CN106655120A - 配电网中性点智能接地保护方法与系统 - Google Patents

配电网中性点智能接地保护方法与系统 Download PDF

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    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
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    • H02H7/26Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured

Abstract

本发明公开了一种配电网中性点智能接地保护方法与系统,电网正常运行时,系统为中性点不接地;电网中某一线路发生单相接地时,系统根据故障性质切换中性点接地,并处理故障,故障消除后,系统恢复为中性点不接地。该发明既保留了中性点不接地、小电阻接地、消弧线圈接地三种常规接地方式的优点,又避免了这三种接地方式的弊端,适应接地故障的多样性,对不同接地故障提供一一对应的智能化保护,特别是消除了这三种接地方式对高阻接地故障存在的盲区,能够准确判断高阻接地故障,提供预防性保护,防止发展性故障产生,解决了常规接地方式不能对高阻接地故障提供保护的技术难题,对提高配电系统供电安全性和可靠性意义重大。

Description

配电网中性点智能接地保护方法与系统
技术领域
[0001] 本发明主要应用于6kV〜35kV配电网中性点接地系统,具体地说是一种配电网中性点智能接地方法及接地系统。
背景技术
[0002] 在电力系统中,电网中性点接地方式是保障电网正常运行的重要基础,涉及电网的安全可靠性、经济性;同时直接影响系统设备绝缘水平的选择、过电压水平及继电保护方式、通讯干扰等。电力系统的安全可靠程度,在其他条件相同的情况下,只取决于电力系统中性点的工作方式。
[0003] 我国配电网中性点的接地方式主要有不接地、经消弧线圈接地、经小电阻接地三大类,不接地和经消弧线圈接地属于小电流接地方式,小电阻接地属于大电流接地方式,这些接地方式均存在一定弊端。
[0004]中性点不接地方式结构简单、投资少,早期为配网中性点的主要接地方式,如今仍占60%以上,有关国家标准以1kV系统发生单相接地短路故障时,接地电容电流是否超过1A作为选择其中性点接地方式的依据。随着电网的扩容和电缆比例的大幅增加,系统对地电容电流增大,当故障电流较大时,接地电弧不能自行熄灭,易导致相间短路等故障范围扩大,造成线路跳闸停电,中性点不接地方式不能适应电网的发展。
[0005]随着电网的发展,消弧线圈的容量也被要求越来越大,有些负荷重的变电站单台大容量的消弧线圈补偿装置已不能满足要求,需在同一母线安装两台或多台自动跟踪补偿消弧线圈才能满足补偿要求。这不仅增加消弧线圈的安装成本,而且要增大安装空间,带来诸多不便。并且消弧线圈在单相接地故障的作用也是有限的:I)消弧线圈可降低单相接地过电压出现的概率但并不能消除间歇性电弧过电压;2)可减少弧光重燃的次数,而不能根除接地电弧的产生;3)只能补偿接地电容电流中的工频分量,而不能补偿其中的谐波分量;4)只能补偿接地电流中的无功分量(电容电流),不能补偿其中的有功分量;5)不能对高阻性接地故障进行判断和保护。
[0006] 在中性点经电阻接地的配网中,由于中性点电阻限制了中性点电压,不会产生很高的过电压。同时,接地线路中流过较大的阻性电流,保证零序保护准确判断并快速切除故障线路。但是,阻性接地的运行方式也有一定弊端:I)在发生单相接地时,较大的接地电流可能产生较高的接触电压和跨步电压,对设备和人身造成威胁,并对周围通信线路造成干扰;2)单相接地保护动作跳闸,增加了故障跳闸次数和停电时间,降低了供电可靠性;3)为保证供电的连续性,一般采用小电阻接地方式的网络对重要用户需要具有转供电能力,使运行更为复杂;4)不能对高阻性接地故障进行判断和保护。
[0007]总之,这三种接地保护方式都存在高阻接地故障的盲区,不能准确判断高阻接地故障并提供保护,导致发展性故障频发,已成为电网发展不可忽视的问题。
[0008] 近年来出现中性点经消弧线圈加小电阻接地的模式:瞬时单相接地故障由消弧线圈动作补偿,永久性接地故障投小电阻启动零序电流跳闸。它虽然能够互补消弧线圈和小电阻的弊端,但存在如下主要缺陷:
[0009] I)保护整定繁琐、需要适应两套不同保护原则,增加运行维护复杂性;
[0010] 2)不能判断和消除高阻接地故障;
[0011] 3)运行案例少、时间短、运行经验不足;
[0012] 4)增加设备投资、增大设备故障概率;
[0013] 5)增大设备能耗和对土地资源的占用。
[0014]综上所述,迫切需要一种新型智能接地方式和系统,博取众长、避其所短,适应迅速发展的配电网需要。
发明内容
[0015] 本发明针对现有配电网中性点接地方式存在的弊端,发明一种自动切换中性点接地方式的智能控制及保护系统,适应接地故障的多样性,对各种不同接地故障提供--对应的智能化保护,消除常规接地方式缺点,解决常规接地方式不能对高阻接地故障提供保护的技术难题,有效提高供电安全性和可靠性。
[0016]技术方案:
[0017] 本发明公开了一种配电网中性点智能接地保护方法,电网正常运行时,系统为中性点不接地;电网中某一线路发生单相接地时,系统根据故障性质切换中性点接地方式,并处理故障,故障消除后,系统恢复为中性点不接地。
[0018] 作为本方法的一种实施方案:电网正常运行时,系统为中性点不接地;电网中某一线路发生单相接地时,系统判别故障性质:
[0019] 对于瞬时性接地故障仅作监测报警;
[0020] 对于永久性接地故障或持续间歇性接地故障,立刻切换中性点经小电阻装置接地,对于高阻接地故障,由系统启动选线跳闸;对于其它接地故障由该线路开关柜的零序过流保护(现有技术可以实现,此处不详述)启动跳闸;
[0021] 故障消除后,系统恢复为中性点不接地。
[0022]作为本方法的另一种实施方案:电网正常运行时,系统为中性点不接地;电网中某一线路发生单相接地时,系统判别故障性质:
[0023] 对于高阻接地故障,进一步判断是否为永久性接地故障或持续间歇性接地故障:若是,则选线跳闸;若否,则选线报警;
[0024] 对于其他接地故障,立刻切换中性点经消弧线圈装置接地,并进一步判断:对于瞬时性故障仅作消弧线圈电流补偿,进行选线报警;对于永久性接地故障或持续间歇性接地故障启动接地选线跳闸保护;
[0025] 故障消除后,系统恢复为中性点不接地。
[0026] —种配电网中性点智能接地保护系统,所述系统包括微机测控装置、中性点切换装置、接地设备和若干零序电流互感器,变压器的中性点和地之间串联连接有所述中性点切换装置、接地设备,接地设备的接地线穿过中性点零序电流互感器CT0;电源三相母线引出第一线路、第二线路、……、第η线路,所述第一线路、第二线路、……、第η线路分别对应穿过第一零序电流互感器CTl、第二零序电流互感器CT2、……、第η零序电流互感器CTn;中性点零序电流互感器CT0、第一零序电流互感器CTl、第二零序电流互感器CT2、……、第η零序电流互感器CTn的二次端分别接入微机测控装置的对应电流输入端,母线电压互感器PT 二次端的Ua、Ub、Uc、3Uo分别接入微机测控装置的对应电压输入端,微机测控装置的开关量输出端接入中性点切换装置的开关控制回路,以及第一线路的开关至第η线路的开关控制回路。
[0027]作为一种实施方式,所述接地设备为小电阻装置。
[0028]作为另一种实施方式,所述接地设备为消弧线圈装置。
[0029] 所述中性点切换装置由中性点开关并联高压放电间隙组成,所述中性点切换装置串接在中性点与接地设备之间,当电网发生低阻性单相接地故障时,中性点电压较高,击穿高压放电间隙,同时系统操控中性点开关闭合,中性点通过接地设备接地,并启动相应保护动作消除故障,故障消除后,中性点开关分断,中性点恢复不接地;对于高阻接地故障,中性点电压较低,放电间隙不被击穿,直接由系统操控中性点开关闭合或分断,并进行故障处理,实施保护。
[0030] 所述中性点开关为真空断路器或真空接触器。
[0031] 所述微机测控装置由一至多片单片机微机处理系统组成,还包括采样滤波电路、光电隔离电路、开关量输出电路、开关量输入电路、通信电路以及键盘和显示器,其中:
[0032] 母线电压互感器PT二次端的Ua、Ub、Uc、3Uo,以及中性点零序电流互感器CTO、第一零序电流互感器CTl、第二零序电流互感器CT2、……、第η零序电流互感器CTn采集的各线路零序电流均通过采样滤波电路传输给单片机微机处理系统,键盘连接单片机微机处理系统用于输入,显示器连接单片机微机处理系统用于显示,开关量输入电路通过光电隔离电路连接单片机微机处理系统,单片机微机处理系统通过光电隔离电路连接开关量输出电路,通信电路通过光电隔离电路连接单片机微机处理系统;所述开关量输入电路、开关量输出电路为中性点切换装置及第一线路至第η线路的开关量输入、输出电路。
[0033] 本发明的有益效果
[0034]该发明既保留了中性点不接地、小电阻接地、消弧线圈接地三种常规接地方式的优点,又避免了这三种接地方式的弊端,适应接地故障的多样性,对不同接地故障提供一一对应的智能化保护,特别是消除了这三种接地方式对高阻接地故障存在的盲区,能够准确判断高阻接地故障,提供预防性保护,防止发展性故障产生,解决了常规接地方式不能对高阻接地故障提供保护的技术难题,对提高配电系统供电安全性和可靠性意义重大。
附图说明
[0035]图1是本发明之一智能接地保护方法的流程图。
[0036]图2是本发明之二智能小电阻接地系统的判别和保护流程图。
[0037]图3是本发明之三智能消弧线圈接地系统的判别和保护流程图。
[0038]图4是本发明的智能接地保护系统的电路结构原理图。
[0039]图5是本发明的微机测控装置的原理框图。
具体实施方式
[0040]下面结合实施例对本发明作进一步说明,但本发明的保护范围不限于此:
[0041] 实施例1:结合图1,一种配电网中性点智能接地保护方法,电网正常运行时,系统为中性点不接地;电网中某一线路发生单相接地时,系统根据故障性质切换中性点接地方式(若是高阻接地故障,则保持原有接地方式;若非高阻接地故障,则切换中性点接地方式),并处理故障,故障消除后(若故障不能消除,则选线跳闸),系统恢复为中性点不接地。
[0042]实施例2:结合图2,如实施例1所述的一种配电网中性点智能接地保护方法,以接地设备为小电阻装置时的保护系统为例进行说明。
[0043] 2.1电网系统正常运行时,三相电压平衡,中性点电压约为零,放电间隙无电流通过,流经中性点的电流也为零。此时,微机测控装置分断中性点开关,系统以中性点不接地方式运行;
[0044] 2.2当发生金属性或低阻性单相接地故障时,故障相电压大幅跌落,非故障相电压大幅升高,中性点产生较高位移电压足以击穿放电间隙,中性点经小电阻接地,抑制接地过电压,随之微机测控装置驱动中性点开关闭合,保护放电间隙断流熄弧,并稳定启动接地馈线零序电流保护跳闸,切除故障线路;然后,三相电压恢复平衡,中性点位移电压消失,微机测控装置操控中性点开关断开,系统恢复为中性点不接地方式。
[0045] 2.3当发生高阻性接地故障时,由于接地电阻较大,故障相电压和非故障相电压变化均不大,中性点位移电压也较小,放电间隙无法击穿,此时微机测控装置可迅速判断出高阻接地故障发生,并选出接地线路(现有技术可以实现,此处不详述),当故障持续时间或次数满足保护设定值时,则驱动中性点开关闭合经小电阻接地,并启动选线跳闸,从母线上切除故障线路,故障消除后,母线电压恢复正常,微机测控装置分断中性点开关,系统恢复中性点不接地方式。
[0046]实施例3:结合图3,如实施例1所述的一种配电网中性点智能接地保护方法,以接地设备为消弧线圈装置时的保护系统为例进行说明。
[0047] 3.1电网系统正常运行时,三相电压平衡,中性点电压约为零,放电间隙无电流通过,流经中性点的电流也为零。此时,微机测控装置分断中性点开关,系统以中性点不接地方式运行;
[0048] 3.2当发生金属性或低阻性单相接地故障时,故障相电压大幅跌落,非故障相电压大幅升高,中性点产生较高位移电压足以击穿放电间隙,中性点经消弧线圈接地,随之微机测控装置驱动中性点开关闭合,保护放电间隙断流熄弧,并稳定启动消弧线圈电流持续补偿,然后,若微机测控装置判别接地故障消失,则选线告警并分断中性点开关,系统恢复为不接地方式;若微机测控装置判别接地依然存在,则启动接地选线跳闸,切除故障线路,然后,三相电压恢复平衡,微机测控装置操控中性点开关断开,系统恢复为中性点不接地方式。
[0049] 3.3当发生高阻性接地故障时,由于接地电阻较大,故障相电压和非故障相电压变化均不大,中性点位移电压也较小,放电间隙无法击穿,此时微机测控装置迅速判断出高阻接地故障发生,并选出接地线路,当故障持续时间或次数满足保护设定值时,则驱动启动接地选线跳闸,从母线上切除故障线路,故障消除后,母线电压恢复正常,微机测控装置分断中性点开关,系统恢复中性点不接地方式。
[0050] 实施例4:结合图4,一种配电网中性点智能接地保护系统,所述系统包括微机测控装置、中性点切换装置、接地设备和若干零序电流互感器,变压器的中性点和地之间串联连接有所述中性点切换装置、接地设备,接地设备的接地线穿过中性点零序电流互感器CT0;电源三相母线引出第一线路、第二线路、……、第η线路,所述第一线路、第二线路、……、第η线路分别对应穿过第一零序电流互感器CTl、第二零序电流互感器CT2、……、第η零序电流互感器CTn;中性点零序电流互感器CTO、第一零序电流互感器CTl、第二零序电流互感器CT2、……、第η零序电流互感器CTn的二次端分别接入微机测控装置的对应电流输入端,母线电压互感器PT 二次端的Ua、Ub、Uc、3Uo分别接入微机测控装置的对应电压输入端,,微机测控装置的中性点开关量输出端KO接入中性点切换装置的开关控制回路,微机测控装置的第一线路开关量输出端Kl、第二线路开关量输出端K2、......、第η开关量输出端Kn分别接入第一线路的开关至第η线路的开关控制回路;微机测控装置的。
[0051]作为一种实施方式,所述接地设备为小电阻装置。
[0052]作为另一种实施方式,所述接地设备为消弧线圈装置。
[0053] 所述中性点切换装置由中性点开关并联高压放电间隙组成,所述中性点切换装置串接在中性点与接地设备之间,当电网发生低阻性单相接地故障时,中性点电压较高,击穿高压放电间隙,同时系统操控中性点开关闭合,中性点通过接地设备接地,并启动相应保护动作消除故障,故障消除后,中性点开关分断,中性点恢复不接地;对于高阻接地故障,中性点电压较低,放电间隙不被击穿,直接由系统操控中性点开关闭合或分断,并进行故障处理,实施保护。
[0054] 所述中性点开关为真空断路器或真空接触器。
[0055] 实施例5:结合图5,如实施例4所述一种配电网中性点智能接地保护系统,微机测控装置由一至多片单片机微机处理系统组成,还包括采样滤波电路、光电隔离电路、开关量输出电路、开关量输入电路、通信电路以及键盘和显示器,母线电压互感器PT 二次端的Ua、Ub、Uc、3Uo,以及中性点零序电流互感器CT0、第一零序电流互感器CT1、第二零序电流互感器CT2、……、第η零序电流互感器CTn采集的各线路零序电流均通过采样滤波电路传输给单片机微机处理系统,键盘连接单片机微机处理系统用于输入,显示器连接单片机微机处理系统用于显示,开关量输入电路通过光电隔离电路连接单片机微机处理系统,单片机微机处理系统通过光电隔离电路连接开关量输出电路,通信电路通过光电隔离电路连接单片机微机处理系统;所述开关量输入电路、开关量输出电路为中性点切换装置及第一线路至第η线路的开关量输入、输出电路。
[0056] 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神做举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种配电网中性点智能接地保护方法,其特征是:电网正常运行时,系统为中性点不接地;电网中某一线路发生单相接地时,系统根据故障性质切换中性点接地方式,并处理故障,故障消除后,系统恢复为中性点不接地。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征是电网正常运行时,系统为中性点不接地;电网中某一线路发生单相接地时,系统判别故障性质: 对于瞬时性接地故障仅作监测报警; 对于永久性接地故障或持续间歇性接地故障,立刻切换中性点经小电阻装置接地;对于高阻接地故障,由系统启动选线跳闸;对于其它接地故障由该线路开关柜的零序过流保护启动跳闸; 故障消除后,系统恢复为中性点不接地。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征是电网正常运行时,系统为中性点不接地;电网中某一线路发生单相接地时,系统判别故障性质: 对于高阻接地故障,进一步判断是否为永久性接地故障或持续间歇性接地故障:若是,则选线跳闸;若否,则选线报警; 对于其他接地故障,立刻切换中性点经消弧线圈装置接地,并进一步判断:对于瞬时性故障仅作消弧线圈电流补偿,进行选线报警;对于永久性接地故障或持续间歇性接地故障启动接地选线跳闸保护; 故障消除后,系统恢复为中性点不接地。
4.一种配电网中性点智能接地保护系统,其特征是:所述系统包括微机测控装置、中性点切换装置、接地设备和若干零序电流互感器,变压器的中性点和地之间串联连接有所述中性点切换装置、接地设备,接地设备的接地线穿过中性点零序电流互感器CTO;电源三相母线引出第一线路、第二线路、……、第η线路,所述第一线路、第二线路、……、第η线路分别对应穿过第一零序电流互感器CTl、第二零序电流互感器CT2、……、第η零序电流互感器CTn;中性点零序电流互感器CT0、第一零序电流互感器CT1、第二零序电流互感器CT2、……、第η零序电流互感器CTn的二次端分别接入微机测控装置的对应电流输入端,母线电压互感器PT 二次端的Ua、Ub、Uc、3Uo分别接入微机测控装置的对应电压输入端,微机测控装置的开关量输出端接入中性点切换装置的开关控制回路,以及第一线路的开关至第η线路的开关控制回路。
5.根据权利要求4所述的系统,其特征是:所述接地设备为小电阻装置。
6.根据权利要求4所述的系统,其特征是:所述接地设备为消弧线圈装置。
7.根据权利要求4〜6任一项所述的系统,其特征是:所述中性点切换装置由中性点开关并联高压放电间隙组成,所述中性点切换装置串接在中性点与接地设备之间,当电网发生低阻性单相接地故障时,中性点电压较高,击穿高压放电间隙,同时系统操控中性点开关闭合,中性点通过接地设备接地,并启动相应保护动作消除故障,故障消除后,中性点开关分断,中性点恢复不接地;对于高阻接地故障,中性点电压较低,放电间隙不被击穿,直接由系统操控中性点开关闭合或分断,并进行故障处理,实施保护。
8.根据权利要求7所述的系统,其特征是:所述中性点开关为真空断路器或真空接触器。
9.根据权利要求4所述的系统,其特征是:所述微机测控装置由一至多片单片机微机处理系统组成,还包括采样滤波电路、光电隔离电路、开关量输出电路、开关量输入电路、通信电路以及键盘和显示器, 母线电压互感器PT二次端的Ua、Ub、Uc、3Uo,以及中性点零序电流互感器CTO、第一零序电流互感器CTl、第二零序电流互感器CT2、……、第η零序电流互感器CTn采集的各线路零序电流均通过采样滤波电路传输给单片机微机处理系统,键盘连接单片机微机处理系统用于输入,显示器连接单片机微机处理系统用于显示,开关量输入电路通过光电隔离电路连接单片机微机处理系统,单片机微机处理系统通过光电隔离电路连接开关量输出电路,通信电路通过光电隔离电路连接单片机微机处理系统。
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