CN103792453A - 用电网限流型断路器单相短路保护动作的判定方法 - Google Patents

用电网限流型断路器单相短路保护动作的判定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用电网限流型断路器单相短路保护动作的判定方法,包括以下步骤:计算用电网中各个短路点到变压器的单相对地短路阻抗;计算各个短路点的稳态单相对地短路电流;计算限流型断路器短路保护动作时各个短路点的电流幅值判据和波形判据;计算用电网中最小的短路电流幅值判据;对录波装置录取的突变电流是否为限流型断路器短路保护动作造成进行判定。将该方法应用于具有电流录波功能的用电网监控系统,即可对用电网中是否发生限流型断路器短路保护动作进行实时判定,从而自动检测、统计用电网短路故障的频率和发生时间。另外,该方法也是进一步实现用电网短路故障定位的理论基础。

Description

用电网限流型断路器单相短路保护动作的判定方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用电网限流型断路器单相短路保护动作的判定方法,属于用电安全技术领域。
背景技术
[0002] 供配电系统要求对用户安全可靠供电,但由于各种原因难免出现故障,其中最常见的故障是短路,又以发生单相短路的可能性最大。智能电网的发展对用户的安全用电水平提出了更高的要求,其中用户用电网(指400V的低压电网)的故障自动侦测是一个关键技术,用来在短路等事故保护动作之后,通过监控系统自动(可再配合少量人工巡查工作)给出本次事故动作保护的分析报告。目前,国内外在这块的研究刚刚起步,不见成熟的技术和系统。
[0003] 低压断路器在用电网中不仅可以接通和分断正常负荷电流和过负荷电流,还可以断开短路电流,从而能够及时有效地切除短路故障,保障电网安全运行。限流型断路器是一种应用较广泛的新型断路器,当该类断路器的负载出现短路时,由于其具有极快的分断速度,在短路电流没有达到预期峰值前即被切断,使实际短路电流产生的能量比预期能量减少,使电网、用电电器受到的机械应力及热耗大大减小。限流型断路器比一般塑壳断路器多一个限流系数概念,它就是指实际分断电流峰值与预期短路电流峰值之比。限流功能主要通过两种方式实现,一种是通过断路器的分断特性,在短路发生时额外增加短路回路中的短路阻抗,从而降低了短路电流;另一种是通过快速分断技术,在短路电流还未达到预期的峰值高点时断路器就已分断。
[0004] 在辐射式配电系统中,所谓选择性跳闸是指将有故障的负载或馈电回路从电网断开。若无选择性,一个电气故障可使电网各级多台断路器同时跳闸,引起大面积停电。全选择性是指出现故障时,只有邻近故障点的上级一台断路器跳闸,而其他的则继续保持供电;部分选择性是指故障电流值超过某一值时,不再保证全选择性条件。
[0005] 短路时用电网的电磁暂态过程非常复杂,尤其是断路器保护作用时,燃弧、断弧过程以及电弧电阻使得系统的暂态特性发生了巨大的变化,很难对系统进行精确建模,实际短路电流难以准确计算。
[0006] 综上所述,限流型断路器是用电网中一种应用较广泛的新型断路器,但目前还没有关于限流型断路器短路保护动作的判定方法研究,该方法是实现用电网内部短路故障自动侦测的关键技术,也是进一步实现短路故障定位的理论基础。
发明内容
[0007] 本发明提供一种用电网限流型断路器单相短路保护动作的判定方法,该方法具有能够判断用电网是否发生短路故障保护的功能。
[0008] 为解决上述技术问题,本发明提出一种用电网限流型断路器单相短路保护动作的判定方法,该方法包含以下步骤:[0009] 步骤I ),计算短路点到变压器的单相对地短路阻抗:
[0010] 设短路点k发生在变压器第X条一级出线Lx的下属分支电路上,短路阻抗计算时,第X条一级出线Lx只考虑从短路点到变压器之间的各级馈线阻抗,此时第X条一级出线的总阻抗V出线x的计算公式为V出线x = Z懷线i+Z懷线2+...+Z懷线n,其中Z懷线n为兎η级配电馈线的阻抗,根据实际馈线长度和规格计算得出;
[0011] 步骤2 ),计算稳态单相对地短路电流:
[0012] 稳态单相对地短路电流的计算公式为I稳态=Un/ I Z' Χ+Ζτ I,Un为变压器低压侧相电压,大小取220V ;ΖΤ为变压器阻抗,查变压器手册获取;
[0013] 步骤3),计算限流型断路器短路保护动作时的电流判据:
[0014] 在配置限流型断路器进行短路保护的低压用电网中,当短路保护动作时,短路电流的峰值和能量会大幅降低。依据试验结果,确定保护动作时的电流判据如下••第一,电流幅值判据:试验数据表明,经过限流后的实际短路电流幅值将降低到稳态短路电流值的
1/3以下,取短路点k的电流幅值判据为
Figure CN103792453AD00041
;第二,电流波形判据:试
验数据表明,经过限流后的实际短路电流波形具有正弦半波特征,短路电流的作用时间为5ms-10ms,即0.25-0.5个工频周期;
[0015] 步骤4),取用电网的典型用电线路末端作为假想短路点,依据步骤I) -3)计算所有假想短路点的幅值判据,并取其中的最小值作为用电网的短路电流幅值判据Imin ;
[0016] 步骤5),对突变电流是否为限流型断路器短路保护动作造成进行判定,当变压器低压侧的录波装置录取的突变电流幅值大于Imin时,且满足步骤3)所述的电流波形判据,即可判定限流型断路器短路保护动作。
[0017] 有益效果:
[0018] 与现有技术相比,本发明具有如下优点:
[0019] 将该方法应用于具有电流录波功能的用电网监控系统,即可对用电网中是否发生限流型断路器短路保护动作进行实时判定,从而自动检测、统计用电网短路故障的频率和发生时间。另外,该判据也是进一步实现用电网短路故障定位的理论基础。
附图说明
[0020] 图1是电流判据计算采用的电路拓扑简图;
[0021] 图2是本发明的总体流程图;
[0022] 图3是宿舍楼算例配电示意图;
[0023] 图4是限流型断路器短路保护动作时的电流波形。
具体实施方式
[0024] 下面结合附图对本发明做详细说明。
[0025] 本发明的方法总体流程说明:
[0026] 图1是电流判据计算采用的电路拓扑简图,图2为本发明的总体流程图,本发明提出了一种用电网限流型断路器单相短路保护动作的判定方法。该方法包括以下几个步骤:
[0027] 步骤1),计算短路点到变压器的单相对地短路阻抗。如图1所示,设短路点k发生在变压器第X条一级出线Lx的下属分支电路上,短路阻抗计算时,第X条一级出线Lx只考虑从短路点到变压器之间的各级馈线阻抗,此时第X条一级出线的总阻抗Z' 的计算公式为Z '出线;£ = Z懷线I+Z懷线2+...+Z懷线n,Z繼η为弟η级配电馈线的阻抗,依据头际馈线长度和规格计算得出。
[0028] 步骤2),计算稳态单相对地短路电流。稳态单相对地短路电流的计算公式为I as=Un/I Z' aax+ZT|,Un为变压器低压侧相电压,大小取220V ;ZT为变压器阻抗,查变压器手册获取。
[0029] 步骤3),计算限流型断路器短路保护动作时的电流判据。如图1所示,在短路点k上方配置有限流型断路器,当短路发生时,短路电流的峰值和能量都会大幅降低。依据试验结果,确定保护动作时的电流判据如下:第一,电流幅值判据:试验数据表明,经过限流后的实际短路电流幅值将降低到稳态短路电流值的1/3以下,取短路点k的电流幅值判据为
Figure CN103792453AD00051
;第二,电流波形判据:试验数据表明,经过限流后的实际短路电流
波形具有正弦半波特征,短路电流的作用时间为5ms-10ms,即0.25-0.5个工频周期;
[0030] 步骤4),取用电网的典型用电线路末端作为假想短路点,依据步骤I) -3)计算所有假想短路点的幅值判据,并取其中的最小值作为用电网的短路电流幅值判据Imin ;
[0031] 步骤5),对突变电流是否为限流型断路器短路保护动作造成进行判定。如图1所示,当变压器低压侧的录波装置测量到突变电流幅值大于Imin时,且满足步骤3所述的电流波形判据,即可判定限流型断路器短路保护动作。
[0032] 宿舍楼算例:
[0033] 以某宿舍楼为例,介绍限流型断路器短路保护动作时的电流判据的计算过程,图3为宿舍楼的配电示意图。假设短路点k位于宿舍楼的餐厅配电箱,该配电箱属于变压器一级出线I的下属分支电路。从短路点到变压器共有两级配电馈线,其中I级配电馈线的规格是WDZ-YJY-4 X 95+1 X 50,长度为5m,2级配电馈线的规格是WDZ-YJY-4 X 25+1 X 16,长度是10m。餐厅配电箱配置有限流型断路器。
[0034] 步骤I ),计算短路点到变压器的单相对地短路阻抗。
[0035] 短路计算时,第I条一级出线的总阻抗Z'出线!的计算公式为Z' ίϋ®ι = Ziga!+Ze线2,根据配电馈线规格和长度计算得出Z馈线i=2.775+j0.79m Ω, Z馈线2=21.06+j 1.64πιΩ,所以 Z' ai|1=23.835+j2.43ιήΩ。
[0036] 步骤2 ),计算稳态单相对地短路电流。
[0037] 根据变压器型号查询《工业与民用配电设计手册》,得出配变阻抗为Zt=L 875+j9mQ,由公式I稳态=UN/|Z/出线!+Ζτ|计算得出稳态单相对地短路电流为I稳态=7819Α。
[0038] 步骤3),计算限流型断路器短路保护动作时的电流判据。
[0039] 依据公式
Figure CN103792453AD00052
,得出短路点k的电流幅值判据为i幅值=3686A ;电流
波形判据取正弦半波,作用时间取5-10ms。
[0040] 制定电流判据的试验依据:
[0041] 短路时用电网的电磁暂态过程非常复杂,尤其是限流型断路器保护作用时,燃弧、断弧过程以及电弧电阻使得系统的暂态特性发生了巨大的变化,很难对系统进行精确建模,实际短路电流难以准确计算。试验结果显示,限流型断路器保护时的电流波形具有图4所示特征,经过限流后的实际短路电流幅值将降低到稳态短路电流值的1/3以下;经过限流后的实际短路电流波形具有正弦半波特性,短路电流的作用时间接近为5ms-10ms。

Claims (1)

1.用电网限流型断路器单相短路保护动作的判定方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤I),计算短路点到变压器的单相对地短路阻抗: 设短路点k发生在变压器第X条一级出线Lx的下属分支电路上,短路阻抗计算时,第X条一级出线Lx只考虑从短路点到变压器之间的各级馈线阻抗,此时第X条一级出线的总阻抗Z, 的计算公式为 Z,出线x = Z馈线i+Z馈线2+...+Z馈线n (O 式中:Ζ»«η为第η级配电馈线的阻抗; 步骤2),计算稳态单相对地短路电流: I稳态=Un/I Z'出线X+ZT| (2) 式中:UN为变压器低压侧相电压,大小取220V ;ΖΤ为变压器阻抗; 步骤3),计算限流型断路器短路保护动作时的电流判据: 电流幅值判据:经过限流后的实际短路电流幅值将降低到稳态短路电流值的1/3以下,取短路点k的电流幅值判据为
Figure CN103792453AC00021
电流波形判据:经过限流后的实际短路电流波形具有正弦半波特征,短路电流的作用时间为5ms-10ms,即0.25-0.5个工频周期; 步骤4),取用电网的典型用电线路末端作为假想短路点,依据步骤I) -3)计算所有假想短路点的幅值判据,并取其中的最小值作为用电网的短路电流幅值判据Imin ; 步骤5),对突变电流是否为限流型断路器短路保护动作造成进行判定: 当变压器低压侧的录波装置录取的突变电流幅值大于Imin时,且满足步骤3)所述的电流波形判据,即可判定用电网限流型断路器短路保护动作。
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