CN103267928B - 小电流系统单相接地故障选线控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种小电流系统单相接地故障选线控制电路，包括：用于控制每条混合输电线路支路的小电流系统单相接地故障选线控制支路；每个控制支路包括控制单元、用于控制预定一个混合输电线路支路的动作单元以及安装于混合输电线路支路中的2n个零序电流传感器，用于采集电缆中的零序电流信号；控制单元接收零序电流传感器发送的零序电流并进行判断，如任一根电缆两端的所述零序电流值均相一致，则判断接地故障点不在任一根电缆，允许发送自动重合闸指令，由动作单元执行重合闸；如存在至少一根电缆两端的零序电流值不相同，则判断电缆段接地并输出判断结果。本发明进行有条件的进行重合闸从而避免故障点发生在电缆段时重合闸而引起的爆炸。
Description
技术领域
本发明涉及到电力系统中的小电流系统单相接地故障选线以及电力系统中的直流系统故障支路的选线的两个技术领域，具体涉及一种小电流系统单相接地故障选线控制电路。
背景技术
目前，电力系统小电流系统单相接地故障选线的准确率，一直是困扰电力系统快速判断并及处理故障的难题，它又是老问题，其方法都是在小电流的电力系统出现单相接地故障时，并根据已有的信号在电流传感器、电压传感器上进行采集并用不同的数据处理方法来判断出故障支路，当小电流系统以消弧线圈接地信号以容性电流为主时，并随配电网的结构变化会进一步加大选线的错误判别。
配电网中性点采用非有效接地方式（一般称为小电流接地系统），能够提高单相接地故障时的自动熄弧率,并可在出现永久性接地故障时继续运行1-2小时，因此具有更高的供电可靠性。但小电流接地故障的故障电流电流十分微弱，相当一部分故障存在间歇性拉弧现象,其中消弧线圈能综合容性电流以减少由于容性电流大产生不息弧的现象，给接地故障线路的选择带来了很大困难。由于缺少可靠的选线技术，时至今日许多供电部门仍不得不通过人工拉路选择故障线路，使得一些非故障线路的供电也现出不必要的中断。随着电力用户对供电可靠性和电能质量要求的提高，供电部门对于小电流接地故障选线技术越来越重视。
在中国专利文献《并联电阻式自动跟踪消弧补偿及选线装置》，公告号为CN2521811Y，中公开了一种并联电阻式自动跟踪消弧补偿及选线装置，接地变压器中性点连接消弧线圈、避雷器及单相电压传感器，消弧线圈的一端连接控制并联电阻PCR的真空接触器或者可控硅K，并经并联电阻PCR到地，另一端经阻尼电阻到地。通过在消弧线圈两端并联一个受计算机控制投切状态的电阻，由微机测控装置控制并联电阻的投切，能对金属性接地、高阻接地以及母线接地进行正确判断，迅速找出接地故障线路,该方法能提高选线的准确率但是不能完全解决正确选线，因为正确选线不是由于消弧线圈这一个因素决定的；同时，在配电网的输电线路中，大部分由电缆、架空线混合线路构成，在电缆部分产生接地故障时，重合闸会使电缆发生爆炸从而引发更大事故。
发明内容
为此，本发明所要解决的是电缆部分产生接地故障时重合闸会使电缆发生爆炸从而引发更大事故的技术问题，提供一种有条件的进行自动重合闸的小电流系统单相接地故障选线控制电路。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种小电流系统单相接地故障选线控制电路，包括：用于控制每条混合输电线路支路的小电流系统单相接地故障选线控制支路；每个所述控制支路进一步包括控制单元、用于控制预定一个混合输电线路支路的动作单元以及安装于所述混合输电线路支路中的2n个零序电流传感器，其中n为表示所述混合输电线路支路上设置的电缆数量的正整数；其中，所述2n个所述零序电流传感器分别设置于n根电缆的两端，用于采集电缆中的零序电流信号，并将采集得到的零序电流信号发送给所述控制单元；所述控制单元，接收每个所述零序电流传感器发送的零序电流信号并进行判断，如所述混合输电线路支路存在接地故障并且该支路上的任一根电缆两端的所述零序电流信号值相一致时，则判断该所述混合输电线路支路接地故障点不在所述任一根电缆，并发送对该所述混合输电线路支路进行自动重合闸的控制指令给所述动作单元；如所述混合输电线路支路存在接地故障并且该支路上的至少一根电缆两端的零序电流不相同，则判断所述混合输电线路支路上的电缆接地，并将所述混合输电线路支路上电缆接地的判断结果输出；
所述动作单元，与所述控制单元相连，接收所述控制单元的自动重合闸的控制指令并执行重合闸。
还包括设置在每条所述混合输电线路支路入口位置处的零序电流传感器，用于采集该条所述混合输电线路支路上的零序电流并传输给所述控制单元，所述控制单元接收所述零序电流并在所述零序电流值不为零时判断对应的所述混合输电线路支路存在接地故障，否则，判断所述混合输电线路支路不存在接地故障，并将判断结果输出。
还包括依次串联连接在变压器的中性点和大地之间的电子开关、限流保险Rs、采样电阻R和限流电抗器L，以及并联在所述采样电阻R的两端的微机测控装置，其中，所述微机测控装置获取流经采样电阻的零序电流信号并进行分析，得到接地故障点和所述中性点之间的距离。
所述分析方法为：
步骤1.根据所述零序电流的波形图得到所述零序电流的非周期分量，根据该非周期分量，计算出所述故障点和所述中性点之间的距离，计算公式如下：
τ＝（L固定＋△L+L）/R，
其中，τ为零序电流的非周期分量衰减时间常数，L固定为变压器二次侧线圈的电感值与变压器出口到母线的连接线路的电感值之和，且L固定为已知定值，L为限流电抗器的电感值，R零序电路回路的电阻值，且R为未知定值，△L为从母线到单相接地故障点的电线的电感值，且△L为未知定值；
步骤2.所述微机测控装置分两次获取流经采样电阻的零序电流信号，即可计算得出R和△L的值；
步骤3.根据△L＝电缆阻抗×电缆长度，进而得到电缆长度＝△L/电缆阻抗，其中，电缆阻抗根据电缆的类型获取，电缆长度即为母线至接地故障点的电缆的长度。
所述电子开关为可控硅K。
所述动作单元为断路器。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明所提供的一种小电流系统单相接地故障选线控制电路，包括：用于控制每条混合输电线路支路的小电流系统单相接地故障选线控制支路；每个所述控制支路进一步包括控制单元、用于控制预定一个混合输电线路支路的动作单元以及安装于所述混合输电线路支路中的2n个零序电流传感器，其中n为表示所述混合输电线路支路上设置的电缆数量的正整数；其中，所述2n个所述零序电流传感器分别设置于n根电缆的两端，用于采集电缆中的零序电流信号，并将采集得到的零序电流信号发送给所述控制单元；所述控制单元，接收每个所述零序电流传感器发送的零序电流信号并进行判断，如所述混合输电线路支路存在接地故障并且该支路上的任一根电缆两端的所述零序电流信号值相一致时，则判断该所述混合输电线路支路接地故障点不在任一根所述电缆，并发送对该所述混合输电线路支路进行自动重合闸的控制指令给所述动作单元；如所述混合输电线路支路存在接地故障并且该支路上的至少一根电缆两端的零序电流不相同时，则判断所述混合输电线路支路上的电缆接地，并将所述混合输电线路支路上电缆接地的判断结果输出；从而避免故障点发生在电缆段时重合闸而引起的爆炸或更大的事故；本发明的小电流系统单相接地故障选线控制电路先判断哪一条支路发生接地故障，继而判断该支路接地故障点是否发生在电缆，如果故障点发生在电缆，根据零序电流传感器的编码，判断出接地故障点发生在哪根电缆，从而准确选出故障线路。
同时，所述变压器的中性点依次串联连接电子开关、限流保险Rs、采样电阻R、限流电抗器L，到地，所述采样电阻R并联有微机测控装置，从而控制电子开关的导通时间，改变流经串联的电流采样电阻和限流电抗器的阻抗值，根据流经采样电阻的电流值，以及电路中的电流相位，计算出故障点与母线之间的距离，从而更准确地定位故障点。
所述电子开关为可控硅K，根据电流相位来控制导通时间及线路电流振荡幅值或时间小于继电保护动作幅值或时间，以免发生保护误动作。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中,
图1为本发明一个实施例的小电流系统单相接地故障选线电路的结构示意图；
图2为本发明一个实施例的小电流系统单相接地故障选线电路中的测距部分结构示意图。
具体实施方式
参见图1，一种小电流系统单相接地故障选线控制电路，包括用于控制每条混合输电线路支路的小电流系统单相接地故障选线控制支路；每个所述控制支路进一步包括控制单元、用于控制预定一个混合输电线路支路的动作单元以及安装于所述混合输电线路支路中的2n个零序电流传感器，其中n为表示所述混合输电线路支路上设置的电缆数量的正整数；其中，所述2n个所述零序电流传感器分别设置于n根电缆的两端，用于采集电缆中的零序电流信号，并将采集得到的零序电流信号发送给所述控制单元；所述控制单元，接收每个所述零序电流传感器发送的零序电流信号并进行判断，如所述混合输电线路支路存在接地故障并且该支路上的任一根电缆两端的所述零序电流信号值均相一致时，则判断该所述混合输电线路支路接地故障点不在任一根所述电缆，并发送对该所述混合输电线路支路进行自动重合闸的控制指令给所述动作单元；如所述混合输电线路支路存在接地故障并且该支路上的至少一根电缆两端的零序电流值不相同，比如一个不为零且另一个为零时，则判断所述混合输电线路支路上的电缆接地，并将所述混合输电线路支路上电缆接地的判断结果输出。
作为本发明的一种具体判断所述混合输电线路支路存在接地故障的实施例，包括设置在每条所述混合输电线路控制支路入口位置处的零序电流传感器，用于采集该条所述混合输电线路支路上的零序电流并传输给所述控制单元，所述控制单元接收所述零序电流并在所述零序电流值不为零时判断对应的所述混合输电线路支路存在接地故障，否则，判断所述混合输电线路支路不存在接地故障，并将判断结果输出。
作为一种具体的实施例，所述动作单元为断路器，它与所述控制单元相连，接收所述控制单元的自动重合闸的控制指令并执行重合闸。
所述每个零序电流传感器都有唯一的一个编码，根据所述零序电流传感器的编码，可以确定是哪一根电缆接地，从而实现小电流系统接地故障选线的正确选线。
所述零序电流传感器采集电缆中的零序电流信号，由于电缆所连接的负载不相平衡，所述各电缆所设置的两端零序电流传感器所显示的零序电流信号值不一定相一致，可能为零，也可能存在微小的零序电流，但是同一根电缆两端的零序电流传感器所显示的零序电流信号值是一致的；当该电缆出现接地故障，所述接地故障点与所述变压器形成回路，接地故障点与所述变压器之间的零序电流传感器所显示的零序电流值不为零，而该电缆另一端的零序电流传感器由于一端为接地，另一端为接地故障点，故而其显示的零序电流值为零，由此可以判断出接地故障点是否发生在该根电缆。
在配电网的输电线路中，电缆部分产生接地故障时，重合闸会引起电缆发生爆炸从而引发更大事故，上述小电流系统单相接地故障选线控制电路，通过判断故障是否发生在电缆段，若不发生在电线段才进行重合闸，通过有条件地重合闸，从而避免故障点发生在电缆段时重合闸而引起的爆炸或更大的事故。
在本实施例中，参见图2所示，所述小电流系统单相接地故障选线控制电路的另外一部分还包括依次串联连接在所述变压器的中性点和大地之间的可控硅K、限流保险Rs、采样电阻R和限流电抗器L，以及并联在所述采样电阻R的两端的计算机；其中，所述计算机获取流经采样电阻的零序电流信号并进行分析，得到所述故障点和所述中性点之间的距离。
所述分析方法为：
步骤1.根据所述零序电流的波形图得到所述零序电流的非周期分量，根据该非周期分量，计算出所述故障点和所述中性点之间的距离，计算公式如下：
τ＝（L固定＋△L+L）/R，
其中，τ为零序电流的非周期分量衰减时间常数，L固定为变压器二次侧线圈的电感值与变压器出口到母线的连接线路的电感值之和，且L固定为已知定值，L为限流电抗器的电感值，R零序电路回路的电阻值，且R为未知定值，△L为从母线到单相接地故障点的电线的电感值，且△L为未知定值；
步骤2.调节限流电抗器的电感值，所述计算机分两次获取流经采样电阻的零序电流信号，即可计算得出R和△L的值；
步骤3.根据△L＝电缆阻抗×电缆长度，进而得到电缆长度＝△L/电缆阻抗，其中，电缆阻抗根据电缆的类型获取，电缆长度即为母线至接地故障点的电缆的长度，即可确定接地故障点的位置，方便快速在线维修，及时在线消除配电网单相接地故障，保证配电网稳定运行。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种小电流系统单相接地故障选线控制电路，其特征在于，包括：用于控制每条混合输电线路支路的小电流系统单相接地故障选线控制支路；每个所述控制支路进一步包括控制单元、用于控制预定一个混合输电线路支路的动作单元以及安装于所述混合输电线路支路中的2n个零序电流传感器，其中n为表示所述混合输电线路支路上设置的电缆数量的正整数；其中，所述2n个所述零序电流传感器分别设置于n根电缆的两端，用于采集电缆中的零序电流信号，并将采集得到的零序电流信号发送给所述控制单元；所述控制单元，接收每个所述零序电流传感器发送的零序电流信号并进行判断，如所述混合输电线路支路存在接地故障并且该支路上的任一根电缆两端的所述零序电流信号值相一致时，则判断该所述混合输电线路支路接地故障点不在所述任一根电缆，并发送对该所述混合输电线路支路进行自动重合闸的控制指令给所述动作单元；如所述混合输电线路支路存在接地故障并且该支路上的至少一根电缆两端的零序电流不相同，则判断所述混合输电线路支路上的电缆接地，并将所述混合输电线路支路上电缆接地的判断结果输出；
所述动作单元，与所述控制单元相连，接收所述控制单元的自动重合闸的控制指令并执行重合闸。
2.根据权利要求1所述的小电流系统单相接地故障选线控制电路，其特征在于，还包括设置在每条所述混合输电线路支路入口位置处的零序电流传感器，用于采集该条所述混合输电线路支路上的零序电流并传输给所述控制单元，所述控制单元接收所述零序电流并在所述零序电流值不为零时判断对应的所述混合输电线路支路存在接地故障，否则，判断所述混合输电线路支路不存在接地故障，并将判断结果输出。
3.根据权利要求1或2所述的小电流系统单相接地故障选线控制电路，其特征在于，还包括依次串联连接在变压器的中性点和大地之间的电子开关、限流保险Rs、采样电阻R和限流电抗器L，以及并联在所述采样电阻R的两端的微机测控装置，其中，所述微机测控装置获取流经采样电阻的零序电流信号并进行分析，得到接地故障点和所述中性点之间的距离。
4.根据权利要求3所述的小电流系统单相接地故障选线控制电路，其特征在于，所述分析的方法为：
步骤1.根据所述零序电流的波形图得到所述零序电流的非周期分量，根据该非周期分量，计算出所述故障点和所述中性点之间的距离，计算公式如下：
τ＝(L固定+△L+L)/R，
其中，τ为零序电流的非周期分量衰减时间常数，L固定为变压器二次侧线圈的电感值与变压器出口到母线的连接线路的电感值之和，且L固定为已知定值，L为限流电抗器的电感值，R零序电路回路的电阻值，且R为未知定值，△L为从母线到单相接地故障点的电线的电感值，且△L为未知定值；
步骤2.所述微机测控装置分两次获取流经采样电阻的零序电流信号，即可计算得出R和△L的值；
步骤3.根据△L＝电缆阻抗×电缆长度，进而得到电缆长度＝△L/电缆阻抗，其中，电缆阻抗根据电缆的类型获取，电缆长度即为母线至接地故障点的电缆的长度。
5.根据权利要求3所述的小电流系统单相接地故障选线控制电路，其特征在于，所述电子开关为可控硅K。
6.根据权利要求4所述的小电流系统单相接地故障选线控制电路，其特征在于，所述电子开关为可控硅K。
7.根据权利要求1-2、4任一所述的小电流系统单相接地故障选线控制电路，其特征在于，所述动作单元为断路器。
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Legal Events
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| TR01 | Transfer of patent right |
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