CN103840438A - 检测基于10kV中性点不接地配网系统的智能化开关设备单相接地保护功能的智能化检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检测基于10kV中性点不接地配网系统的智能化开关设备单相接地保护功能的智能化检测系统，包括电流操作装置、零序电压操作装置、智能化开关检测装置、模拟负载、智能保护装置、通讯装置、检测后台管理系统，本发明的有益效果：为供电管理部门提供一种智能化开关设备单相接地保护功能的零序电压、零序电流的智能化检测系统，对待安装的智能化开关设备按性能要求进行全数检测验收，确保设备安全可靠运行，充分发挥智能化电网的有效作用，提高供电质量。

Description

检测基于10kV中性点不接地配网系统的智能化开关设备单相接地保护功能的智能化检测系统

技术领域

本发明涉及一种智能化开关设备的智能化保护功能的检测，尤其涉及一种检测基于10kV中性点不接地配网系统的智能化开关设备单相接地保护功能的智能化检测系统。

背景技术

随着国家电网建设强大的智能化电网工程的实施，越来越多的功能不一的智能化断路器投入电网运行，特别是具有单相接地保护的智能化断路器的需求越来越大。目前全国各供电管理部门还在延续传统的检测验收手段对智能化开关进行验收，只对智能化开关进行工频耐压和过电流保护验收，其单相接地保护功能和通讯后台管理功能无手段进行验收，因此各种不具有单相接地保护功能和不具有通讯后台管理功能的开关设备也通过了目前的验收，并投入电网运行，为此影响了电网故障的定位与排除，影响恢复供电的时间和供电质量，因此开发研究一种智能化开关设备的检测系统是当前的首要任务。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，为供电管理部门提供一种检测智能化开关设备单相接地保护功能的零序电压、零序电流的智能化检测系统。

为实现上述目的，本发明采用这样一种检测基于10kV中性点不接地配网系统的智能化开关设备单相接地保护功能的智能化检测系统，包括电流操作装置、零序电压操作装置、智能化开关检测装置、模拟负载、智能保护装置、通讯装置、检测后台管理系统，其中电流操作台的输出端与智能化开关检测装置的一个输入端相连；零序电压操作装置装置的一个输出端与智能化开关检测装置的另一个输入端相连，零序电压操作装置并与智能化开关检测装置构成信号传输相连，智能化开关检测装置的输出端与被检测的智能化开关的输入端相连；被检测的智能化开关设备的输出端与模拟负载的输入相连；将三相220V通过升压电压互感器组（或三相变压器）逆变为中性点不接地的10kV线路，接入模拟负载形成完全平衡运行的10kV供电线路；操作单相断路器合闸使其中一相10kV线路经接地电阻器组接地，引发10kV系统相角差变化；同时监测系统配置的零序电压、电流互感器组将采集数据，经传输通道同步传送到检测系统的智能控制器和被检测开关设备的智能控制器进行运算，对比分析其电压、电流参数变化量来判别单相接地类别及接地电流方向，按保护参数的分级设定原则，智能保护单元发出指令，使被检测开关设备和检测系统配置的三相断路器先后分闸动作；检测系统后台管理软件对每一个试验环节的检测数据进行管理、对比分析，生成可供访问、查询的报表，可判别被检测开关设备内部是否配置了零序电压、电流保护功能，其功能是否满足产品技术规范的要求，并形成检测报告。

检测基于10kV中性点不接地配网系统的智能化开关设备单相接地保护功能的智能化检测系统，零序电压操作装置装置包括零序电压操作装置、1个或多个智能保护装置、通讯装置和检测后台管理系统；其中零序电压操作装置由10kV电压输出与控制单元、电压信号传输单元、1个或多个采集表计组成，零序电压操作装置同时与智能保护装置一端相连；智能保护装置的另一端与通讯装置构成相连；通讯装置与检测后台管理系统构成相连。

智能化检测系统还包括信号和采集保护单元，信号和采集保护单元与智能化开关检测装置构成相连，信号和采集保护单元另一端与所述的智能保护装置一端相连。

智能化开关检测装置包括含中性点不接地的三相10kV逆变单元、三相断路器单元、10kV零序电压发生单元、零序电流发生单元、开关设备前和开关设备后接地单元；其中三相10kV逆变单元由10kV/220V升压电压互感器组、隔离开关及连接铜排组成；三相断路器单元由三相断路器、复合套管及连接铜排组成；10kV零序电压发生单元由采样用零电压互感器组、单相接地用断路器、接地电阻器组及连接铜排和绝缘子组成；接地电阻器组分为：金属接地电阻器组、非金属接地电阻器组、容性接地电阻器组；非金属接地电阻器组分为水性接地电阻器组、木质性接地电阻器组、肉质性接地电阻器组；木质性接地电阻器组分为：湿性木质性接地电阻器组、干性木质性接地电阻器组。

电流操作装置包括低电压大电流发生单元、控制和保护单元、电流信号传输及1套或多套采集表计；低电压大电流发生单元由低电压大电流发生器、五防联锁的开关电源和电流互感器组组成。

本发明的有益效果：为供电管理部门提供一种智能化开关设备单相接地保护功能的零序电压、零序电流的智能化检测系统，对待安装的智能化开关设备按性能要求进行全数检测验收，确保设备安全可靠运行，充分发挥智能化电网的有效作用，提高供电质量。

附图说明

图1是本发明实施例检测基于10kV中性点不接地配网系统的智能化开关设备单相接地保护功能的智能化检测系统的原理方框图；

图2是本发明实施例智能化开关检测装置结构示意图；

图3是本发明实施例被检测的智能化开关设备前接地试验线路图；

图4是本发明实施例检测被检测的智能化开关设备后接地试验线路图；

图5是本发明实施例三段式保护验收试验线路图；

图6是本发明实施例零序电流保护验收试验线路图；

图7是本发明实施例智能保护、通讯与后台管理系统原理方框图。

具体实施方式

如图1所示，一种检测基于10kV中性点不接地配网系统的智能化开关设备单相接地保护功能的智能化检测系统，包括电流操作装置、零序电压操作装置、智能化开关检测装置、模拟负载、智能保护装置、通讯装置、检测后台管理系统，各组成部分之间均通过航空插、多芯电缆连接，其中电流操作台的输出端与智能化开关检测装置的一个输入端相连；零序电压操作装置装置的一个输出端与智能化开关检测装置的另一个输入端相连，零序电压操作装置并与智能化开关检测装置构成信号传输相连，智能化开关检测装置的输出端与被检测的智能化开关的输入端相连；被检测的智能化开关的输出端与模拟负载的输入相连。

将三相220V通过升压电压互感器组（或三相变压器）逆变为中性点不接地的10kV线路，接入模拟负载形成完全平衡运行的10kV供电线路；操作单相断路器合闸使其中一相10kV线路经接地电阻器组接地，引发10kV系统相角差变化；同时监测系统配置的零序电压、电流互感器组将采集数据，经传输通道同步传送到检测系统的智能控制器和被检测开关设备的智能控制器进行运算，对比分析其电压、电流参数变化量来判别单相接地类别及接地电流方向，按保护参数的分级设定原则，智能保护单元发出指令，使被检测开关设备和检测系统配置的三相断路器先后分闸动作；检测系统后台管理软件对每一个试验环节的检测数据进行管理、对比分析，生成可供访问、查询的报表，可判别被检测开关设备内部是否配置了零序电压、电流保护功能，其功能是否满足产品技术规范的要求，并形成检测报告。

二、各功能单元详细描述：

1、零序电流和零序电压同步检测系统：

1、1系统配置：

1、1、1由零序电压操作装置（含智能保护装置、通讯装置、检测后台管理系统）、智能化开关检测装置、模拟负载、被检测开关及智能控制器四部分组成；

1、1、2各组成部分之间均通过航空插、多芯电缆连接；

1、1、3零序电压操作装置装：配备具有一定容量的10kV电压输出与控制单元、电压信号传输、采集表计1套、智能保护装置（控制器）2个、通讯装置和检测后台管理系统；

1、1、4被检测开关应由带有接地保护功能的智能控制器和断路器组成；

1、1、5模拟负载：接入系统10kV线路后，使10kV线路通过相应的运行电流。

1、2工作原理：

采用三相电压逆变原理，将三相220V通过升压电压互感器组2（或三相变压器）逆变为中性点不接地的三相10kV电压，并形成10kV线路，当接入模拟负载后， 形成处于完全平衡运行的10kV供电线路；通过单相断路器14合闸使其中一相10kV线路经接地电阻器组16接地，引发10kV系统相角差变化，从而采样零序电压互感器组3的开口三角电压Uo发生变化，其开口三角电压变化量通过调整接地电阻器组16的阻值确定；同时采样零序电压互感器组3的  Ubn  Ubn  Ucn  Ubb  Ubc  Ubc发生变化，其变化量通过调整接地电阻器组16的阻值确定；同时采样零序电流互感器组12的  I o 发生变化，其变化量通过调整接地电阻器组16的阻值确定。利用控制器主动与被动传输功能，在接地试验前通过检验后台系统召测Ib  Ib  Ic  I o  Ubn  Ubn  Ucn  Ubb  Ubc  Ubc  Uo，并导出打印接地试验前数据，在接地投入瞬间系统控制器主动上传Ib  Ib  Ic  I o  Ubn  Ubn  Ucn  Ubb  Ubc  Ubc  Uo，同时上传相位偏移量并导出打印接地试验时的数据，从而实现智能化检测试验。在接地事件发生后，控制器的数字电路对接地信号量进行运算，确定事件的类型，若出现超过设定的事件时，控制器发出分闸指令，断路器分闸，确保线路供电的安全性。

1、3判别依据：

1、3、1通过不同模拟量下的模拟接地，调整接地电阻器组，依据不同的接地电阻值引起采样零序电压互感器组开口三角电压变化量和零序电流的变化量来确定其单相接地类别，并通过保护单元的软件进行运算分析确定接地方向。

1、3、2检测系统的智能控制器和被检测的真空断路器的智能控制器均采集到开口三角电压的变化和零序电流的变化；通过保护参数的分级设定，被检测的智能化真空断路器在智能控制器的保护功能作用下分闸，系统的三相真空断路器也在智能控制器的保护功能作用下分闸；为此说明被检测的智能化开关设备内部配置了零序电压互感器，其被检控制器具有零序电压保护功能，其保护精度的准确性满足产品性能。通过调整接地过渡连接线的接线位置，可将接地点处于开关前接地或开关后接地的二种接地状况，被检控制器与系统控制器同步显示为开关前或开关后接地，说明被检控制器具有单向接地方向判定功能。

如图2所示，智能化开关检测装置：由含中性点不接地的三相10kV逆变单元、三相断路器单元、10kV零序电压发生单元、零序电流发生单元、开关设备前和开关设备后接地单元组成；

在此对图2中的标号部件做个解释：1是本体焊接；2和3都是电压互感器；4、8、10、15、17、18都是连接铜排；5是绝缘子；6是隔离开关操作手柄；7是隔离开关； 9是三相真空断路器；11是复合套管；12是保护电流互感器；13是零序电流互感器；14是单相真空断路器；16是接地电阻器组；19是接地过渡连接线；20和21都是开关后接地套管；

1、4、1中性点不接地的三相10kV逆变单元：由10kV/220V升压电压互感器组2、隔离开关7及连接铜排组成；

1、4、2三相断路器单元：由三相断路器9、复合套管11及连接铜排组成；

1、4、310kV零序电压发生单元：由采样用零电压互感器组3、单相接地用断路器14、接地电阻器组16及连接铜排和绝缘子组成；

1、4、4接地电阻器组16分为：金属接地电阻器组、非金属接地电阻器组、容性接地电阻器组；非金属接地电阻器组分为水性接地电阻器组、木质性接地电阻器组、肉质性接地电阻器组；木质性接地电阻器组分为：湿性木质性接地电阻器组、干性木质性接地电阻器组。

1、5试验操作程序及信号传输采集：

1、5、1操作隔离开关手柄，将隔离开关投切至合闸位置；

1、5、2按图3、4示将被检测开关接入试验线路；

这里先对图3和4中的标号做个解释：b1是升压电压互感器、b2是隔离开关、b3是三相断路器、（b4、b6、b8、 b9）是四组复合套管、b5是采样用零序电压互感器组、b7是被检测开关、b10是单相接地用断路器、b11是接地电阻器组、b11是模拟负载。

1、5、3合总电源开关、合电压操作台电源开关、合控制器电源开关、操作三相断路器合闸；

1、5、4根据零序电流和零序电压同步检测保护试验方案，缓慢调节调压器，同时注意观察升压表计，将电压升至10kV，被检验断路器合闸，并带动投入模拟负载，招测并打印接地试验前数据，操作单相断路器合闸，进行单向接地保护试验保护试验，打印主动传输到后台的接地试验数据；对比分析被检测断路器（含控制器）数据，判定被检测断路器（含控制器）是否具有单向接地保护功能和参数的准确性。

1、5、5同时观测操作台的信号采集表计、计时器数据，与控制器和被检测断路器电压数据对比，确定其保护的可靠性和数据的准确性；

1、5、6统计、判断被检测断路器与控制器配合保护的合理性；

1、5、7出具检测报告。

1、6判别方法：（以B相接地和就近金属回馈接地电流为例）（远方大地回馈接地电流测试：另行形成报告）

1、6、1未发生单相接地故障时，采样电压互感器组显示电压：

相间电压：Ubb、Ubc、Ubc均为220V；

相对地电压：Ubn、Ubn、Ucn均为127V；

开口三角电压：Uo为0V、零序电流：Io为0mB

1、6、2金属接地：

相间电压：Ubb、Ubc均下降为127V、Ubc则维持为220V；

相对地电压：Ubn、Ucn均上升为220V 、Ubn则下降为0V；

开口三角电压：Uo上升为100V、零序电流：Io为20mB

1、6、3非金属接地：

相间电压：Ubb、Ubc均下降为127～220V、Ubc则维持为220V；

相对地电压：Ubn、Ucn均上升为220V 、Ubn则下降为0V；

开口三角电压：Uo上升为100～127V、零序电流：Io为20～40mB

1、6、4弧光接地：

相间电压：Ubb、Ubc均下降为127～220V、Ubc则维持为220V；

相对地电压：Ubn、Ucn均上升为220V 、Ubn则下降为0V；

开口三角电压：Uo上升为100～127V、零序电流：Io为20～40mB

2、零序电流检测系统（三相电流不平衡引起的零序电流变化和单向接地引起的零序电流变化的区别检测系统）：

2、1系统配置：

2、1、1由电流操作台、零序电压操作装置（含智能保护装置、通讯装置、检测后台管理系统）、智能化开关检测装置、被检测开关及智能控制器四部分组成；

2、1、2各组成部分之间均通过航空插、多芯电缆连接；

2、1、3电流操作台装有：低电压大电流发生单元、控制和保护单元、电流信号传输及采集表计1套；

2、1、4低电压大电流发生单元：由低电压大电流发生器、五防联锁的开关电源和电流互感器组组成；

2、1、5配合使用的零序电压操作装置装有：电流信号传输、采集表计1套、智能保护装置（控制器）2个、通讯装置、检测后台管理系统；

2、1、6被检测开关应由带有接地保护功能的智能控制器和断路器组成；

2、2工作原理：

采用低电压大电流输出原理、三相穿心式电流互感器输出零序电流原理、相角差引起向量变化原理，采用回流和分流结构起相角差变化原理，三相电流不平衡引发向量变化原理，移相器引发向量变化原理，从而产生零序电流。

2、3判别依据：

向检测系统输入经移相器引起向量变化的电流，检测系统的智能控制器和被检测的真空断路器的智能控制器均采集到零序电流的变化；通过保护参数的分级设定，被检测的智能化真空断路器在智能控制器的保护功能作用下分闸，系统的三相真空断路器也在智能控制器的保护功能作用下分闸，且被检测控制器的零序电流值与系统控制器的零序电流值一致，为此说明被检测的智能化真空断路器内部配置了零序电流互感器，其智能控制器具有零序电流保护功能，其保护精度的准确性满足产品性能。

在检测系统零序CT和被检开关零序CT变比均为20:1和三相保护CT变比均为200:5配置时，向检测系统分别输入三相不平衡电流，向量变化值为B1(列如B1=20B)和B2（列如B2=50B）电流,系统控制器分别采到B01=1B和B02=2.5的二次电流，被检测控制器同时采到B01=1B和B02=2.5B的二次电流，说明被检验开关内部配置了零序电流互感器；若被检测控制器同时采到B01=0.5B和B02=1.25B的二次电流，说明被检验开关内部没有配置零序电流互感器，只是在二次回路加设了采样零序电路。同理可检测分析三相保护CT不同变比下的零序电流值。

向检测系统分别输入单向回流与分流电流，其向量变化值与上述试验相同，向量变化值为B1(列如20B)和B2（列如50B）电流,系统控制器分别采到B01=1B和B02=2.5B的二次电流，被检测控制器同时采到B01=1B和B02=2.5B的二次电流，说明被检验开关内部配置了零序电流互感器；若被检测控制器同时采到B01=0.5B和B02=1.25B的二次电流，说明被检验开关内部没有配置零序电流互感器，只是在二次回路加设了采样零序电路。同理可检测分析三相保护CT不同变比下的零序电流值。

2、5、2智能化开关检测装置本体：由三相断路器单元、保护及零序电流发生单元、智能控制器保护单元及连接铜排组成；

2、5、3三相断路器单元：由三相断路器9、复合套管11及连接铜排组成；

2、5、4保护及零序电流发生单元：由二组三相穿心式电流互感器和零序电流互感器组及连接铜排组成；

2、5、5被检测开关应带一组三相穿心式电流互感器和零序电流互感器组成；

2、6试验操作程序及信号传输采集：

做电流试验前必须将智能化开关检测装置隔离开关7置于分闸状态

2、6、1按图5、6所示，将被检测开关接入试验线路；

这里先对图5和图6中的标号做个解释：b1是电流操作端输出端、b2是三相断路器、（b3、b6、b11）是四组复合套管、b4和b7是两组电流互感器、b5和b8是两组零序电流互感器、b9是被检测开关、b10是母排、b12是电流操作端输入端。

2、6、2合总电源开关、合电流操作台电源开关、合控制器电源开关；

2、6、3根据拟定的电流保护试验方案，缓慢调节调压器，同时注意观察升流表计，将电流升至所需电流，按下计时按钮，并做好相关记录； 

2、6、4观测电流操作台电流表、 计时器数值，与控制吕和被测控制器电流数值对比，确定其保护的可靠性；

2、6、5统计、判断被检测断路器与控制器配合保护的合理性；

2、6、6出具检测报告。

2、7判别方法：

2、7、1整个检测测试过程中对电流信号进行实时后台检测；

2、7、2采用数据比对的方式来确定被检测开关与控制器电流保护的合理性；

3、检测系统的智能保护、通讯与后台管理系统：

3、1系统配置

3.1.1由智能控制器、通讯模块、计算机、后台管理软件组成

3.1.2智能化开关检测装置本体与智能控制器的信号传输采用航空插头与电缆连接传输、智能控制器与计算机采用有线和无线传输、后台管理软件嵌入在计算机。

3.1.3智能控制器采用数字电路组成、双电源供电模块供电、液晶显示、触摸式按键操作和后台计算机操作、具有三段式保护功能、零序保护功能、重合闸功能、故障记录与查询功能、时时数据传输功能。

3,1.4通讯模块具备GPRS无线传输功能、以太网传输功能、预留光纤通讯接口，具有IEC60870-5-101：2002基本远动任务配套标准（规约）和IEC60870-5-104：2002采用标准传输协议集的IEC60870-5-101网络访问（规约）选择功能。GPRS通讯模块具有独立的TDP通讯、独立的UDP通讯、DTP和UDP一体接口通讯功能。

3.1.5后台管理软件嵌入计算机后可实现智能检测的“四遥管理”功能：对检测系统的状态进行监测、对Ib  Ib  Ic  I o  Ubn  Ubn  Ucn  Ubb  Ubc  Ubc  Uo进行监测，对系统进行远程操作、对系统保护定值进行远程设定；可对每一个试验环节的检测数据进行查询并打印生成报表。

3.1.6通讯规约：本系统具有IEC60870-5-101：2002基本远动任务配套标准（规约）和IEC60870-5-104：2002采用标准传输协议集的IEC60870-5-101网络访问（规约），并具有选择功能，可实现检测数据的有线传送和无线传输，同时可检测被检控制器的通讯规约是否满足所在区域的配网自动化需求。

Claims (5)

1.一种检测基于10kV中性点不接地配网系统的智能化开关设备单相接地保护功能的智能化检测系统，其特征在于：所述智能化检测系统包括电流操作装置、零序电压操作装置、智能化开关检测装置、模拟负载、智能保护装置、通讯装置、检测后台管理系统，其中电流操作台的输出端与智能化开关检测装置的一个输入端相连；零序电压操作装置装置的一个输出端与智能化开关检测装置的另一个输入端相连，零序电压操作装置并与智能化开关检测装置构成信号传输相连，智能化开关检测装置的输出端与被检测的智能化开关的输入端相连；被检测的智能化开关设备的输出端与模拟负载的输入相连；将三相220V通过升压电压互感器组（或三相变压器）逆变为中性点不接地的10kV线路，接入模拟负载形成完全平衡运行的10kV供电线路；操作单相断路器合闸使其中一相10kV线路经接地电阻器组接地，引发10kV系统相角差变化；同时监测系统配置的零序电压、电流互感器组将采集数据，经传输通道同步传送到检测系统的智能控制器和被检测开关设备的智能控制器进行运算，对比分析其电压、电流参数变化量来判别单相接地类别及接地电流方向，按保护参数的分级设定原则，智能保护单元发出指令，使被检测开关设备和检测系统配置的三相断路器先后分闸动作；检测系统后台管理软件对每一个试验环节的检测数据进行管理、对比分析，生成可供访问、查询的报表，可判别被检测开关设备内部是否配置了零序电压、电流保护功能，其功能是否满足产品技术规范的要求，并形成检测报告。

2.根据权利要求1所述的检测基于10kV中性点不接地配网系统的智能化开关设备单相接地保护功能的智能化检测系统，其特征在于：所述零序电压操作装置装置包括零序电压操作装置、1个或多个智能保护装置、通讯装置和检测后台管理系统；其中零序电压操作装置由10kV电压输出与控制单元、电压信号传输单元、1个或多个采集表计组成，零序电压操作装置同时与智能保护装置一端相连；智能保护装置的另一端与通讯装置构成相连；通讯装置与检测后台管理系统构成相连。

3.根据权利要求1或2所述的检测基于10kV中性点不接地配网系统的智能化开关设备单相接地保护功能的智能化检测系统，其特征在于：所述智能化检测系统还包括信号和采集保护单元，信号和采集保护单元与智能化开关检测装置构成相连，信号和采集保护单元另一端与所述的智能保护装置一端相连。

4.根据权利要求1或2所述的检测基于10kV中性点不接地配网系统的智能化开关设备单相接地保护功能的智能化检测系统，其特征在于：所述智能化开关检测装置包括含中性点不接地的三相10kV逆变单元、三相断路器单元、10kV零序电压发生单元、零序电流发生单元、开关设备前和开关设备后接地单元；其中三相10kV逆变单元由10kV/220V升压电压互感器组、隔离开关及连接铜排组成；三相断路器单元由三相断路器、复合套管及连接铜排组成；10kV零序电压发生单元由采样用零电压互感器组、单相接地用断路器、接地电阻器组及连接铜排和绝缘子组成；接地电阻器组分为：金属接地电阻器组、非金属接地电阻器组、容性接地电阻器组；非金属接地电阻器组分为水性接地电阻器组、木质性接地电阻器组、肉质性接地电阻器组；木质性接地电阻器组分为：湿性木质性接地电阻器组、干性木质性接地电阻器组。

5.根据权利要求1或2所述的检测基于10kV中性点不接地配网系统的智能化开关设备单相接地保护功能的智能化检测系统，其特征在于：所述电流操作装置包括低电压大电流发生单元、控制和保护单元、电流信号传输及1套或多套采集表计；低电压大电流发生单元由低电压大电流发生器、五防联锁的开关电源和电流互感器组组成。

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