CN108872779A - 一种单相接地故障选线装置以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及小电流接地配电网的单相接地故障选线领域，提供了一种单相接地故障选线装置以及方法，通过零序电压测量元件监测到配电网产生的零序电压达到基准电压时，启动各零序电流测量元件，通过零序电流测量元件对配电网中安装有零序电流传感器的线路的零序电流进行测量，控制器将测得的零序电流进行比较，根据比较结果进行故障选线以及故障处理。本发明提供的单相接地故障选线装置以及方法可以有效解决发电机定子接地保护器误动作问题，增加故障选线准确性，减少发电机维护检修成本，增加配电网供电可靠性。

Description

一种单相接地故障选线装置以及方法

技术领域

本发明涉及小电流接地配电网的单相接地故障选线领域，尤其涉及一种单相接地故障选线装置以及选线方法。

背景技术

对于10kV配电网，一般采用小电流接地方式。主要包括中性点不接地，中性点经消弧线圈接地两种不同方式。在配电网的各种短路故障中，发生最多的故障是单相接地故障。目前小电流接地系统发生单相接地故障的选线面临的困难主要有：(1)接地故障零序电流较小，使得其检测有一定难度；(2)故障电弧不稳定；(3)随机因素影响，如系统出线长度和数量的不同、负荷电流不对称、故障点接地过渡电阻不确定等，都会对故障情况下零序电流的变化产生影响。

对于中性点不接地方式，当某一线路发生故障时，其主要特征为：非故障线路零序电流等于本线路对地电容电流，方向由母线流向线路；故障线路零序电流等于非故障线路零序电流大小之和，方向由线路流向母线。目前常用的选线方法通常利用故障线路零序电流幅值较大、与非故障线路零序电流方向相反这两个特征。

随着许多企业将发电机接入配电网，不经过变压器将发电机直接连接在母线上，达到节约投资的目的。但是，由于发电机采取的是电缆连接，对地电容电流较大。对于容量较大的发电机线路，在出线口无法装设零序电流互感器，当其他线路发生单相接地故障时，发电机线路上同样会出现零序电压，使以零序电压作为判据依据的定子接地保护器动作，此时将难以判断故障出现在哪条线路，只能采取将发电机切机的操作，给故障选线带来一些困难。对于钢厂等高能耗企业，单相接地故障经常发生，频繁切机会减少发电机寿命，而且不能正确的反应故障位置。

因此有必要设计一种单相接地故障选线装置以及方法，以克服上述问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种单相接地故障选线装置以及，以解决发电机的定子接地保护器误动作问题，增加故障选线准确性，减少发电机维护检修成本，增加配电网供电可靠性。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种单相接地故障选线装置，所述装置应用于含发电机的小电流接地方式的配电网，所述配电网的中性点不接地，所述配电网包括母线以及分别连接母线的多条线路，多条线路中包括发电机线路，所述发电机线路包括发电机，所述发电机的出线直接连接在母线上；

所述装置包括零序电压测量元件、零序电流测量元件以及控制器，所述配电网中除发电机线路以外的其余各线路上均安装有一零序电流测量元件，所述配电网电源侧的母线上安装有零序电压测量元件，所述零序电压测量元件以及各所述零序电流测量元件均与控制器电连接，所述发电机上安装有定子接地保护器。

进一步地，所述零序电流测量元件为零序电流互感器或者三相电流互感器。

本发明还提供一种单相接地故障选线方法，

所述方法包括以下步骤：

步骤S1、当单相接地故障发生时，零序电压测量元件监测到配电网产生的零序电压达到基准电压，启动各零序电流测量元件，各零序电流测量元件分别测量对应线路出口处的零序电流的幅值和相位；

步骤S2、各零序电流测量元件将测量到的零序电流的幅值和相位上传至控制器，控制器对各线路中零序电流的幅值以及相位进行比较；

步骤S3、如果其中一条线路的零序电流方向由该线路流向母线，且相较于其他线路的零序电流的幅值该线路的零序电流的幅值较大时，则判定该线路为故障线路，转步骤S4；如果各线路的零序电流方向相同，且各线路的零序电流的幅值相差不大时，则判定发电机线路或母线为故障线路，转步骤S5；

步骤S4、控制器发出指令，对故障线路处断路器进行跳闸操作；

步骤S5、控制器发出指令，对发电机线路进行跳闸操作，若故障依然存在，则判定为母线故障。

进一步地，所述基准电压为配电网相电压的15％。

进一步地，所述零序电流的测量方式是：对于配有专用零序电流互感器的线路，所述零序电流通过零序电流互感器测量获得；对于未配有零序电流互感器的线路，所述零序电流通过三相电流的和除以3获得。

进一步地，所述控制器控制各所述零序电流测量元件同步对时，测量同一时刻各线路的零序电流。

进一步地，所述控制器通过对比各线路的零序电流的相位，得出零序电流的方向。

进一步地，当判定发电机线路或母线为故障线路时，定子接地保护器在达到整定时间后将会启动保护动作，将发电机从配电网中切除。

进一步地，各所述线路的零序电流整定时间小于定子接地保护器整定时间。

本发明具有以下有益效果：

1、不需要额外的安装零序电流检测设备，利用现有的零序电压检测元件和零序电流监测元件，增加控制器，对单相接地故障进行故障选线，增加了故障选线准确性。

2、适用于含发电机的配电网，防止发电机的定子接地保护器误动作，减少发电机维护检修成本，增加配电网供电可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种单相接地故障选线装置的电气连接图；

图2为本发明实施例提供的一种单相接地故障选线方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图2，本发明实施例提供一种单相接地故障选线装置，所述装置应用于含发电机的小电流接地方式的配电网，所述配电网的中性点不接地，所述配电网包括母线、配电网侧电源U_S以及分别连接母线的五条线路，五条线路分别为线路1、线路2、线路3、线路4、线路5。本实施例以五条线路为例来说明，很显然线路的条数还可以为其他数量。五条线路中包括发电机线路即线路3。所述发电机线路包括发电机G，所述发电机G的出线直接连接在母线上；五条线路的阻抗分别为Z1、Z2、Z3、Z4、Z5，支配发电机G的漏抗为X_S。不经过变压器将发电机直接连接在配电网的母线上，可以达到节约投资的目的。但是，由于发电机采取的是电缆连接，对地电容电流较大。对于容量较大的发电机，在发电机线路的出线口无法安装零序电流互感器，当其他线路发生单相接地故障时，发电机线路上同样会出现零序电压，使以零序电压作为判据的发电机定子接地保护器发生误动作，此时将难以判断故障出现在哪条线路上，只能采取将发电机切机的操作。对于高能耗企业，单相接地故障经常发生，频繁切机会减少发电机寿命。

所述装置包括零序电压测量元件、零序电流测量元件以及控制器，所述线路1、线路2、线路4、线路5上各安装有一个零序电流测量元件，分别为零序电流检测元件1、零序电流检测元件2、零序电流检测元件4、零序电流检测元件5。所述配电网电源U_S侧母线安装有零序电压测量元件3。所述零序电压测量元件以及各所述零序电流测量元件均与控制器电连接，所述发电机上安装有定子接地保护器，定子接地保护器与控制器电连接。

当单相接地故障发生时，零序电压测量元件监测到配电网产生的零序电压达到基准电压，启动各零序电流测量元件，通过零序电流测量元件对配电网中安装有零序电流传感器的线路1、线路2、线路4以及线路5的零序电流进行测量，测量出零序电流的幅值和相位，控制器将测得的零序电流的幅值和相位进行比较。比较结果有两种情况：

情况1：若其中一条线路零序电流方向由线路流向母线并且幅值相较于其他三条线路的幅值较大时，则判定该线路为故障线路；

情况2：若各线路的零序电流方向相同并且幅值相差不大，则判定故障位于发电机线路或者位于母线上。

对于情况1，通过控制器发出指令，对故障线路出口处断路器进行跳闸操作；对于情况2，通过控制器发出指令，对直配电机线路进行跳闸操作，定子接地保护器在到达整定时间后开启保护，切除发电机。若故障依然存在，则判定为母线故障。各线路的零序电流保护整定时间应小于发电机的定子接地保护整定时间，保证正确排除故障。

本发明实施例提供的单相接地故障选线装置适用于含发电机的配电网，可以进行准确的故障选线，且发电机的定子接地保护器不会误动作。

优选的，所述零序电流测量元件为零序电流互感器或者三相电流互感器。零序电流互感器可以直接测量线路的零序电流；三相电流互感器可以先测量线路的三相电流，再求三相电流的平均值作为该线路的零序电流。

如图2，本发明实施例还提供一种单相接地故障选线方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S1、当单相接地故障发生时，零序电压测量元件监测到配电网产生的零序电压达到基准电压，零序电压达到基准电压说明单向接地故障产生。控制器接收零序电压测量元件的测量结果，并随之启动各零序电流测量元件，各零序电流测量元件分别测量对应线路出口处的零序电流的幅值和相位；

步骤S2、各零序电流测量元件将测量到的零序电流的幅值和相位上传至控制器，控制器对各线路中零序电流的幅值以及相位进行比较；控制器比较各线路中零序电流的相位以及幅值，得出各线路中零序电流的方向以及各零序电流幅值之间的差值。

步骤S3、如果其中一条线路的零序电流方向由该线路流向母线，且相较于其他线路的零序电流的幅值该线路的零序电流的幅值较大时，则判定该线路为故障线路，转步骤S4；如果各线路的零序电流方向相同，且各线路的零序电流的幅值相差不大时，则判定发电机线路或母线为故障线路，转步骤S5；

步骤S4、控制器发出指令，对故障线路处断路器进行跳闸操作；

步骤S5、控制器发出指令，对发电机线路进行跳闸操作，若故障依然存在，则判定为母线故障。

本发明实施例提供的单相接地故障选线方法，可以有效解决发电机定子接地保护器误动作问题，增加单向接地故障选线准确性，减少发电机维护检修成本，增加配电网供电可靠性。

优选的，所述基准电压为配电网相电压的15％。零序电压保护的动作电压即基准电压为配电网系统相电压的15％，对于10kV配电网系统，即约为900V；零序电压测量元件为电压互感器，电压互感器显示为感应到二次侧的零序电压，即启动电压大约为8.67V，10kV电压互感器变比为故电压互感器二次侧的启动电压为零序电压测量元件安装在系统的母线上。具体标准参见GB50064交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范。

本实施例以10KV的配电网为例说明，本发明所提供的方法也适用于其他电压等级的配电网。具体来说是，适用于发电机直接连于配电网系统母线的情况。一般情况下，较多的是将10kV发电机直接连接在10kV系统的母线上。若发电机和系统电压等级不一致，则不能直接连接，需要加装变压器，此种情况下，系统侧发生单相接地故障，产生的零序电压对发电机定子接地保护不会产生影响，故不在本专利适用的范围内。若电压等级较10kV高的配电网，目前常见10kV电压等级的发电机，不存在更高等级的电机，故不能直接相连。对于电压等级低于10kV的系统，若存在发电机直连的情况，本发明提供的方法也适用。

优选的，所述零序电流测量元件为零序电流互感器或者三相电流互感器。所述零序电流互感器可直接测量零序电流；所述三相电流互感器可测量出三相电流。所述零序电流的获取方式是：对于配有专用零序电流互感器的线路，所述零序电流通过零序电流互感器测量获得；对于未配有零序电流互感器的线路，所述零序电流通过三相电流的和除以3获得。达到无需额外增加零序电流测量设备，利用现有的零序电流互感器以及三相电流互感器测量零序电流的技术效果。

优选的，所述控制器控制各所述零序电流测量元件同步对时，控制器的时钟信号控制各所述零序电流测量元件同步测量，测量同一时刻各线路的零序电流。准确的同步测量比较各馈线零序电流幅值和相位，并保持与控制器良好的通信，为零序电流的比较提供了准确及时的数据基础。

优选的，所述控制器通过对比各线路的零序电流的相位，得出零序电流的方向。

优选的，当判定发电机线路或母线为故障线路时，定子接地保护器在达到整定时间后将会启动保护动作，将发电机从配电网中切除。基于本发明实施例的准确选线，定子接地保护期发生误动作的概率大大降低，解决了定子接地保护误动作问题，避免频繁切除发电机，延长发电机使用寿命。

优选的，各所述线路的零序电流整定时间小于定子接地保护器整定时间，保证了故障排除的正确性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种单相接地故障选线装置，其特征在于，所述装置应用于含发电机的小电流接地方式的配电网，所述配电网的中性点不接地，所述配电网包括母线以及分别连接母线的多条线路，多条线路中包括发电机线路，所述发电机线路包括发电机，所述发电机的出线直接连接在母线上；

所述装置包括零序电压测量元件、零序电流测量元件以及控制器，所述配电网中除发电机线路以外的其余各线路上均安装有一零序电流测量元件，所述配电网电源侧的母线上安装有零序电压测量元件，所述零序电压测量元件以及各所述零序电流测量元件均与控制器电连接，所述发电机上安装有定子接地保护器。

2.如权利要求1所述的单相接地故障选线装置，其特征在于：所述零序电流测量元件为零序电流互感器或者三相电流互感器。

3.一种基于如权利要求1所述装置的单相接地故障选线方法，其特征在于，

所述方法包括以下步骤：

步骤S1、当单相接地故障发生时，零序电压测量元件监测到配电网产生的零序电压达到基准电压，启动各零序电流测量元件，各零序电流测量元件分别测量对应线路出口处的零序电流的幅值和相位；

步骤S2、各零序电流测量元件将测量到的零序电流的幅值和相位上传至控制器，控制器对各线路中零序电流的幅值以及相位进行比较；

步骤S3、如果其中一条线路的零序电流方向由该线路流向母线，且相较于其他线路的零序电流的幅值该线路的零序电流的幅值较大时，则判定该线路为故障线路，转步骤S4；如果各线路的零序电流方向相同，且各线路的零序电流的幅值相差不大时，则判定发电机线路或母线为故障线路，转步骤S5；

步骤S4、控制器发出指令，对故障线路处断路器进行跳闸操作；

步骤S5、控制器发出指令，对发电机线路进行跳闸操作，若故障依然存在，则判定为母线故障。

4.如权利要求3所述的单相接地故障选线方法，其特征在于，所述基准电压为配电网相电压的15％。

5.如权利要求3所述的单相接地故障选线方法，其特征在于，

所述零序电流的测量方式是：对于配有专用零序电流互感器的线路，所述零序电流通过零序电流互感器测量获得；对于未配有零序电流互感器的线路，所述零序电流通过三相电流的和除以3获得。

6.如权利要求3所述的单相接地故障选线方法，其特征在于：所述控制器控制各所述零序电流测量元件同步对时，测量同一时刻各线路的零序电流。

7.如权利要求3所述的单相接地故障选线方法，其特征在于：所述控制器通过对比各线路的零序电流的相位，得出零序电流的方向。

8.如权利要求3所述的单相接地故障选线方法，其特征在于：当判定发电机线路或母线为故障线路时，定子接地保护器在达到整定时间后将会启动保护动作，将发电机从配电网中切除。

9.如权利要求7所述的单相接地故障选线方法，其特征在于：各所述线路的零序电流整定时间小于定子接地保护器整定时间。