CN110336263A - 一种过电压控制终端和基于等电位的分布式管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力保护技术领域，公开了一种过电压控制终端和基于等电位的分布式管理系统及方法，其中过电压控制终端包括过电压控制模块、放电监测模块、疲劳监测模块、自脱离模块和通信模块，本发明通过过电压控制终端，实现电压监控与管理，通过等电位下的过电压控制终端分布式布置，实现供电网络等电位下的供用电设备的整体控制与保护，通过管理系统实现对整个供用电网络的过电压控制终端实现可视化、集中化的监控与管理，具有较高的实用价值和广泛的应用前景。

Description

一种过电压控制终端和基于等电位的分布式管理系统及方法

技术领域

本发明涉及电力保护技术领域，具体涉及一种过电压控制终端和基于等电位的分布式管理系统及方法。

背景技术

目前，对于过电压的防护采用的保护方案大多是避雷器、过电压保护器或阻容吸收器。避雷器是为了防止雷电侵入波过电压，主要针对早期以架空线路为主的输配电线路，由于雷击产生的相对地过电压；九十年代后期开始采用组合式过电压保护器，组合式过电压保护器可以同时防止相间过电压和雷电侵入波的相对地过电压，但二者的设计宗旨都只是为了防止瞬时性过电压，一旦过电压能量超出设计承受能力，就会造成避雷器或过电压保护器的击穿爆炸。

按照目前的国家标准以及市场运行的实际产品，无论是避雷器还是组合式过电压保护器，都是划分为电机型、电站型和电容器型，安装在用电设备的进线端、控制开关的出线端，其目的是为了针对用电设备的绝缘进行保护。而工业企业的输配电网络多为3～66kV中压电网，配电开关多是集中布置，按照母线段进行配置，一般采用一路进线或多路进线，多路出线，由此形成工业企业的一个或多个中压电网等电位，而工业企业的运行工况绝大部分时间用电设备都处于运行状态，也就是说用电设备和输配电设备都是处于某一个等电位中，与电网相连，在此工况下，电网中所有的用电设备和输配电设备都处于某一个等电位状态，如果发生供用电系统的过电压，忽略由于距离导致的阻抗影响，那么，与该等电位相连接的所有设备同时承受相同的过电压冲击，那么，按照现有技术设置的避雷器或过电压保护器必然同时受到同样的过电压冲击，动作参数低的保护装置就会优先动作，随着动作次数的增加，形成积累性损伤，最后导致该保护装置的击穿甚至爆炸。在实际运行中会发生其中一个变电站发生过电压故障，或者某一个企业供电网络产生过电压，而另外的变电站或者另一个企业因为电源进线来源于同一个等电位而导致设备的烧毁，导致过电压保护的失效以及过电压保护装置的管理混乱。

另外，因为等电位，电压突变造成的破坏往往“火烧连营”，其造成的损失远远大于系统电流突变的危害，所以，针对系统电压的防护尤为重要，现有的过电压保护装置都是孤立的进行保护设置，针对某一种故障原因或某一供用电设备采用单一的防护措施，没有整体的参数配合，也没有系统性的疲劳监控、动作监控等，缺乏整体的布置与管理。进而导致对于过电压保护装置运行状态、寿命状态无法判断，使得保护装置对供用电设备的保护效果不理想，保护装置本身的安全状况无法掌握，因此在考虑整个等电位前提下要形成系统性的防护，迫切需要整体的系统性的方案设置。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种过电压控制终端和基于等电位的分布式管理系统及方法，用以解决背景技术中提出的问题。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种过电压控制终端，包括过电压控制模块、放电监测模块、疲劳监测模块、自脱离模块和通信模块，其中：

所述过电压控制模块配置成根据接入电压值大小控制其模块内部电路的导通或截止，用于缓和过电压波头的陡度、限制过电压的峰值以及抑制过电压的能量；

所述放电监测模块，用于监测过电压控制模块的开关状态，测量过电压控制模块接入电压和导通时放电电流的值，分析发生过电压的概率及过电压的量值，并将采集分析的数据传输至自脱离模块和通信模块；

所述疲劳监测模块，用于监测过电压控制模块的开关状态，测量过电压控制模块接入电压和截止时泄露电流的值，判断过电压控制模块的老化、疲劳程度，预测电压控制模块的预期寿命，并将采集分析的数据传输至自脱离模块和通信模块；

所述自脱离模块，用于接收所述放电监测模块和疲劳监测模块采集分析的数据，判断所述过电压控制模块是否击穿损坏或使用寿命到达预定值，从而确定是否执行使过电压控制终端从电网脱离动作；

所述通信模块，用于上传所述放电监测模块和疲劳监测模块送入的数据并接收外部控制指令。

优选地，所述过电压控制模块由非线性电阻配置而成，所述非线性电阻在接入电压超过预定值时导通。

优选地，所述自脱离模块在执行电压控制终端从电网脱离动作时，还发出包括语音、灯光在内的报警信号。

优选地，所述自脱离模块在接收到从通信模块发送的触发指令时，立即执行使过电压控制终端从电网脱离的动作。

本发明还提供一种基于等电位的分布式管理系统，包括集中控制终端、监控中心和过电压控制终端，其中：

所述过电压控制终端分布式布置在电网中处于等电位的各支路上，用于采集电参数数据并发送至集中控制终端，并执行过电压保护动作；

所述集中控制终端布置在处于等电位的各支路所在母线上，用于接收过电压控制终端发送的数据，执行本地监测，同时上传数据至监控中心，并接收监控中心的控制指令送入过电压控制终端；

所述监控中心接收集中控制终端上传的数据，通过集中控制终端执行对过电压控制终端的集中监控与管理。

优选地，所述处于等电位各支路上的各过电压控制终端中电压控制模块的过压保护动作时刻同步。

优选地，若处于等电位的各支路所在母线属于同一配电站的等电位母线，则所述过电压控制终端分布式布置在每个配电柜中的各支路上，且各过电压控制终端中的电压控制模块的非线性曲线设计一致。

优选地，若处于等电位的各支路所在母线属于不同配电站的母线，则所述过电压控制终端分布式布置在各配电站的每个配电柜中的各支路上，且各过电压控制终端中的电压控制模块根据配电站间的距离系数分别配置，所述距离系数通过配电站间的输电线路阻抗计算得到。

优选地，所述电压控制模块的过压保护动作的触发条件按照所有支路供用电设备最弱的绝缘耐受能力配置。

本发明还提供一种基于等电位的分布式管理方法，包括：

将过电压控制终端分布式布置在电网中处于等电位的各支路上；

采集所有支路供用电设备绝缘耐受能力数据，分析得到最低绝缘耐受电参数数据，按照该电参数数据配置电压控制模块过压保护动作的触发条件；

按照处于等电位的各支路所在母线是否属于同一配电站的等电位母线，分别对电压控制模块的非线性曲线进行设计，以保证电压控制模块的过压保护动作时刻同步；

采集各电压控制模块非过压保护下的泄露电流，判断过电压控制模块的老化、疲劳程度，推导电压控制模块的使用寿命：

若电压控制模块的使用寿命低于预设值，则通过自脱离模块执行过电压控制终端从电网脱离动作；

检测电路中电压参数，当接入电路中的任何一条支路产生过电压，同步触发所有电压控制模块执行过压保护动作；

采集所有电压控制模块过压保护过程中的放电电流，分析过电压的量值以及电压控制模块状态传输至自脱离模块进行处理：

若电压控制模块处于击穿损坏状态，则通过自脱离模块执行过电压控制终端从电网脱离动作；

实时上传放电监测模块和疲劳监测模块采集的数据至集中控制装置，执行本地检测；

进一步上传数据至监控中心，并实时接收监控中心发出的控制指令经集中控制装置送入过电压控制终端，执行过电压控制终端的集中监控与管理。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明设计的过电压控制终端具有过电压自动保护、异常自动排除的双重功能，采用电压控制模块缓和过电压波头的陡度、限制过电压的峰值以及抑制过电压的能量，通过放电监测模块和疲劳监测模块的交叉分析，准确快速地判断电压控制模块的各项性能，在出现异常情况下通过自脱离模块实现过电压控制终端与电网的脱离，避免过电压控制模块的热积累以至于热崩溃也就是通常所说的爆炸，导致事故的扩大化，由电网自动脱离，同时发出告警信号及时提醒工作人员，此外通过通信模块与外部进行数据传输，有效的将电参数数据送入外部监控，同时可以接受外部管控，有效提高过压保护的多重性和可操作性；

在本发明设计的过电压控制终端基础上，本发明又创造性的提出了一种基于等电位的分布式管理系统，其中过电压控制终端在等电位下整体性布置，引致于同一个电位的所有供用电设备参数配合一致，过压保护的触发条件即限制电压按照系统中最弱绝缘设备的绝缘耐受能力设置，在保护供用电设备绝缘安全的前提下，使得过电压控制终端动作一致，形成一个等电位系统所有的过电压控制模块以同样的阻抗处于并联状态，大大增加过电压控制模块的通流能力，增加对过电压能量的抑制能力，减少过电压控制终端因为无法承受过电压能量的冲击而击穿损坏甚至爆炸的可能性，通过对等电位下的过电压控制终端分布式布置，实现供电网络等电位下的供用电设备的整体控制与保护，通过通信模块和集中控制终端的参数传输，对整个供用电网络的过电压控制终端实现可视化、集中化的监控与管理；

相匹配的，本发明又创造性的提出一种基于等电位的分布式管理方法，用于匹配管理系统的使用，特别的在不同的应用场景下，根据等电位母线是否属于同一配电站，综合考虑通过输电线路的阻抗计算得出的距离系数，对过电压控制终端的非线性曲线进行设计，使得该等电位上的所有过电压控制终端动作一致，增强对过电压的抑制能力，增大控制终端的自身安全系数，将放电监测模块和疲劳监测模块采集的数据上传至集中控制装置，进行就地监测，通过各段母线的集中控制装置进一步上传至监控中心，扩展了应用范围以及系统的兼容性。

关于本发明相对于现有技术，其他突出的实质性特点和显著的进步在实施例部分进一步详细介绍。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明的过电压控制终端的结构图；

图2是本发明的一种基于等电位的分布式管理系统结构图；

图3为本发明单电源配电网络基于等电位的过电压控制终端终端布置示意图；

图4为本发明双电源配电网络基于等电位的过电压控制终端布置示意图；

图5为本发明多级双电源配电网络基于等电位的过电压控制终端布置示意图。

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他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参照图1，本实施例一种过电压控制终端1，包括过电压控制模块11、放电监测模块12、疲劳监测模块13、自脱离模块14和通信模块15，其中：

过电压控制模块11配置成根据接入电压值大小控制其模块内部电路的导通或截止，用于缓和过电压波头的陡度、限制过电压的峰值以及抑制过电压的能量；

放电监测模块12，用于监测过电压控制模块11的开关状态，测量过电压控制模块11接入电压和导通时放电电流的值，分析发生过电压的概率及过电压的量值，并将采集分析的数据传输至自脱离模块14和通信模块15；

疲劳监测模块13，用于监测过电压控制模块11的开关状态，测量过电压控制模块11接入电压和截止时泄漏电流的值，判断过电压控制模块11的老化、疲劳程度，预测电压控制模块11的预期寿命，并将采集分析的数据传输至自脱离模块14和通信模块15；

所述自脱离模块14，用于接收所述放电监测模块12和疲劳监测模块13采集分析的数据，判断所述过电压控制模块11是否击穿损坏或使用寿命到达预定值，从而确定是否执行使过电压控制终端1从电网脱离动作；

所述通信模块15，用于上传所述放电监测模块12和疲劳监测模块13送入的数据并接收外部控制指令。

在本实施例中过电压控制模块11由非线性电阻配置而成，所述非线性电阻在接入电压超过预定值时导通。

在本实施例中自脱离模块14在执行电压控制终端1从电网脱离动作时，还发出包括语音、灯光在内的报警信号。

在本实施例中自脱离模块14在接收到从通信模块15发送的触发指令时，立即执行使过电压控制终端1从电网脱离的动作。

本实施例中的过电压控制终端1一般接入用电设备的进线端、控制开关的出线端之间。

在实施例1的基础上，提出了一种基于等电位的分布式管理系统，请参照图2，包括过电压控制终端1、集中控制终端2和监控中心3，过电压控制终端1分布式布置在电网中处于等电位的各支路上，用于采集电参数数据并发送至集中控制终端2，并执行过电压保护动作；

所述集中控制终端2布置在处于等电位的各支路所在母线上，用于接收过电压控制终端1发送的数据，执行本地监测，同时上传数据至监控中心3，并接收监控中心3的控制指令送入过电压控制终端1；

所述监控中心3接收集中控制终端2上传的数据，通过集中控制终端2执行对过电压控制终端1的集中监控与管理。

在这里按照电源单双以及级数不同，设置了三个实施例，请参照实施例2-4。

实施例2

请参照图3所示，本实施例提供的一种基于等电位的分布式管理系统，以单电源配电网络作为背景进行基于等电位的过电压控制终端布置，其中配电网络采用10kV系统且来源于同一个变压器，根据需要在各个支路分别布置过电压控制终端1101、1102、……110N，在母线PT柜内布置集中监控装置2，过电压控制终端1101、1102、……110N的伏安特性曲线一致，保护参数按照所有支路供用电设备最弱的绝缘耐受能力配置，由过电压控制终端1101、1102、……110N共同承担该配电网络10kV电位的过电压控制，过电压控制终端的通流能力是单个过电压控制终端的N倍，提高了对被保护设备的保护可靠性，减小过电压保护设备自身的故障概率。使得整个过电压保护系统可靠性、全面性、自身的安全性都大大提高。过电压控制终端1101、1102、……110N通过通信模块15与集中监控装置2通讯连接，实现对该供电网络过电压控制终端的集中监控。

实施例3

请参照图4，本实施例提供的一种基于等电位的分布式管理系统，以双电源配电网络为背景基于等电位的过电压控制终端进行布置，配电网络采用10kV系统且来源于两个不同的变压器，配电网络构成10kV系统Ⅰ段和10kV系统Ⅱ段两个电位，根据系统运行方式和供用电设备需要，在10kVⅠ段各个支路分别布置过电压控制终端1101、1102、……110N，在10kV系统Ⅱ段各个支路分别布置过电压控制终端2101、2102、……210N，在各段母线PT柜内分别布置集中监控装置2。根据用电设备需要，过电压控制终端1101、1102、……110N和2101、2102、……210N可以按照两个等电位独立配置，配置方法同实施例一，也可以按照一个等电位配置，即1101、1102、……110N和2101、2102、……210N伏安特性曲线一致，保护参数按照所有支路供用电设备最弱的绝缘耐受能力配置，由所述的过电压控制终端共同承担该配电网络10kV电位的过电压控制。

实施例4

请参照图5，本实施例提供的一种基于等电位的分布式管理系统，以多级双电源配电网络为背景基于等电位的过电压控制终端进行布置，10kV配电网络来源于两个不同的变压器，构成配电网络的10kVⅠ段和10kVⅡ段两个一级10kV电位，由两个一级10kV电位分别引至10kVⅢ段和10kVⅣ段，构成对应于两个一级10kV电位的两个二级10kV电位。根据系统运行方式和供用电设备需要，在10kVⅠ段的各个支路布置过电压控制终端1101、1102、……110N；10kVⅡ段的各个支路布置对应的过电压控制终端2101、2102、……210N；二级10kV电位10kVⅢ段各个支路布置过电压控制终端1201、1202、……120N；10kVⅣ段的各个支路布置过电压控制终端2201、2202、……220N，在两个一级10kV母线PT柜内分别布置集中监控装置2。过电压控制终端1101、1102、……110N和1201、1202、……120N按照等电位进行过电压控制终端的布置，伏安特性曲线一致，保护参数按照所有支路供用电设备最弱的绝缘耐受能力配置，当10kVⅢ段与10kVⅠ段距离大于L时，需考虑距离系数。过电压控制终端2101、2102、……210N和2201、2202、……220N按照等电位进行过电压控制终端的布置，伏安特性曲线一致，保护参数按照所有支路供用电设备最弱的绝缘耐受能力配置，当10kVⅡ段与10kVⅣ段距离大于L时，需考虑距离系数。过电压控制终端1101、1102、……110N和1201、1202、……120N与2101、2102、┉210N和2201、2202、┉220N可以按照两个等电位独立设计参数，也可以按照一个等电位配置，伏安特性曲线一致，保护参数按照所有支路供用电设备最弱的绝缘耐受能力配置，由所述的过电压控制终端共同承担该配电网络10kV电位的过电压控制。

实施例5

本实施例提供一种基于等电位的分布式管理方法，具体包括：

将过电压控制终端1分布式布置在电网中处于等电位的各支路上；

采集所有支路供用电设备绝缘耐受能力数据，分析得到最低绝缘耐受电参数数据，按照该电参数数据配置电压控制模块11过压保护动作的触发条件；

按照处于等电位的各支路所在母线是否属于同一配电站的等电位母线，分别对电压控制模块的非线性曲线进行设计，以保证电压控制模块11的过压保护动作时刻同步；

采集各电压控制模块11非过压保护下的泄露电流，判断过电压控制模块11的老化、疲劳程度，推导电压控制模块11的使用寿命：

若电压控制模块11的使用寿命低于预设值，则通过自脱离模块14执行过电压控制终端从电网脱离动作；

检测电路中电压参数，当接入电路中任何一条支路的产生过电压，同步触发所有电压控制模块11执行过压保护动作；

采集所有电压控制模块11过压保护过程中的放电电流，分析过电压的量值以及电压控制模块状态传输至自脱离模块14进行处理：

若电压控制模块11处于击穿损坏状态，则通过自脱离模块14执行过电压控制终端1从电网脱离动作；

实时上传放电监测模块12和疲劳监测模块13采集的数据至集中控制装置，执行本地检测；

进一步上传数据至监控中心3，并实时接收监控中心3发出的控制指令经集中控制装置送入过电压控制终端1，执行过电压控制终端1的集中监控与管理。

本发明一种过电压控制终端和基于等电位的分布式管理系统及方法，通过过电压控制终端，实现电压监控与管理，通过等电位下的过电压控制终端分布式布置，实现供电网络等电位下的供用电设备的整体控制与保护，通过管理系统实现对整个供用电网络的过电压控制终端实现可视化、集中化的监控与管理，具有较高的实用价值和广泛的应用前景。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种过电压控制终端，其特征在于，包括过电压控制模块、放电监测模块、疲劳监测模块、自脱离模块和通信模块，其中：

所述过电压控制模块配置成根据接入电压值大小控制其模块内部电路的导通或截止，用于缓和过电压波头的陡度、限制过电压的峰值以及抑制过电压的能量；

所述放电监测模块，用于监测过电压控制模块的开关状态，测量过电压控制模块接入电压和导通时放电电流的值，分析发生过电压的概率及过电压的量值，并将采集分析的数据传输至自脱离模块和通信模块；

所述疲劳监测模块，用于监测过电压控制模块的开关状态，测量过电压控制模块接入电压和截止时泄露电流的值，判断过电压控制模块的老化、疲劳程度，预测电压控制模块的预期寿命，并将采集分析的数据传输至自脱离模块和通信模块；

所述自脱离模块，用于接收所述放电监测模块和疲劳监测模块采集分析的数据，判断所述过电压控制模块是否击穿损坏或使用寿命到达预定值，从而确定是否执行使过电压控制终端从电网脱离动作；

所述通信模块，用于上传所述放电监测模块和疲劳监测模块送入的数据并接收外部控制指令。

2.根据权利要求1所述的一种过电压控制终端，其特征在于，所述过电压控制模块由非线性电阻配置而成，所述非线性电阻在接入电压超过预定值时导通。

3.根据权利要求1所述的一种过电压控制终端，其特征在于，所述自脱离模块在执行电压控制终端从电网脱离动作时，还发出包括语音、灯光在内的报警信号。

4.根据权利要求1所述的一种过电压控制终端，其特征在于，所述自脱离模块在接收到从通信模块发送的触发指令时，立即执行使过电压控制终端从电网脱离的动作。

5.一种基于等电位的分布式管理系统，其特征在于，包括集中控制终端、监控中心和如权利1-4任意一项所述的过电压控制终端，其中：

所述过电压控制终端分布式布置在电网中处于等电位的各支路上，用于采集电参数数据并发送至集中控制终端，并执行过电压保护动作；

所述集中控制终端布置在处于等电位的各支路所在母线上，用于接收过电压控制终端发送的数据，执行本地监测，同时上传数据至监控中心，并接收监控中心的控制指令送入过电压控制终端；

所述监控中心接收集中控制终端上传的数据，通过集中控制终端执行对过电压控制终端的集中监控与管理。

6.根据权利要求5所述的一种基于等电位的分布式管理系统，其特征在于，所述处于等电位各支路上的各过电压控制终端中电压控制模块的过压保护动作时刻同步。

7.根据权利要求6所述的一种基于等电位的分布式管理系统，其特征在于，若处于等电位的各支路所在母线属于同一配电站的等电位母线，则所述过电压控制终端分布式布置在每个配电柜中的各支路上，且各过电压控制终端中的电压控制模块的非线性曲线设计一致。

8.根据权利要求6所述的一种基于等电位的分布式管理系统，其特征在于，若处于等电位的各支路所在母线属于不同配电站的母线，则所述过电压控制终端分布式布置在各配电站的每个配电柜中的各支路上，且各过电压控制终端中的电压控制模块根据配电站间的距离系数分别配置，所述距离系数通过配电站间的输电线路阻抗计算得到。

9.根据权利要求6所述的一种基于等电位的分布式管理系统，其特征在于，所述电压控制模块的过压保护动作的触发条件按照所有支路供用电设备最弱的绝缘耐受能力配置。

10.一种基于等电位的分布式管理方法，其特征在于，包括：

将过电压控制终端分布式布置在电网中处于等电位的各支路上；

采集所有支路供用电设备绝缘耐受能力数据，分析得到最低绝缘耐受电参数数据，按照该电参数数据配置电压控制模块过压保护动作的触发条件；

按照处于等电位的各支路所在母线是否属于同一配电站的等电位母线，分别对电压控制模块的非线性曲线进行设计，以保证电压控制模块的过压保护动作时刻同步；

采集各电压控制模块非过压保护下的泄露电流，判断过电压控制模块的老化、疲劳程度，推导电压控制模块的使用寿命：

若电压控制模块的使用寿命低于预设值，则通过自脱离模块执行过电压控制终端从电网脱离动作；

检测电路中电压参数，当接入电路中的任何一条支路产生过电压，同步触发所有电压控制模块执行过压保护动作；

采集所有电压控制模块过压保护过程中的放电电流，分析过电压的量值以及电压控制模块状态传输至自脱离模块进行处理：

若电压控制模块处于击穿损坏状态，则通过自脱离模块执行过电压控制终端从电网脱离动作；

实时上传放电监测模块和疲劳监测模块采集的数据至集中控制装置，执行本地检测；

进一步上传数据至监控中心，并实时接收监控中心发出的控制指令经集中控制装置送入过电压控制终端，执行过电压控制终端的集中监控与管理。