CN103208788B - 智能动态配电网中性点接地方法与成套装置 - Google Patents

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本发明公开了一种智能动态配电网中性点接地方法与成套装置，包括接地变压器（1）、消弧回路开关（2）、电阻回路开关（3）、可调电抗器（4）、阻尼电阻器（5）、阻尼电阻短接开关（6）、电阻器（7）、中性点电压互感器（8）和计算机测控系统（9）组成。其技术特点为：配电网中性点接地方式可以由消弧线圈接地方式动态转换为小电阻接地方式。在装置接入电网或电网运行方式变化时，装置首先工作于消弧线圈接地方式。装置对电容电流进行测量，并调整电感电流，使IL-IC≤Iδ，Iδ为预设残流控制值。当电网如发生单相接地故障时，装置输出电感电流对接地故障电流进行补偿消弧。如为瞬时性故障，经消弧补偿后使故障消除；如为永久性故障，即经一定时间T后如接地故障仍未消除，则动态转换为电阻接地方式，通过检测各馈线的零序电流判断并断开故障线路。<!--1-->

Description

智能动态配电网中性点接地方法与成套装置
技术领域
本发明主要是配电网中性点接地领域，特指一种智能动态配电网中性点接地方法与成套装置，适用于6-66kv配电网中性点接地方式动态切换与线路故障点消弧处理和故障线路判断切除。
背景技术
配电网不同中性点接地方式对供电可靠性，內过电压水平和雷击建弧率有较大的影响。配电网中性点接地方式是一个涉及配电网结构、线路和设备的绝缘水平、继电保护配置以及对通信系统、人身安全等诸多因素。配电网中性点接地方式有：（1）中性点对地绝缘；（2）中性点经消弧线圈接地；（3）中性点经电阻接地。每种接地方式具有不同的优点和缺陷，以及适应应。
中性点对地绝缘方式是最简单的一种，主要用于电网电容电流小于10A的配电网，经济简单，供电可靠性较高，主要用于电网规模较小的农村电网。
中性点经消弧线圈接地主要用于电容电流大于于10A的配电网，为保证供电的连续性和可靠性，规程规定可以带单相接地故障运行2小时。这是基于以架空线为主的配电线路的接地故障大多为瞬时性故障，经消弧线圈补偿后的故障点残流小于电网熄弧临界值，可促使电弧熄灭，使故障恢复使供电可靠性得到提高。配电网采用预调式消弧线圈接地是控制接地电流降低配电网雷击建弧率的主要措施。但消弧线圈接地又存在一些问题，因为配电网永发生永久性接地故障，如绝缘子、电缆头击穿，绝缘导线雷击断线并落地，经消弧线圈补偿后的故障点残流虽小于电网熄弧临界值，但并不能让故障点的绝缘得到恢复，当有人接触时会发生人身安全事故。另外，由于经消弧线圈补偿后的故障点残流小，带来了配电网接地选线的困难，虽然国内外在接地选线上做了大量的研究，但至今仍未找到对补偿电网可靠的接地选线方法，以至于补偿电网接地选线问题目前仍是世界性的技术难题。
配电网中性点小电阻接地方式用于带零序保护的配电网，当单相接地故障发生时，通过零序保护把故障线路切除。但这种接地方式最大的缺陷就是配电网一旦发生单相接地就会跳闸，特别是在多雷地区会造成雷击跳闸率居高不下，使配电网供电可靠性大幅度下降，同时也加大了配电开关设备的磨损，降低了开关设备的使用寿命。
我们国家的配电网，有架空线路，电缆线路和架空电缆混合线路。在架空线路中有架空裸导线和绝缘导线。配电网的接地故障即有瞬时性故障又有永久性故障，选用消弧线圈接地方式可以消除瞬时性故障，提高供电可靠性，但如发生永久性故障，故障点的绝缘长时间得不到切除会带来很大的安全风险，如单相绝缘导线断线落地，国内已发生多起由绝缘导线单相断线落地引起的触电伤亡事故。还有补偿电网的接地选线问题，国内外虽进行了大量的研究，但至今仍未能解决补偿电网精硧接地选线问题。此外，由于电网规模的扩大，电容电流的增大又带来了消弧线圈容量限制的技术瓶颈。小电阻接地方式虽没有这些问题，但这种方式电网一旦发生单相接地，不论是瞬时性故障，还是永久性故障都通过零序保护把故障线路切除，其供电可靠性又得不到保障，尤其是多雷区，会加大雷击跳闸率，还会加大开关设备的磨损，降低设备使用寿命。
因而，能找到一种即能综合消弧线圈接地方式和小电阻接地的优点，又能避免这两种接地方式的缺点，即在电网发生瞬时性接地故障时能通过消弧线圈接地方式消除故障点，使故障点绝缘恢复，提高供电可靠性；在电网发生永久性接地故障时能通过小电阻接地方式找出并切除故障线路确保设备和人身安全，达到理想的动态接地方法是我们要实现的主要目标。
发明内容
本发明针对目前配电网中性点接地存在的问题，发明了一种智能动态配电网中性点接地方法与成套装置。该发明综合了配电网经消弧线圈接地和小电阻的接地的优点，即配电网先运行于消弧线圈接地消除电网瞬时性接地故障，降低配电网雷击建弧率，提高供电可靠性；如为永久性接地故障动态转换为电阻接地方式，通过零序电流法选择并切除故障线路，解决了电网的安全问题。该发明同时解决了补偿电网接地选线这一世界级的技术难题。
使用该方法与成套装置的变电所各馈线必须安装零序电流互感器，零序电流互感器二次测量信号送进计算机控制器（9）。计算机控制器（9）具备电容电流测量功能，电网单相接地故障处理功能，接地方式动态切换控制功能，对接地故障线路的接地选线功能和对各馈线断路器的控制功能。还具备远方通信功能。
本发明具有下述优点：
1、由于在配电网单相接地故障发生时，成套装置首先运行于配电网经中性点经消弧线圈接地方式，且消弧线圈属于预调式，响应速度快，能瞬时输出补偿电流，可有效控制接地点的故障残流在熄弧临界值以下，促使瞬时性接地故障快速熄弧，恢复线路绝缘，大幅度降低配电网雷击建弧率和跳闸率。即首先解决了配电线路瞬时性故障的绝缘恢复问题，保留了配电网经中性点经消弧线圈接地方式的优点，克服了配电网经小电阻接地方式的一发生接地就跳闸的缺点，大幅度地提高了配电网供电可靠性。
2、在配电网发生永久性单相接地故障时，装置动态切换为小电阻接地方式，通过变电所馈线零序电流互感器检出故障线路，并由计算机测控装置控制断开故障线路。这保留了配电网小电阻接地方式中的快速切除接地故障线路的优点，克服了消弧线圈接地方式中的不能判别并切除接地故障线路带来的安全风险，解决了配电网经中性点经消弧线圈接地方式中接地选线这一世界性的技术难题。
附图说明
 图1为成套装置接线图、图中（1）为高压侧绕组曲折连接的接地变压器，用于引出6-20kv电网中性点，高压侧绕组曲折连接方式为的是减小零序阻抗，便于补偿电流输出；（2）为消弧回路开关，（3）为电阻回路开关，这二台开关要求电压等级与电网额定电压相一致，用这二台开关实现接地方式的动态切换；（4）为可调电抗器即消弧线圈，采用智能型楔入式平滑可调电抗，为的是补偿电流无级调节，便于多台自动并联，解决目前单台容量不能满足要求的技术瓶颈；（5）为阻尼电阻器，用于阻尼在可调电抗器调感和运行时由消弧线圈电感和电网对地电容所产生的谐振；（6）为阻尼电阻短接开关，采用真空接触器，用于在电网接地故障处理时把阻尼电阻短接，便于补偿电流输出，并保护阻尼电阻；（7）为小电阻接地方式的电阻器，阻值为10-20Ω，通流容量按电容电流值，时间接10秒考虑；（8）为中性点电压互感器，用于检测电网中性点位移电压及其变化；（9）为计算机测控系统，采用工业控制机或PLC可编程控制器加外围电路组成，用于对电容电流测量、接地方式动态切换控制、电网单相接地故障处理、故障线路的接地选线和对各馈线断路器的投切控制。还有远方通信，将信息传递到集控中心或调度等生产指挥部门。
图2为成套装置工作流程图。
具体实施方式
 该方法与成套装置适用于各馈线安装零序电流互感器的变电所，零序电流互感器二次测量信号必须送进计算机控制器，计算机控制器还必须能对变电所的各馈线开关进行控制。
当成套装置接入电网，或电网运行方式发生变化后，消弧回路开关闭合，电阻回路开关断开，阻尼电阻短接开关断开，配电网首先运行于中性点经消弧线圈接地状态，计算机测控系统启动电容电流测量程序对电网电容电流进行测量，调整补偿电流IL，使其IL-IC≤Iδ，Iδ为预设残流控制值。
当电网发生单相接地故障时，首先由计算机测控系统短接阻尼电阻退出接阻尼电阻器以利于补偿电流的输出，消弧回路输出补偿电流IL对故障点接地电流进行补偿，使补偿后的残流小于熄弧临界值，如为瞬时性故障，接接地电弧会在一定的时间间隔T内熄灭，此时中性点电压互感器测得的位移电压UN小于预设值Uk，证明故障点绝缘恢复，电网恢复正常运行。
当故障为永久性故障时，消弧线圈补偿一定的时间T后，故障点绝缘仍未恢复，此时中性点电压互感器测得的位移电压UN大于预设值Uk，证明故障点绝缘没有恢复，计算机测控系统首先闭合电阻回路开关（3），然后再断开消弧回路开关（2），动态转换为小电阻接地方式，此时由安装在变电所各馈线的零序电流互感器检测各馈线的零序电流以确定故障线路，然后由计算机测控系统控制断开故障线路开关，切除故障线路。通过远传通信系统把故障线路上报生产指挥部门请求对故障线路进行检修。成套装置再回归到初始消弧线圈接地状态，并对电网电容电流进行测量，调整到最佳的预补偿状态。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种动态智能配电网中性点接地方法，成套装置包括接地变压器（1）、消弧回路开关（2）、电阻回路开关（3）、可调电抗器（4）、阻尼电阻器（5）、阻尼电阻短接开关（6）、电阻器（7）、中性点电压互感器（8）和计算机测控系统（9），其特征在于：配电网中性点接地方式可以动态切换，当成套装置接入电网，或电网运行方式发生变化后，消弧回路开关（2）在闭合状态，电阻回路开关（3）在断开状态，阻尼电阻短接开关（6）在断开状态，计算机测控系统（9）启动电容电流测量程序对电网电容电流进行测量，测出电网电容电流IC，调整补偿电流IL，使其IL-IC≤Iδ，Iδ为预设残流控制值，成套装置首先运行于中性点经预调式消弧线圈接地状态；当电网发生单相接地故障时，首先由计算机测控系统（9）控制阻尼电阻短接开关（6）闭合短接阻尼电阻器（5），消弧回路输出补偿电流IL对故障点接地电流进行补偿，使补偿后的残流小于熄弧临界值，如为瞬时性故障，接地电弧会在时间间隔T内熄灭，此时中性点位移电压UD小于预设值Uk，证明故障点绝缘恢复，电网恢复正常运行；在时间间隔T后，如故障点绝缘仍未恢复，中性点位移电压UD大于预设值Uk，证明故障为永久性故障，计算机测控系统（9）闭合电阻回路开关（3），断开消弧回路开关（2），动态转换为小电阻接地方式，此时由安装在变电所各馈线的零序电流互感器检测各馈线的零序电流以确定故障线路，然后由计算机测控系统（9）控制断开故障线路开关，切除故障线路。
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