CN107979068A - 一种中性点不接地配电网防人身触电控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中性点不接地配电网防人身触电控制方法，首先，在变电所采集10kV出线上的三相电压瞬时值；其次，利用三相电压瞬时值，提取零序电压，并计算三相电压突变量；然后，利用零序电压绝对值和三相电压突变量组成的综合判据判断发生单相人体触电事故，控制断路器闭合；最后，利用零序电压判断事故切除，控制断路器断开；本发明方法仅用单端三相电压信息，实现中性点不接地配电网防人身触电的快速控制，对保护人身安全和正常供电具有重要现实意义。

Description

一种中性点不接地配电网防人身触电控制方法
技术领域
本发明涉及中性点不接地配电网单相接地故障的选相方法，具体涉及一种中性点不接地配电网防人身触电控制方法。
背景技术
我国10kV中压配电网大多采用中性点非直接接地方式，其中包括中性点不接地和经消弧线圈接地。在中性点不接地方式中，发生单相接地故障和两相短路接地故障时，短路电流经故障点流入大地。而在配电网人身触电事故中，单相触电的可能性最大，此时，短路电流经过人体流入大地，将对触电者造成严重危害。相关研究表明，触电电流对人体的危害程度与触电电流的大小和电流持续时间密切相关，触电电流持续时间越短，对人体的危害越小。因此，快速切除触电电流，减少触电时间是减轻人体伤害程度的有效措施之一。
一种基于快速断路器的防人身触电装置如附图2所示。该装置中核心部件之一是控制系统，其作用是，对采集到的电压信号进行分析判断，如果发生了单相触电事故，则控制触电相断路器快速闭合，使得触电者被旁路，触电电流发生转移，从断路器支路流向大地，从而减小了触电电流持续时间，保护了触电者；如果触电事故已经切除，则控制触电相断路器断开，不影响系统正常供电。
配电网故障种类很多，如何快速准确地判断单相触电事故，且控制触电故障相断路器动作，而另两相断路器不动作，是控制系统需要解决的核心问题。目前，配电网单相接地故障选相方法包括注入信号法，负序、零序、直流分量分析法，小波变换法，S变换法等。这些方法虽然都能判断配电网单相接地故障，但在快速性和准确性要求上上很难同时达到预期效果。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种中性点不接地配电网防人身触电控制方法，能够仅利用单端三相电压信息，快速判断单相触电事故，且能够判断出故障相，极大地提高了防人身触电装置的可靠性。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种中性点不接地配电网防人身触电控制方法，包括以下步骤：
步骤1：实时采集变电所10kV出线A、B、C三相电压瞬时值,记为uA(t)、uB(t)、uc(t)；
步骤2：提取零序电压分量u0(t)，利用零序电压分量与三相电压瞬时值的关系提取，公式如下：
u0(t)＝uA(t)+uB(t)+uC(t) (1)
步骤3：判断连续3个采样点零序电压分量u0(t)、u0(t+ΔT)、u0(t+2ΔT)的绝对值是否均大于设定门槛值(ΔT为采样周期，门槛值建议设为0.5kV)，若是，则进入步骤4，若不是，则返回步骤1；
步骤4：计算三相电压突变量ΔuA(t)、ΔuB(t)、Δuc(t)。其计算方法如下：
ΔuA(t)＝uA(t)-uA(t-T) (2)
ΔuB(t)＝uB(t)-uB(t-T) (3)
ΔuC(t)＝uC(t)-uC(t-T) (4)
上式中T为工频电压周期，即T＝20ms；
步骤5：判断三相电压突变量中是否至少存在其中两相电压突变量在连续3个采样点处保持相等(由于实际测量存在误差，因此允许近似相等，误差小于5％即可)，即存在以下三种情况之一：
①ΔuA(t)＝ΔuB(t)且ΔuA(t+ΔT)＝ΔuB(t+ΔT)且ΔuA(t+2ΔT)＝ΔuB(t+2ΔT)；
②ΔuA(t)＝Δuc(t)且ΔuA(t+ΔT)＝ΔuC(t+ΔT)且ΔuA(t+2ΔT)＝ΔuC(t+2ΔT)；
③ΔuB(t)＝ΔuC(t)且ΔuB(t+ΔT)＝ΔuC(t+ΔT)且ΔuB(t+2ΔT)＝ΔuC(t+2ΔT)；
若满足上述任一种情况，则判断线路上发生了人身单相触电事故，控制器发出突变量异同相断路器闭合的指令，并进入步骤6；若三种情况均不满足，则返回步骤1；
步骤6：断路器闭合后，继续实时提取10kV出线零序电压分量，直到检测到零序电压分量持续低于门槛值(此门槛值与步骤3中门槛值相同)，则认为触电事故已经切除，控制器发出已闭合断路器断开指令。
本发明和现有技术相比较，具有如下优点：
本发明提出的一种中性点不接地配电网防人身触电装置的控制方法，专门针对中性点不接地配电网单相人身触电事故的检测，目的性强，只需利用单端电压信息(即至需要采集10kV出线三相电压)，数据窗很短，对存储空间要求低；计算中只需要提取零序电压分量，计算三相电压突变量，只存在加减法运算，十分简单，计算时间短，能满足快速性。
利用零序电压分量绝对值和三相电压突变量组成综合判据，只有零序电压绝对值超过门槛值，才继续计算和判断，首先直接排除了负荷波动、相间短路和三相短路故障等情况的干扰，在零序电压分量绝对值超过门槛值的情况下，利用三相电压突变量是否至少两相相等判断单相人身触电，排除了两相短路接地的干扰；因此，本发明方法不仅能够达到快速检测故障的效果，而且能够利用设定的判据排除各种干扰，保证了可靠性，能够实现快速检测人身触电事故的发生和切除，达到事故时快速保护人身和正常运行时快速供电的双重目的。
附图说明
图1是本发明方法流程图。
图2是中性点不接地配电网防人身触电装置的结构图，装置安装在10kV出线处，其中控制系统是装置的核心部件。
图3是一个实际的中性点不接地配电网仿真模型图。
图4(a)是0.5s发生人身单相触电10kV出线处提取到的零序电压波形；图4(b)是0.5s发生AB相短路接地10kV出线处提取到的零序电压波形；图4(c)是0.5s发生相间短路10kV出线处提取到的零序电压波形；图4(d)是0.5s发生三相短路10kV出线处提取到的零序电压波形。
图5(a)是0.5s发生人身单相触电10kV出线处三相电压突变量波形；图5(b)是0.5s发生人身单相触电10kV出线处三相电压突变量波形。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如图3所示中性点不接地配电网仿真模型中，防人身触电装置安装在10kV母线出线处，长度为10km的线路1原来所带负荷为(0.5+j0.2)MVA，(0.3+j0.1)MVA大负荷在0.3s接入线路，0.4s切除。
0.5s时,距离10kV母线7km的f处发生故障(存在四种故障可能)，0.6s故障切除。其中当发生单相(A相)人体触电故障时，人体触电电阻设为1000Ω，采样周期为0.1ms。当发生两相短路接地故障时，故障点过渡电阻假设为5Ω。
如图1所示，使用本发明提出的防人身触电控制方法，可以快速可靠地检测单相触电事故发生和切除，达到预期控制目的。包括以下步骤：
步骤1：实时采集10kV出线A、B、C三相电压瞬时值,记为uA(t)、uB(t)、uc(t)；
步骤2：提取零序电压分量u0(t)，利用零序电压分量与三相电压瞬时值的关系提取，公式如下：
u0(t)＝uA(t)+uB(t)+uC(t) (1)
0.5s发生四种不同故障情况下，提取的零序电压分别如图4(a)、图4(b)、图4(c)、图4(d)所示。
步骤3：判断连续3个采样点零序电压分量u0(t)、u0(t+ΔT)、u0(t+2ΔT)的绝对值是否均大于设定门槛值(ΔT为采样周期，门槛值设为0.5kV)，若是，则进入步骤4；若不是，则返回步骤1。经判断，负荷突变不会出现大的零序电压，发生单相人身触电和两相短路接地时，零序电压均超过门槛值(此门槛值与步骤3中相同)，其它两种故障时，零序电压未超过门槛值。
步骤4：计算三相电压突变量ΔuA(t)、ΔuB(t)、Δuc(t)。其计算方法如下：
ΔuA(t)＝uA(t)-uA(t-T) (2)
ΔuB(t)＝uB(t)-uB(t-T) (3)
ΔuC(t)＝uC(t)-uC(t-T) (4)
上式中T为工频电压周期，即T＝20ms。
发生单相人身触电时的三相电压突变量分别如图5(a)所示，可以看出，发生A相触电时，B、C两相电压突变量相等，而与A相电压突变量不等。
发生两相短路接地故障时的三相电压突变量如图5(b)所示，可以看出，此时，三相电压突变量均不相等。
步骤5：判断三相电压突变量中是否至少存在其中两相电压突变量在连续3个采样点处保持相等(由于实际测量存在误差，因此允许近似相等，误差小于5％即可)，即存在以下三种情况之一：
①ΔuA(t)＝ΔuB(t)且ΔuA(t+ΔT)＝ΔuB(t+ΔT)且ΔuA(t+2ΔT)＝ΔuB(t+2ΔT)；
②ΔuA(t)＝ΔuC(t)且ΔuA(t+ΔT)＝ΔuC(t+ΔT)且ΔuA(t+2ΔT)＝ΔuC(t+2ΔT)；
③ΔuB(t)＝ΔuC(t)且ΔuB(t+ΔT)＝ΔuC(t+ΔT)且ΔuB(t+2ΔT)＝ΔuC(t+2ΔT)。
若满足上述任一种情况，则判断线路上发生了单相人体触电事故，控制器发出突变量异同相断路器闭合的指令，并进入步骤6；若三种情况均不满足，则返回步骤1。显然，只有发生单相人身触电时的电压突变量满足上述情况(且三相电压突变量均相等)。
步骤6：断路器闭合后，继续实时提取10kV出线零序电压分量，直到检测到零序电压分量持续低于门槛值，则认为触电事故已经切除，控制器发出已闭合断路器断开指令。

Claims (3)

1.一种中性点不接地配电网防人身触电控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：实时采集变电所10kV出线A、B、C三相电压瞬时值，记为uA(t)、uB(t)、uC(t)；
步骤2：提取零序电压分量u0(t)，利用零序电压分量与三相电压瞬时值的关系提取，公式如下：
u0(t)＝uA(t)+uB(t)+uC(t) (1)
步骤3：判断连续3个采样点零序电压分量u0(t)、u0(t+ΔT)、u0(t+2ΔT)的绝对值是否均大于设定门槛值，其中ΔT为采样周期，，若是，则进入步骤4，若不是，则返回步骤1；
步骤4：计算三相电压突变量ΔuA(t)、ΔuB(t)、ΔuC(t)，其计算方法如下：
ΔuA(t)＝uA(t)-uA(t-T) (2)
ΔuB(t)＝uB(t)-uB(t-T) (3)
ΔuC(t)＝uC(t)-uC(t-T) (4)
上式中T为工频电压周期，即T＝20ms；
步骤5：判断三相电压突变量中是否至少存在其中两相电压突变量在连续3个采样点处保持相等，由于实际测量存在误差，因此允许近似相等，误差小于5％即可，即存在以下三种情况之一：
①ΔuA(t)＝ΔuB(t)且ΔuA(t+ΔT)＝ΔuB(t+ΔT)且ΔuA(t+2ΔT)＝ΔuB(t+2ΔT)；
②ΔuA(t)＝ΔuC(t)且ΔuA(t+ΔT)＝ΔuC(t+ΔT)且ΔuA(t+2ΔT)＝ΔuC(t+2ΔT)；
③ΔuB(t)＝ΔuC(t)且ΔuB(t+ΔT)＝ΔuC(t+ΔT)且ΔuB(t+2ΔT)＝ΔuC(t+2ΔT)；
若满足上述任一种情况，则判断线路上发生了单相人体触电事故，控制器发出突变量异同相断路器闭合的指令，并进入步骤6；若三种情况均不满足，则返回步骤1；
步骤6：断路器闭合后，继续实时提取10kV出线零序电压分量，直到检测到零序电压分量持续小于门槛值，则认为触电事故已经切除，控制器发出已闭合断路器断开指令。
2.根据权利要求1所述的一种中性点不接地配电网防人身触电控制方法，其特征在于：步骤3和步骤6所述的门槛值设为0.5kV。
3.根据权利要求1所述的一种中性点不接地配电网防人身触电控制方法，其特征在于：步骤6所述的直到检测到零序电压分量持续小于门槛值，其中的持续为保持0.1s以上。
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GR01 Patent grant
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