CN110336265A - 中压电网中性点消弧线圈与电阻组合接地方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中压电网中性点消弧线圈与电阻组合接地方法，在中性点经消弧线圈谐振接地方式的基础上，在消弧线圈处并联两个阻值不同的中值电阻和小值电阻，且中值电阻和小值电阻的接入和断开通过与控制器连接的开关进行控制，按如下方式实现不同的中性点接地方式之间的相互切换；本申请采用自动跟踪消弧线圈系统与接地电阻组合的中性点接地方式，在限制过电压的同时，区分瞬时性故障和永久性故障，实现永久性故障的接地选线，即充分发挥了中电阻抑制过电压，消弧线圈减小故障点接地电流、灭弧等优点，又利用了小电阻接地方式所具有的继电保护选择性好的优点，快速切除永久性接地故障，从而提高供电可靠性、安全性、经济性。

Description

中压电网中性点消弧线圈与电阻组合接地方法
技术领域：
本发明涉及一种输变电控制领域，特别是涉及一种中压电网中性点消弧线圈与电阻组合接地方法。
背景技术：
城市配电网的中性点接地方式是一个复杂的综合问题，它关系到供电可靠性、人身安全、设备安全等。但目前中性点接地方式存在诸如以下问题，消弧线圈接地方式过电压限制不足，接地故障线路检测困难，同时消弧线圈的容量跟不上电网的变化，消弧线圈很容易处于欠补偿状态，导致接地故障残流增大；断线可能出现的串联谐振过电压；小电阻接地方式，系统发生单相接地就迅速跳闸，对供电可靠性有影响，配网结构，互供能力，设备及自动化水平要求较高，具体的为：
消弧线圈接地方式的优缺点：
城市电网的规模越来越大，特别是电缆在配电网中的大量使用，系统电容电流大幅度增长。当发生单相接地故障时，由于电容电流较大，弧光不能自熄，严重威胁着电力系统的安全运行。采用中性点经消弧线圈接地的方式，消弧线圈的电感电流补偿了电网的电容电流，限制了接地故障电流的破坏作用，使残余电流的接地电弧易于熄灭。当残流过零熄灭后，又能降低故障相恢复电压的初速度及其幅值，避免接地电弧的重燃并使之彻底熄灭，防止或减小了单相接地引起故障的概率。有力地限制了接地电流和电弧的电动力、热效应等对设备、系统的破坏作用。瞬时接地故障在电弧熄灭时消失，补偿电网便可以在故障消失时恢复正常运行。近几年国内研制生产了多种形式的自动跟踪消弧线圈系统，保证了较小的残流，基本上解决了灭弧问题。
虽然小电流接地可以借助于很多原理方法，诸如基波电压、基波零序电流最大原理、零序电流无功功率方向原理、零序电流有功功率方向原理、暂态零序电压方向原理(首半波比相原理)、信号注入法、群体比幅比相法、谐波电流分析法、残流增量法、小波分析法等，但使用了消弧线圈，存在小电流接地选线困难的问题。
因为当系统10kV部分存在永久单相接地故障时，由于消弧线圈产生的电感电流抵消了故障线路中的电容电流，使流过故障线路的短路电流值和流过正常线路的电容电流值相近，难以判别。尽管近年来，已有微机型小电流接地选线装置，一般的成套自动补偿消弧线圈装置同时具备快速单相接地选线功能。选线原理一般采用零序电流、零序功率方向、五次谐波及音频信号注入法等综合方式，但选线准确性大都在70％-90％之间，错选概率大，影响供电可靠性。
小电阻接地方式的优缺点：
中性点经小电阻接地系统，可以有效地抑制系统中的过电压，系统设备承受过电压水平低、时间短。可适当降低设备的绝缘水平，提高系统设备的使用寿命，具有很好的经济效益；另外，也有利于具有优良伏秒特性氧化锌避雷器MOA的应用，降低雷电过电压水平。
系统发生单相接地故障，故障线路立即被切除，继电保护选择性好。但由于其不能区分瞬时单相接地故障与永久性单相接地故障，使瞬时单相接地故障也跳闸，影响了供电可靠性。使用小电阻接地，造成占接地绝大多数的瞬时接地也跳闸，造成停电，严重影响了接地可靠性。同时，采用这种方式，需具备性能良好的开关设备和有备用电源等条件，否则跳闸停电频繁，供电可靠性差，开关的维护工作量加重。对于架空线电网，该方式将对通信线路产生电磁干扰。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，综合了小电阻接地方式和消弧线圈接地方式优越性，克服了原有接地方式的不足，提高了限制过电压的能力；解决了选线识别困难问题；提高消弧线圈适应能力及消弧线圈可以欠补偿安全运行的中压电网中性点消弧线圈与电阻组合接地方法。
本发明的技术方案是：一种中压电网中性点消弧线圈与电阻组合接地方法，在中性点经消弧线圈谐振接地方式的基础上，在消弧线圈处并联两个阻值不同的中值电阻和小值电阻，且中值电阻和小值电阻的接入和断开通过与控制器连接的开关进行控制，按如下方式实现不同的中性点接地方式之间的相互切换：电网正常运行时，消弧线圈与中值电阻并联常投，消弧线圈采取预调调匝式消弧线圈，控制器实时测量系统电容电流，并相应调整消弧线圈挡位，保证消弧线圈始终靠近谐振点运行；
从发生单相接地故障开始计时，在T1时间内，如果接地故障消失，则不进行投切并联电阻的操作；若接地故障不消失，则切除中值电阻，由消弧线圈进行补偿，进行熄弧；
从切除中值电阻开始计时，在T2时间内，如果接地故障消失，则重新投入中值电阻，恢复消弧线圈并联中值电阻运行状态；若接地故障未消失，则发生永久性接地故障，则投入小值电阻；
从投入小电阻开始计时，在T3时间内，利用并联后的小电阻接地选线，由于接地线路和正常线路在并联电阻投入时间内，零序电流信号差距相当显著，所以针对金属性及低阻接地故障，选线装置能准确选择出故障线路，零序保护装置也能够快速切除故障线路；T3时间到后切除小值电阻；
从切除小电阻开始计时，在T4时间内，如果接地故障消失，则重新投入并联中值电阻，恢复消弧线圈与中值电阻并联的运行方式；T4时间到后，如果接地故障没有消失，则第二次投入小电阻。
从第二次投入小电阻开始计时，在T5时间内，利用并联后的小电阻再次接地选线，针对系统出现高阻抗接地情况下也能准确的选择出故障线路，同时零序保护装置也能够快速切除故障线路；T5时间到后切除小值电阻；
从第二次切除小电阻开始计时，在T6时间内，如果接地故障消失，则重新投入并联中值电阻，恢复消弧线圈与中值电阻并联的运行方式；如果接地故障没有消失，就一直由消弧线圈单独运行补偿，同时发出报警信号，直到接地故障消失后，投入并联中值电阻，恢复为消弧线圈与中值电阻并联的运行方式；
T1-至T6均取值为0～120分钟。
进一步的，所述采用简单易用的极值法和调档法得到整个系统的参数，根据系统容性电流值，相应调整消弧线圈挡位，保证消弧线圈始终靠近谐振点运行。正常运行过程中，系统变为中性点经消弧线圈并联中值电阻的运行方式。采用相位法，进行系统电容电流的实时跟踪。
进一步的，所述故障选线采用的选线方案为综合优选判断法：即主选线与备用选线方法相结合的多种选线方法并用，每种选线方法各自选线，最后从这些选线结果中选择出选线结果一致的线路，也就是故障概率最大的线路，作为接地故障线路；其中选线方法为：零序电流幅值法、零序电流相对变化最大法、零序电流有功分量法、残流增量法、5次谐波判据。
进一步的，所述在进行故障选线时，取全部线路中零序电流最大的三条线路作为接地故障线路的选择对象，接着判别零序电流的方向。故障线路的零序电流与其他所有非故障线路的零序电流方向相反，根据这一点可选出接地线路；如果所有线路的零序电流均同方向，则判为母线接地。
本发明的有益效果是：
中性点经消弧线圈接地的方式具有供电可靠性高、电磁干扰小等优点，但不足的是在系统发生单相接地故障时过电压水平较高，接地残流小、实现继电保护选线较为困难，制约了其优点的充分发挥。中性点经小电阻接地的方式具有继电保护选择性好的优点，可快速切除接地故障线路，但跳闸率高，供电可靠性差，对设备冲击较大。
本申请采用自动跟踪消弧线圈系统与接地电阻组合的中性点接地方式，在限制过电压的同时，区分瞬时性故障和永久性故障，实现永久性故障的接地选线，即充分发挥了中电阻抑制过电压，消弧线圈减小故障点接地电流、灭弧等优点，又利用了小电阻接地方式所具有的继电保护选择性好的优点，快速切除永久性接地故障，从而提高供电可靠性、安全性、经济性。
附图说明：
图1为中压电网中性点消弧线圈与电阻组合接地方法的过程框图。
图2为中压电网中性点接地方式的连接电路图。
图3消弧线圈自动跟踪补偿流程图。
图4接地选线控制部分流程图。
具体实施方式：
实施例：参见图1、图2、图3和图4。
中压电网中性点消弧线圈与电阻组合接地方法，一种中压电网中性点消弧线圈与电阻组合接地方法，在中性点经消弧线圈谐振接地方式的基础上，在消弧线圈处并联两个阻值不同的中值电阻和小值电阻，且中值电阻和小值电阻的接入和断开通过与控制器连接的开关进行控制，按如下方式实现不同的中性点接地方式之间的相互切换：电网正常运行时，消弧线圈与中值电阻并联常投，消弧线圈采取预调调匝式消弧线圈，控制器实时测量系统电容电流，并相应调整消弧线圈挡位，保证消弧线圈始终靠近谐振点运行；
从发生单相接地故障开始计时，在T1时间内，如果接地故障消失，则不进行投切并联电阻的操作；若接地故障不消失，则切除中值电阻，由消弧线圈进行补偿，进行熄弧；
从切除中值电阻开始计时，在T2时间内，如果接地故障消失，则重新投入中值电阻，恢复消弧线圈并联中值电阻运行状态；若接地故障未消失，则发生永久性接地故障，则投入小值电阻；
从投入小电阻开始计时，在T3时间内，利用并联后的小电阻接地选线，由于接地线路和正常线路在并联电阻投入时间内，零序电流信号差距相当显著，所以针对金属性及低阻接地故障，选线装置能准确选择出故障线路，零序保护装置也能够快速切除故障线路；T3时间到后切除小值电阻；
从切除小电阻开始计时，在T4时间内，如果接地故障消失，则重新投入并联中值电阻，恢复消弧线圈与中值电阻并联的运行方式；T4时间到后，如果接地故障没有消失，则第二次投入小电阻。
从第二次投入小电阻开始计时，在T5时间内，利用并联后的小电阻再次接地选线，针对系统出现高阻抗接地情况下也能准确的选择出故障线路，同时零序保护装置也能够快速切除故障线路；T5时间到后切除小值电阻；
从第二次切除小电阻开始计时，在T6时间内，如果接地故障消失，则重新投入并联中值电阻，恢复消弧线圈与中值电阻并联的运行方式；如果接地故障没有消失，就一直由消弧线圈单独运行补偿，同时发出报警信号，直到接地故障消失后，投入并联中值电阻，恢复为消弧线圈与中值电阻并联的运行方式；
T1取值为0.5秒；T2取值为2小时；T3取值为30分钟；T4取值为30分钟；T5取值为30分钟；T6取值为30分钟。
图2中，T为接地变压器；XL为调匝式消弧线圈；
R1为中值电阻；R2为值小电阻；R3为阻尼电阻；
K1～K4为真空开关；S1为隔离刀闸；
L1～Ln为10KV出线1～n；
XC1～XCn为10KV出线1～n的对地分布电容容抗；
r1～rn为10KV出线1～n的对地分布绝缘电阻；
AHL1～AHLn为10KV出线1～n的零序电流互感器；
AHR1为安装在中值电阻R1回路中的电流互感器；
AHR2为安装在小值电阻R2回路中的电流互感器；
AHR3为安装在消弧线圈XL回路中的电流互感器。
中性点并联中值电阻的主要目的是能够抑制系统过电压，因此从限制间歇性电弧接地过电压和限制谐振过电压两方面来考虑。
电弧接地时，若取Rn＝1/(3ωC)，中性点位移电压在半个周期内降到原来的4.32％，系统能量几乎完全泄漏掉，从而降低了接地故障相上的最大电压恢复数值(不超过相电压)，使电弧重燃不致引起高幅值的过电压。对不同的系统，C0不同，Rn的取值也不同，一般上限在100Ω以上，属于高值范围。
当系统单相接地，健全相出现谐振情况下，产生的谐振过电压倍数为
若令
当α＝1，即IR＝IC时，已可将健全相的谐振过电压限制在2.8p.u.以下。当IR>1.5IC以后，抑制谐振过电压的作用已不明显。因此，一般可选取IR的值为(1～1.5)IC。
投入小值电阻的主要目的是能够利用小电阻的接地选线，快速准确地选择出故障线路，保证供电的可靠性。根据IEEE标准，小电阻接地方式故障电流水平的标准为100～1000A，根据我国具体情况，接地故障电流水平400～1000A为小电阻接地方式，电网中性点电阻的计算原则为10kV配电网的最高运行电压12kV，则小值电阻的取值范围6.93～17.32Ω。
依据图2和图3，消弧线圈自动跟踪补偿的具体过程为：当电网正常运行，消弧线圈自动跟踪补偿控制部分需要测量系统容性电流时，先打开真空开关K4将阻尼电阻R3投入系统，再打开真空开关K1切掉中值电阻R1。此时系统变为中性点经消弧线圈串联阻尼电阻的运行方式。采用极值法和调档法得到系统电容电流，并相应调整消弧线圈挡位，保证消弧线圈始终靠近谐振点运行。
调档完成后，先闭合真空开关K1将中值电阻R1投入系统，再闭合真空开关K4切掉阻尼电阻R3。此时系统变为中性点经消弧线圈并联中值电阻的运行方式。在这种运行方式下，消弧线圈自动跟踪补偿控制部分实时跟踪判断系统容性电流有无变化，如果检测到系统容性电流有变化并且需要调整消弧线圈档位时，会将系统运行方式转为中性点经消弧线圈串联阻尼电阻的运行方式，从而实现了对系统容性电流的自动跟踪补偿。
同时提出一种将调档法、极值法、相位法三种方法相结合的新的调谐方法。该方法原理简单介绍如下：
装置首次投入运行，将系统运行方式转为中性点经消弧线圈串联阻尼电阻的运行方式。采用简单易用的极值法和调档法得到整个系统的参数，根据系统容性电流值，相应调整消弧线圈挡位，保证消弧线圈始终靠近谐振点运行。正常运行过程中，系统变为中性点经消弧线圈并联中值电阻的运行方式。采用相位法，进行系统电容电流的实时跟踪。
依据图2和图4，接地选线控制的具体过程为：电网正常运行时，消弧线圈与中值电阻并联常投，此时阻尼电阻、小值电阻均不投入运行。
发生单相接地故障，消弧线圈无需调节，零延时进行补偿。在发挥消弧线圈补偿容性故障电流、减缓故障相恢复电压上升速度的作用的同时，利用并联的中值电阻抑制过电压。经过一段时间，如单相接地持续存在，切掉并联的中值电阻，充分发挥消弧线圈补偿故障电流的作用，希望通过补偿后残流小于10A使电弧熄灭，若电弧熄灭接地消失，则重新投入并联中值电阻，利用并联中值电阻的阻尼作用使系统恢复正常运行；若接地不消失，则认为电网发生永久性接地故障，投入小电阻，与消弧线圈并联，改变零序回路参数，利用零序保护或选线装置进行故障选线。
由于装置采用的是预置式补偿方式，故障时可以瞬间进行最佳补偿，由于装置选线时把小电阻R2投入，相当于采用并联16欧姆小电阻，故可知故障线路的零序电流绝对值很大(可达400A)，而非故障线路的零序电流IL02，IL02,IL0n与故障前的相比基本不变，且其绝对值均很小(十几安培左右)，因此，这对选线来说无论是用零序电流的幅值还是变化的相对值来说都是很容易的。
针对中性点经消弧线圈并联电阻组合接地方案，我们采用的选线方案为综合优选判断法：即主选线与备用选线方法相结合的多种选线方法并用，每种选线方法各自选线，最后从这些选线结果中选择出选线结果一致的线路，也就是故障概率最大的线路，作为接地故障线路，进一步提高选线准确率。
我们采用的选线方法主要有：零序电流幅值法、零序电流相对变化最大法、零序电流有功分量法、残流增量法、5次谐波判据。
在进行选线时，取全部线路中零序电流最大的三条线路作为接地故障线路的选择对象，接着判别零序电流的方向。故障线路的零序电流与其他所有非故障线路的零序电流方向相反，根据这一点可选出接地线路；如果所有线路的零序电流均同方向，则判为母线接地。
本申请主要用于10KV输电线路上，其中中值电阻和小值电阻根据实际情况并结合上述计算公式得出中值电阻和小值电阻的阻值，其中T1至T6可以根据现场情况进行人为设定，其中间间隔一定时间也是既要考虑在发生单相接地故障情况下尽能够保证设备和人身的安全，又要同继电保护配合，达到准确、快速切除故障恢复正常供电。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种中压电网中性点消弧线圈与电阻组合接地方法，在中性点经消弧线圈谐振接地方式的基础上，在消弧线圈处并联两个阻值不同的中值电阻和小值电阻，且中值电阻和小值电阻的接入和断开通过与控制器连接的开关进行控制，按如下方式实现不同的中性点接地方式之间的相互切换：电网正常运行时，消弧线圈与中值电阻并联常投，消弧线圈采取预调调匝式消弧线圈，控制器实时测量系统电容电流，并相应调整消弧线圈挡位，保证消弧线圈始终靠近谐振点运行；
从发生单相接地故障开始计时，在T1时间内，如果接地故障消失，则不进行投切并联电阻的操作；若接地故障不消失，则切除中值电阻，由消弧线圈进行补偿，进行熄弧；
从切除中值电阻开始计时，在T2时间内，如果接地故障消失，则重新投入中值电阻，恢复消弧线圈并联中值电阻运行状态；若接地故障未消失，则发生永久性接地故障，则投入小值电阻；
从投入小电阻开始计时，在T3时间内，利用并联后的小电阻接地选线，由于接地线路和正常线路在并联电阻投入时间内，零序电流信号差距相当显著，所以针对金属性及低阻接地故障，选线装置能准确选择出故障线路，零序保护装置也能够快速切除故障线路；T3时间到后切除小值电阻；
从切除小电阻开始计时，在T4时间内，如果接地故障消失，则重新投入并联中值电阻，恢复消弧线圈与中值电阻并联的运行方式；T4时间到后，如果接地故障没有消失，则第二次投入小电阻。
从第二次投入小电阻开始计时，在T5时间内，利用并联后的小电阻再次接地选线，针对系统出现高阻抗接地情况下也能准确的选择出故障线路，同时零序保护装置也能够快速切除故障线路；T5时间到后切除小值电阻；
从第二次切除小电阻开始计时，在T6时间内，如果接地故障消失，则重新投入并联中值电阻，恢复消弧线圈与中值电阻并联的运行方式；如果接地故障没有消失，就一直由消弧线圈单独运行补偿，同时发出报警信号，直到接地故障消失后，投入并联中值电阻，恢复为消弧线圈与中值电阻并联的运行方式；
T1-至T6均取值为0～120分钟。
2.根据权利要求1所述的中压电网中性点消弧线圈与电阻组合接地方法，其特征是：所述采用简单易用的极值法和调档法得到整个系统的参数，根据系统容性电流值，相应调整消弧线圈挡位，保证消弧线圈始终靠近谐振点运行。正常运行过程中，系统变为中性点经消弧线圈并联中值电阻的运行方式。采用相位法，进行系统电容电流的实时跟踪。
3.根据权利要求1所述的中压电网中性点消弧线圈与电阻组合接地方法，其特征是：所述故障选线采用的选线方案为综合优选判断法：即主选线与备用选线方法相结合的多种选线方法并用，每种选线方法各自选线，最后从这些选线结果中选择出选线结果一致的线路，也就是故障概率最大的线路，作为接地故障线路；其中选线方法为：零序电流幅值法、零序电流相对变化最大法、零序电流有功分量法、残流增量法、5次谐波判据。
4.根据权利要求3所述的中压电网中性点消弧线圈与电阻组合接地方法，其特征是：所述在进行故障选线时，取全部线路中零序电流最大的三条线路作为接地故障线路的选择对象，接着判别零序电流的方向。故障线路的零序电流与其他所有非故障线路的零序电流方向相反，根据这一点可选出接地线路；如果所有线路的零序电流均同方向，则判为母线接地。
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