回路时，启动所述消孤子单元；

所述延时子单元，用于延时预设时间后，启动消弧子单元；

所述消弧子单元，用于进行消弧动作。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明通过零序互感器检测主回路和各子回路中三相电流的空间矢量状态，判断发送电弧故障的具体回路，在指令该回路上的消弧柜进行消弧，避免多个消弧柜同时动作使电网接地状态复杂，该消弧系统可适用多级电网消弧，并提高电网的稳定性。

附图说明

图1为现有消弧柜示意图；

图2为现有消弧系统示意图；

图3为本发明回路感应电流检测示意图；

图4为本发明电网消弧系统示意图；

图5为本发明电网消弧系统单个回路示意图；

图6为本发明消弧单元结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图3，示出本发明回路感应电流检测示意图，各回路出线安装有零序互感器15，出线电缆穿过零序互感器15，零序互感器15二次侧接入小电流选线装置16。正常情况下，出线电缆的三相电流的空间矢量和为零，零序互感器15二次侧没有感应电流；如果某回路发生电弧故障，例如回路2的A相发生电弧故障，有接地电流在A相和地之间发生，回路2的出线电缆的三相电流的空间矢量和不为零，零序互感器15二次侧生成感应电流。该感应电流传送到小电流选线装置16，电流选线装置16就可以判断出电弧故障发生在哪个回路。电流选线装置16可作为消弧柜的一部分。

参见图4和图5，示出本发明电网消弧系统示意图，主回路为上级变电所母线，各子回路为各高配室(下级变电所)母线，主回路和各子回路均设有零序互感器15和消弧柜。消弧柜内设有过电压保护器11、检测单元12、微机综合控制器13和消弧单元14和小电流选线装置16，小电流选线装置16和同一回路上的零序互感器15相连接。

检测单元12检测所在回路是否发生电弧故障，如发生电弧故障，发送消弧指令到消弧单元14，但消弧单元14不动作；发生电弧故障的回路上的零序互感器15检测该回路是否有感应电流生成，如有，传送感应电流到小电流选线装置16；小电流选线装置16依据送感应电流生产启动指令，发送消弧单元14，消弧单元进行消弧动作。

举例说明，如果1号高配室回路11发生电弧故障，消弧柜A1内的小电流选线装置16会发出启动指令给消弧单元14，消弧柜A1内的消弧单元14执行消弧动作，而相邻的2号高配室回路上的消弧柜A2虽然也检测到了电网电压异常波动，但是因消弧柜A2内的小电流选线装置16没有生产感应电流，消弧柜A2内的消弧单元14不会动作。

本发明通过零序互感器检测主回路和各子回路中三相电流的空间矢量状态，判断发送电弧故障的具体回路，在指令该回路上的消弧柜进行消弧，避免多个消弧柜同时动作使电网接地状态复杂，该消弧系统可适用多级电网消弧，并提高电网的稳定性。

这样解决了消弧柜在多级电网中配合使用的问题，提高了电网的稳定性。

但是，上述情况下，设置1号高配室供电的上级电网回路上的零序互感器15却能够检生成感应电流，导致消弧柜A0内的消弧单元14进行消弧动作。为避免这种情况发生，本发明在消弧单元14内设置延时子单元，通过延时动作，避免两个消弧柜的消弧单元14同时动作，产生冲突。

参见图6，消弧单元14包括判断子单元141，延时子单元142和消弧子单元143。

判断子单元141在接收到检测单元12的消弧指令和小电流选线装置16的启动指令后，如消弧柜设置在主回路时，启动延时子单元142；在消弧柜设置在子回路时，直接启动所述消弧子单元143。延时子单元142延时预设时间后，再启动消弧子单元143；消弧子单元143进行消弧动作。

这样，消弧柜A0内的检测单元12发送消弧指令到消弧单元14，同时弧柜A0内的小电流选线装置16发送启动指令到消弧单元14，因消弧柜A0设置在主回路上，延时子单元142启动，延时预设时间后，消弧单元14再动作。使消弧柜A0的动作时刻在消弧柜A1之后。这样消弧柜A1动作后，电弧故障已转化为金属性直接接地，消弧柜A0就不需再动作了。

本发明解决了消弧柜在多级电网中配合使用的问题，提高了电网的稳定性，为故障分析处理提供了更准确的信息。

本发明还提供一种消弧柜，该消弧柜的结构和功能与上述消弧柜相同，不再赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电网消弧系统，电网母线包括主回路和多个子回路，所述主回路和各子回路均设有消弧柜，所述消弧柜包括过电压保护器、检测单元、微机综合控制器和消弧单元，其特征在于，所述主回路和各子回路分别安装零序互感器，所述消弧柜还包括小电流选线装置：

所述检测单元，用于检测所在回路是否发生电弧故障，如发生电弧故障，发送消弧指令到消弧单元；

所述零序互感器，用于在检测发生电弧故障的回路是否有感应电流生成，如有，传送感应电流到所述小电流选线装置；

所述小电流选线装置，用于依据送感应电流生产启动指令，发送消弧单元；

所述消弧单元，用于在接收到消弧指令和启动指令后，进行消弧动作。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，消弧单元包括判断子单元，延时子单元和消弧子单元；

所述判断子单元，用于在在接收到消弧指令和启动指令后，判断消弧柜所在位置，如消弧柜设置在主回路时，启动所述延时子单元；如消弧柜设置在子回路时，启动所述消弧子单元；

所述延时子单元，用于延时预设时间后，启动消弧子单元；

所述消弧子单元，用于进行消弧动作。

3.一种消弧柜，包括过电压保护器、检测单元、微机综合控制器和消弧单元，其特征在于，所述主回路和各子回路分别安装零序互感器，所述消弧柜还包括小电流选线装置：

所述检测单元，用于检测所在回路是否发生电弧故障，如发生电弧故障，发送消弧指令到消弧单元；

所述零序互感器，用于在检测发生电弧故障的回路是否有感应电流生成，如有，传送感应电流到所述小电流选线装置；

所述小电流选线装置，用于依据送感应电流生产启动指令，发送消弧单元；

所述消弧单元，用于在接收到消弧指令和启动指令后，进行消弧动作。

4.如权利要求3所述的消弧柜，其特征在于，消弧单元包括判断子单元，延时子单元和消弧子单元；

所述判断子单元，用于在在接收到消弧指令和启动指令后，判断消弧柜所在位置，如消弧柜设置在主回路时，启动所述延时子单元；如消弧柜设置在子回路时，启动所述消弧子单元；

所述延时子单元，用于延时预设时间后，启动消弧子单元；

所述消弧子单元，用于进行消弧动作。

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