CN103560501A - 可控型小电阻消弧装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可控型小电阻消弧装置，用于对配电网消弧及过电压抑制保护，所述装置包括接地变压器、可控电抗器、真空断路器、可控小电阻和智能控制器，接地变压器制造配电网的中性点，可控电抗器、真空断路器分别连接配电网的中性点，可控小电阻连接真空断路器，智能控制器与配电网、可控电抗器、真空断路器和可控小电阻分别连接以对配电网、可控电抗器、真空断路器和可控小电阻分别进行控制。本发明还公开了一种可控型小电阻消弧方法。本发明结合了中性点小电阻接地与中性点消弧两种操作方式对配电网单相接地故障进行处理，有针对性地解决了配电网的瞬时性接地故障和永久性接地故障。

Description

可控型小电阻消弧装置和方法

技术领域

本发明涉及配电网保护领域，尤其涉及一种可控型小电阻消弧装置和方法。

背景技术

配电网短路有四种短路情况，最严重的一种是三相短路，而其中单相接地短路是三相短路中最常见的短路故障，在短路故障中占据比率为70%。单相接地短路发生的原因有很多，例如，物体挂在一根电线上，物体比较长且又挂到了如大地的其他导体上。因此，针对配电网短路的处理主要是对单相接地短路的处理。其中，配电网的中性点接地方式的选择决定了单相接地短路的处理方式的不同。

现有技术中，系统中性点不接地方式，仅仅适用于系统电容电流很小的配电网，当系统发生单相接地故障时，接地电容电流在故障点流过。但是，当配电网系统接地电容电流较大时，在故障点形成的电弧往往将不能自行熄灭，同时间歇性电弧产生的过电压往往使事故扩大，给配电网系统带来很大危害。这时，需要采用中性点接地方式进行单相接地短路故障处理，目前，处理方法因系统中性点接地方式的不同，有以下几种模式：1、普通消弧消谐柜，采用真空接触器动作，将接地弧光接地转变为金属性接地，其缺点是，动作时间慢，特别对电动机线路危害较大；2、配电网系统中性点经小电阻接地方式，当系统发生单相接地故障时，接地故障点流过较大电流，依靠快速继电保护和开关装置可瞬间跳开故障线路，其缺点在于对瞬时性接地和永久性接地故障无区分，跳闸率高，另外接地故障电流大，系统冲击大；3、配电网系统中性点接消弧线圈接地方式，当系统发生单相接地故障时，在接地故障点，消弧线圈的电感电流和接地电容电流相补偿，使接地电流减少，接地电弧瞬间自行熄灭，对永久性接地故障，系统可以带故障运行2小时，以便查找故障，其缺点在于，由于故障线路零序电流幅值小，隔离接地线路困难，查找接地线路难度较大，另外，不利于配电网系统增容。

因此，需要一种能够兼顾配电网的瞬时性单相接地短路和永久性单相接地短路的电路故障解决装置及方法，多方位地保障配电网系统的安全运行。

发明内容

针对现有单相接地短路故障解决装置及方法的处理对象单一而无法全面对配电网系统进行安全保障的问题，本发明提供了一种可控型小电阻消弧装置和方法，采用接地变压器制造配电网的中性点，通过可控电抗器实现对配电网系统的瞬时性单相接地短路故障处理，通过快速真空断路器和可控小电阻的配合操作，实现对配电网系统的永久性单相接地短路故障处理，使用智能控制器对各个设备进行智能化控制，有力地维护了配电网系统的正常运行。

为了实现上述目的，本发明提供了一种可控型小电阻消弧装置，用于对配电网消弧及过电压抑制保护，所述装置包括，接地变压器，连接配电网，采用Z形接线结构，用于制造配电网的中性点，并带有替代站用变压器的二次容量；可控电抗器，为高短路阻抗变压器，高短路阻抗变压器的一次绕组连接配电网的中性点，高短路阻抗变压器有两个二次绕组，所述两个二次绕组与消弧控制柜的一端连接，消弧控制柜内装配有大功率可控硅及相应的滤波装置，消弧控制柜的另一端接地；真空断路器，采用电磁推力结构，全数字电路控制，实现真空断路，一端连接配电网的中性点，另一端连接可控小电阻；可控小电阻，采用不锈钢合金材料，与真空断路器配合使用，一端连接真空断路器，另一端接地；智能控制器，设置在放置真空断路器的断路器柜上，与配电网、可控电抗器、真空断路器和可控小电阻分别连接以对配电网、可控电抗器、真空断路器和可控小电阻分别进行控制；其中，智能控制器在配电网发生接地故障时，对配电网的电网电容电流值进行测量，根据测量得到的电网电容电流值计算出需要补偿的电感电流，以控制可控电抗器输出补偿电流，当智能控制器确定在可控电抗器输出补偿电流的预定时间后，配电网的接地故障仍然存在时，对配电网进行停电处理。

可选地，所述智能控制器对配电网进行停电处理包括，智能控制器自动闭合真空断路器以投入可控小电阻，使得馈线保护动作，通过开关跳闸隔离故障线路，并控制可控电抗器自动退出补偿；在故障线路隔离后，控制配电网恢复正常运行，断开真空断路器以退出可控小电阻。

可选地，所述预定时间为10秒。

可选地，可控小电阻的合闸速度为7毫秒，分闸速度为3.5毫秒。

本发明还公开了一种可控型小电阻消弧方法，用于对配电网消弧及过电压抑制保护，所述方法包括，采用Z形接线结构的接地变压器连接配电网以制造配电网的中性点，接地变压器还带有替代站用变压器的二次容量；采用高短路阻抗变压器的可控电抗器的一次绕组连接配电网的中性点，两个二次绕组与消弧控制柜的一端连接；真空断路器的一端连接配电网的中性点，真空断路器的另一端连接可控小电阻，可控小电阻的另一端接地；将智能控制器设置在放置真空断路器的断路器柜上，智能控制器与配电网、可控电抗器、真空断路器和可控小电阻分别连接以对配电网、可控电抗器、真空断路器和可控小电阻分别进行控制；智能控制器在配电网发生接地故障时，对配电网的电网电容电流值进行测量；智能控制器根据测量得到的电网电容电流值计算出需要补偿的电感电流，以控制可控电抗器输出补偿电流；当智能控制器确定在可控电抗器输出补偿电流的预定时间后，配电网的接地故障仍然存在时，对配电网进行停电处理；其中，消弧控制柜内装配有大功率可控硅及相应的滤波装置，消弧控制柜的另一端接地，真空断路器采用电磁推力结构，全数字电路控制，实现真空断路，可控小电阻采用不锈钢合金材料，与真空断路器配合使用。

可选地，所述智能控制器对配电网进行停电处理包括，智能控制器自动闭合真空断路器以投入可控小电阻，使得馈线保护动作，通过开关跳闸隔离故障线路，并控制可控电抗器自动退出补偿；当故障线路隔离后，控制配电网恢复正常运行，断开真空断路器以退出可控小电阻。

可选地，所述预定时间为10秒。

可选地，可控小电阻的合闸速度为7毫秒，分闸速度为3.5毫秒。

本发明由于采用了上述技术方案，从而具有以下优点：本发明的可控型小电阻消弧装置和方法，改造了现有技术中对配电网系统实施单重保护的单相接地短路解决方式，通过连接配电网系统的中性点的可控电抗器、通过连接配电网系统的中性点的真空断路器和可控小电阻分别解决了瞬时性单相接地短路和永久性单相接地短路的电路故障，改善了现有的电路故障解决模式，提高了配电网系统的可靠性。

附图说明

图1是本发明一种可控型小电阻消弧装置的结构示意图；

图2是本发明一种可控型小电阻消弧方法的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

首先，请参考图1，图1为本发明一种可控型小电阻消弧装置1的结构示意图，所述可控型小电阻消弧装置1用于对配电网消弧及过电压抑制保护，所述可控型小电阻消弧装置1包括，接地变压器11，连接配电网，采用Z形接线结构，用于制造配电网的中性点，并带有替代站用变压器的二次容量；可控电抗器12，为高短路阻抗变压器，高短路阻抗变压器的一次绕组连接配电网的中性点即接地变压器11，高短路阻抗变压器有两个二次绕组，所述两个二次绕组与消弧控制柜的一端连接，消弧控制柜内装配有大功率可控硅及相应的滤波装置，消弧控制柜的另一端接地；真空断路器13，采用电磁推力结构，全数字电路控制，实现真空断路，一端连接配电网的中性点即接地变压器11，另一端连接可控小电阻14；可控小电阻14，采用不锈钢合金材料，与真空断路器13配合使用，一端连接真空断路器13，另一端接地；智能控制器15，设置在放置真空断路器13的断路器柜上，与配电网、可控电抗器12、真空断路器13和可控小电阻14分别连接以对配电网、可控电抗器12、真空断路器13和可控小电阻14分别进行控制；其中，智能控制器15在配电网发生接地故障时，对配电网的电网电容电流值进行测量，根据测量得到的电网电容电流值计算出需要补偿的电感电流，以控制可控电抗器12输出补偿电流，当智能控制器15确定在可控电抗器12输出补偿电流的预定时间后，配电网的接地故障仍然存在时，对配电网进行停电处理。其中，所述智能控制器15对配电网进行停电处理包括，智能控制器15自动闭合真空断路器13以投入可控小电阻14，使得馈线保护动作，通过开关跳闸隔离故障线路，并控制可控电抗器12自动退出补偿；在故障线路隔离后，控制配电网恢复正常运行，断开真空断路器13以退出可控小电阻14。其中，所述预定时间可选为10秒，可控小电阻14的合闸速度可选为7毫秒，分闸速度可选为3.5毫秒。

另外，可控小电阻14的阻值选择主要考虑限制过电倍数的要求、零序保护灵敏度、对通信线路的干扰及用电安全等因素，并根据各地配网的具体情况因地制宜地进行选择，例如，可按单相接地故障时限制过电压倍数的要求进行选择，首先计算或实测系统（每段母线上的）电容电流，考虑一定的发展裕度，从而确定出系统的单相接地电容电流值IC（IC为三相对地电容电流值之和），然后根据所要求的单相接地时限制过电压倍数来确定通过中性点电阻的电流值，最后根据通过中性点电阻的电流值确定接地电阻的阻值。

另外，配电网是由架空线路、电缆、杆塔、配电变压器、隔离开关、无功补偿电容以及一些附属设施等组成的，在电力网中起重要分配电能作用的网络。配电网按电压等级来分类，可分为高压配电网（35—110KV），中压配电网（6—10KV，苏州有20KV的），低压配电网（220/380V）；在负载率较大的特大型城市，220KV电网也有配电功能。还可以按供电区的功能来分类，可分为城市配电网，农村配电网和工厂配电网等。在城市电网系统中，主网是指110KV及其以上电压等级的电网，主要起连接区域高压（220KV及以上）电网的作用。

接着，参照图2，继续对本发明进行说明，图2为本发明一种可控型小电阻消弧方法的方法流程图，所述方法包括下列步骤：

步骤201：采用Z形接线结构的接地变压器连接配电网以制造配电网的中性点，接地变压器还带有替代站用变压器的二次容量；

步骤202：采用高短路阻抗变压器的可控电抗器的一次绕组连接配电网的中性点，两个二次绕组与消弧控制柜的一端连接；

步骤203：真空断路器的一端连接配电网的中性点，真空断路器的另一端连接可控小电阻，可控小电阻的另一端接地；

步骤204：将智能控制器设置在放置真空断路器的断路器柜上，智能控制器与配电网、可控电抗器、真空断路器和可控小电阻分别连接以对配电网、可控电抗器、真空断路器和可控小电阻分别进行控制；

步骤205：智能控制器在配电网发生接地故障时，对配电网的电网电容电流值进行测量；

步骤206：智能控制器根据测量得到的电网电容电流值计算出需要补偿的电感电流，以控制可控电抗器输出补偿电流；

步骤207：当智能控制器确定在可控电抗器输出补偿电流的预定时间后，配电网的接地故障仍然存在时，对配电网进行停电处理；

其中，消弧控制柜内装配有大功率可控硅及相应的滤波装置，消弧控制柜的另一端接地，真空断路器采用电磁推力结构，全数字电路控制，实现真空断路，可控小电阻采用不锈钢合金材料，与真空断路器配合使用；

其中，所述智能控制器对配电网进行停电处理包括，智能控制器自动闭合真空断路器以投入可控小电阻，使得馈线保护动作，通过开关跳闸隔离故障线路，并控制可控电抗器自动退出补偿；当故障线路隔离后，控制配电网恢复正常运行，断开真空断路器以退出可控小电阻。

本领域技术人员应该认识到，上述的具体实施方式只是示例性的，是为了使本领域技术人员能够更好的理解本专利内容，不应理解为是对本专利保护范围的限制，只要是根据本专利所揭示精神所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利保护范围。

Claims (8)

1.一种可控型小电阻消弧装置，用于对配电网消弧及过电压抑制保护，其特征在于，所述装置包括：

接地变压器，连接配电网，采用Z形接线结构，用于制造配电网的中性点，并带有替代站用变压器的二次容量；

可控电抗器，为高短路阻抗变压器，高短路阻抗变压器的一次绕组连接配电网的中性点，高短路阻抗变压器有两个二次绕组，所述两个二次绕组与消弧控制柜的一端连接，消弧控制柜内装配有大功率可控硅及相应的滤波装置，消弧控制柜的另一端接地；

真空断路器，采用电磁推力结构，全数字电路控制，实现真空断路，一端连接配电网的中性点，另一端连接可控小电阻；

可控小电阻，采用不锈钢合金材料，与真空断路器配合使用，一端连接真空断路器，另一端接地；

智能控制器，设置在放置真空断路器的断路器柜上，与配电网、可控电抗器、真空断路器和可控小电阻分别连接以对配电网、可控电抗器、真空断路器和可控小电阻分别进行控制；

其中，智能控制器在配电网发生接地故障时，对配电网的电网电容电流值进行测量，根据测量得到的电网电容电流值计算出需要补偿的电感电流，以控制可控电抗器输出补偿电流，当智能控制器确定在可控电抗器输出补偿电流的预定时间后，配电网的接地故障仍然存在时，对配电网进行停电处理。

2.根据权利要求1所述的可控型小电阻消弧装置，其特征在于，所述智能控制器对配电网进行停电处理包括：

智能控制器自动闭合真空断路器以投入可控小电阻，使得馈线保护动作，通过开关跳闸隔离故障线路，并控制可控电抗器自动退出补偿；

在故障线路隔离后，控制配电网恢复正常运行，断开真空断路器以退出可控小电阻。

3.根据权利要求1所述的可控型小电阻消弧装置，其特征在于：

所述预定时间为10秒。

4.根据权利要求1-3任一所述的可控型小电阻消弧装置，其特征在于：

可控小电阻的合闸速度为7毫秒，分闸速度为3.5毫秒。

5.一种可控型小电阻消弧方法，用于对配电网消弧及过电压抑制保护，其特征在于，所述方法包括：

采用Z形接线结构的接地变压器连接配电网以制造配电网的中性点，接地变压器还带有替代站用变压器的二次容量；

采用高短路阻抗变压器的可控电抗器的一次绕组连接配电网的中性点，两个二次绕组与消弧控制柜的一端连接；

真空断路器的一端连接配电网的中性点，真空断路器的另一端连接可控小电阻，可控小电阻的另一端接地；

将智能控制器设置在放置真空断路器的断路器柜上，智能控制器与配电网、可控电抗器、真空断路器和可控小电阻分别连接以对配电网、可控电抗器、真空断路器和可控小电阻分别进行控制；

智能控制器在配电网发生接地故障时，对配电网的电网电容电流值进行测量；

智能控制器根据测量得到的电网电容电流值计算出需要补偿的电感电流，以控制可控电抗器输出补偿电流；

当智能控制器确定在可控电抗器输出补偿电流的预定时间后，配电网的接地故障仍然存在时，对配电网进行停电处理；

其中，消弧控制柜内装配有大功率可控硅及相应的滤波装置，消弧控制柜的另一端接地，真空断路器采用电磁推力结构，全数字电路控制，实现真空断路，可控小电阻采用不锈钢合金材料，与真空断路器配合使用。

6.根据权利要求5所述的可控型小电阻消弧方法，其特征在于，所述智能控制器对配电网进行停电处理包括：

智能控制器自动闭合真空断路器以投入可控小电阻，使得馈线保护动作，通过开关跳闸隔离故障线路，并控制可控电抗器自动退出补偿；

当故障线路隔离后，控制配电网恢复正常运行，断开真空断路器以退出可控小电阻。

7.根据权利要求5所述的可控型小电阻消弧方法，其特征在于：

所述预定时间为10秒。

8.根据权利要求5-7任一所述的可控型小电阻消弧方法，其特征在于：

可控小电阻的合闸速度为7毫秒，分闸速度为3.5毫秒。

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