CN110707670B - 一种变电站小电阻接地装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变电站小电阻接地装置的控制方法，该装置包括接地变压器、中性点小电阻、第一分相开关、第二分相开关、第三分相开关、桥接开关和接地电阻；接地变压器的输出端与中性点小电阻的一端连接，中性点小电阻的另一端接地；接地变压器的第一相输入端与第一分相开关的一端连接，第二相输入端与第二分相开关的一端连接，第三相输入端与第三分相开关的一端连接，第一分相开关的另一端、第二分相开关的另一端、第三分相开关的另一端分别与接地电阻的一端连接，接地电阻的另一端接地；桥接开关的一端与中性点小电阻的一端连接，另一端与接地电阻的一端连接。本发明能消除大部分瞬时性故障，降低单相接地故障跳闸率。

Description

一种变电站小电阻接地装置的控制方法

技术领域

本发明涉及配电网中性点接地技术领域，尤其涉及一种变电站小电阻接地装置的控制方法。

背景技术

随着电网系统不断发展，变电站10kV-35kV侧中性点逐步发展称为中性点经小电阻接地运行方式。这种接地方式可以有效降低系统过电压幅值并且有利于快速隔离故障。然而中性点经小电阻接地方式存在零序过流保护死区，目前仍然没有完美的解决方案。

为了能识别并有效隔离中性点经小电阻接地系统的单相接地故障，目前主要采取的措施有自整定零序过流保护技术，通过实时监测系统中性点零序电压幅值，并根据零序电压幅值实时调整零序过流保护定值，或者根据零序电压幅值及等效计算后的零序电流值制定过流保护分段保护策略。该技术可有效提升零序过流保护的覆盖范围，但是无法有效辨识瞬时性，且故障跳闸率高。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种变电站小电阻接地装置的控制方法，能消除大部分瞬时性故障，降低单相接地故障跳闸率。

为实现上述目的，本发明一实施例提供了一种变电站小电阻接地装置的控制方法，用于一种变电站小电阻接地装置，所述变电站小电阻接地装置包括接地变压器、中性点小电阻、第一分相开关、第二分相开关、第三分相开关、桥接开关和接地电阻；其中，所述接地变压器的输出端与所述中性点小电阻的一端连接，所述中性点小电阻的另一端接地；所述接地变压器的第一相输入端与所述第一分相开关的一端连接，所述第一分相开关的另一端与所述接地电阻的一端连接；所述接地变压器的第二相输入端与所述第二分相开关的一端连接，所述第二分相开关的另一端与所述接地电阻的一端连接；所述接地变压器的第三相输入端与所述第三分相开关的一端连接，所述第三分相开关的另一端与所述接地电阻的一端连接；所述接地电阻的另一端接地；所述桥接开关的一端与所述中性点小电阻的一端连接，另一端与所述接地电阻的一端连接；所述方法包括：

当系统正常运行时，控制所述第一分相开关、所述第二分相开关、所述第三分相开关和所述桥接开关为断开状态，形成所述中性点小电阻接地的方式；

当系统发生单相接地故障时，判断零序过流保护跳闸是否启动，若是，则维持所述系统由所述中性点小电阻接地的方式；若否，则逐一投入所述第一分相开关、所述第二分相开关和所述第三分相开关来识别故障相；

当所述故障相识别出来后，则投入所述故障相对应的分相开关，形成所述故障相由所述接地电阻接地的方式；其中，所述分相开关为所述第一分相开关、所述第二分相开关和所述第三分相开关中的一个；

获取所述系统在所述接地电阻接地的方式下的零序电压，根据所述零序电压计算得到过渡电阻值，判断所述过渡电阻值是否满足零序过流保护值，若是，则投入所述桥接开关；若否，则维持所述系统由所述接地电阻接地的方式。

优选地，所述系统发生单相接地故障是通过以下步骤进行判断的，包括：

获取的所述系统的零序电流大于或等于零序电流预设值；

获取所述系统实时的三相电流，计算得到的不平衡度大于或等于不平衡度预设值；其中，不平衡度的计算公式为

β为不平衡度，ΔI_max为所述三相电流对应的模增量中幅值的最大值，ΔI_mid为所述三相电流对应的模增量中幅值的中间值，ΔI为所述系统正常运行时所述三相电流对应的模增量中幅值的最大值与中间值之差。

优选地，所述逐一投入所述第一分相开关、所述第二分相开关和所述第三分相开关来识别故障相，具体包括：

投入所述第一分相开关，获取第一相电流的模增量；

投入所述第二分相开关，获取第二相电流的模增量；

投入所述第三分相开关，获取第三相电流的模增量；

比较所述第一相电流的模增量、所述第二相电流的模增量和所述第三相电流的模增量的大小；

若所述第一相电流的模增量均大于所述第二相电流的模增量和所述第三相电流的模增量，则故障相为第一相；

若所述第二相电流的模增量均大于所述第一相电流的模增量和所述第三相电流的模增量，则故障相为第二相；

若所述第三相电流的模增量均大于所述第一相电流的模增量和所述第二相电流的模增量，则故障相为第三相。

优选地，在所述投入所述桥接开关之后，还包括：

判断所述零序过流保护跳闸是否启动，当收到跳闸信号后，退出所述故障相对应的分相开关。

优选地，所述根据所述零序电压计算得到过渡电阻值，具体包括：

通过公式R_G＝R₁×U₀/((U_n-U₀)×(R₀//C₀))计算得到过渡电阻值，其中，R_G为所述过渡电阻值，R₁为所述接地电阻，U₀为所述零序电压，U_n为所述系统的电压，R₀为所述中性点小电阻，C₀为所述系统的电容。

与现有技术相比，本发明实施例所提供的一种变电站小电阻接地装置的控制方法，通过增加分相开关、桥接开关和接地电阻，使系统在出现单相接地故障时且又不满足零序过流保护跳闸条件时，可以将故障相经由接地电阻接地，保持故障相接地运行状态，从而消除大部分瞬时性故障，降低单相接地故障跳闸率。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的一种变电站小电阻接地装置的结构示意图；

图2是本发明一实施例提供的一种变电站小电阻接地装置的控制方法的流程示意图；

图3是本发明一实施例提供的一种变电站小电阻接地装置的系统等效回路的示意图。

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作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。

参见图1，是本发明实施例1提供的一种变电站小电阻接地装置的结构示意图，所述装置包括接地变压器、中性点小电阻R₀、第一分相开关KA、第二分相开关KB、第三分相开关KC、桥接开关KD1和接地电阻R₁；其中，所述接地变压器的输出端与所述中性点小电阻R₀的一端连接，所述中性点小电阻R₀的另一端接地；所述接地变压器的第一相输入端与所述第一分相开关KA的一端连接，所述第一分相开关KA的另一端与所述接地电阻R₁的一端连接；所述接地变压器的第二相输入端与所述第二分相开关KB的一端连接，所述第二分相开关KB的另一端与所述接地电阻R₁的一端连接；所述接地变压器的第三相输入端与所述第三分相开关KC的一端连接，所述第三分相开关KC的另一端与所述接地电阻R₁的一端连接；所述接地电阻R₁的另一端接地；所述桥接开关KD1的一端与所述中性点小电阻R₀的一端连接，另一端与所述接地电阻R₁的一端连接。

具体地，由图1可知，一种变电站小电阻接地装置包括接地变压器、中性点小电阻R₀、第一分相开关KA、第二分相开关KB、第三分相开关KC、桥接开关KD1和接地电阻R₁。其中，接地变压器的输出端与中性点小电阻R₀的一端连接，中性点小电阻R₀的另一端接地，接地变压器和中性点小电阻R₀组成传统的小电阻接地系统。接地变压器的第一相输入端与第一分相开关KA的一端连接，第一分相开关KA的另一端与接地电阻R₁的一端连接。接地变压器的第二相输入端与第二分相开关KB的一端连接，第二分相开关KB的另一端与接地电阻R₁的一端连接。接地变压器的第三相输入端与第三分相开关KC的一端连接，第三分相开关KC的另一端与接地电阻R₁的一端连接。接地电阻R₁的另一端接地。接地电阻R₁和第一分相开关KA、第二分相开关KB、第三分相开关KC的增加，是为了满足系统在出现单相接地故障时且又不满足零序过流保护跳闸条件时，可以将故障相经由接地电阻R₁接地，保持故障相接地运行状态。接地电阻R₁用于限制流经故障相的接地电流，并增大单相接地的故障电流值，可提升故障选线的准确性。接地电阻R₁的阻值较高，以限制由于选错相时的过流值，并进而识别是否选对故障相。桥接开关KD1的一端与中性点小电阻R₀的一端连接，另一端与接地电阻R₁的一端连接，即桥接开关KD1的另一端分别与第一分相开关KA、第二分相开关KB、第三分相开关KC连接。桥接开关KD1用于将故障相与中性点桥接，促使系统经零序过流保护跳闸。

本发明实施例1所提供的一种变电站小电阻接地装置，通过增加分相开关、桥接开关和接地电阻，使系统在出现单相接地故障时且又不满足零序过流保护跳闸条件时，可以将故障相经由接地电阻接地，保持故障相接地运行状态，从而消除大部分瞬时性故障，降低单相接地故障跳闸率。

参见图2，是本发明实施例2提供的一种变电站小电阻接地装置的控制方法的流程示意图，用于如上述实施例所述的变电站小电阻接地装置中，所述方法包括步骤S1至步骤S1：

S1、当系统正常运行时，控制所述第一分相开关KA、所述第二分相开关KB、所述第三分相开关KC和所述桥接开关KD1为断开状态，形成所述中性点小电阻R₀接地的方式；

S2、当系统发生单相接地故障时，判断零序过流保护跳闸是否启动，若是，则维持所述系统由所述中性点小电阻R₀接地的方式；若否，则逐一投入所述第一分相开关KA、所述第二分相开关KB和所述第三分相开关KC来识别故障相；

S3、当所述故障相识别出来后，则投入所述故障相对应的分相开关，形成所述故障相由所述接地电阻R₁接地的方式；其中，所述分相开关为所述第一分相开关KA、所述第二分相开关KB和所述第三分相开关KC中的一个；

S4、获取所述系统在所述接地电阻R₁接地的方式下的零序电压，根据所述零序电压计算得到过渡电阻值，判断所述过渡电阻值是否满足零序过流保护值，若是，则投入所述桥接开关KD1；若否，则维持所述系统由所述接地电阻R₁接地的方式。

具体地，当系统正常运行时，控制第一分相开关KA、第二分相开关KB、第三分相开关KC和桥接开关KD1为断开状态，形成中性点小电阻R₀接地的方式。当系统正常运行时，就可以按照现有的常规中性点小电阻R₀接地方式投入使用，不需要借助增加的分相开关、桥接开关KD1和接地电阻R₁。

当系统发生单相接地故障时，判断零序过流保护跳闸是否启动，若是，则维持系统由中性点小电阻R₀接地的方式，也就是说，当零序过流保护跳闸发生动作时，则证明中性点小电阻R₀接地的方式还可以应对这种情况，所以无需改变系统的接地方式。若否，即零序过流保护跳闸没有启动，则证明中性点小电阻R₀接地的方式不能应对这种情况，此时需要隔离故障相，所以要逐一投入第一分相开关KA、第二分相开关KB和第三分相开关KC来识别故障相。

当故障相识别出来后，则投入故障相对应的分相开关，形成故障相由接地电阻R₁接地的方式，此时，非故障相仍然由中性点小电阻R₀接地，所以系统由两种接地方式并存运行，为了方便表述，将这种方式简称为由接地电阻R₁接地的方式。其中，分相开关为第一分相开关KA、第二分相开关KB和第三分相开关KC中的一个。投入故障相的分相开关后，可利用故障电流的增量实现故障选线及定段，提升选线和定段的准确性，因为故障线路电流增量比较明显。

当接地电阻R₁投入使用时，获取系统在接地电阻R₁接地的方式下的零序电压，根据零序电压计算得到过渡电阻值，判断过渡电阻值是否满足零序过流保护值，一般地，零序过流保护值设为100Ω。若是，即过渡电阻值满足零序过流保护值，则投入桥接开关KD1，将故障相与中性点桥接，促使系统经零序过流保护跳闸。若否，即过渡电阻值不满足零序过流保护值，即没有达到触发零序过流保护跳闸的灵敏度，则维持系统由接地电阻R₁接地的方式，这样就可以解决高电阻接地故障又难以实现故障隔离的情况。在维持系统由接地电阻R₁接地的方式下，也可以利用开关投切实现选线、选段跳闸。

作为上述方案的改进，所述系统发生单相接地故障是通过以下步骤进行判断的，包括：

获取的所述系统的零序电流大于或等于零序电流预设值；

获取所述系统实时的三相电流，计算得到的不平衡度大于或等于不平衡度预设值；其中，不平衡度的计算公式为

β为不平衡度，ΔI_max为所述三相电流对应的模增量中幅值的最大值，ΔI_mid为所述三相电流对应的模增量中幅值的中间值，ΔI为所述系统正常运行时所述三相电流对应的模增量中幅值的最大值与中间值之差。

具体地，获取的系统的零序电流大于或等于零序电流预设值，系统的零序电流可通过电流表测量得到，零序电流预设值一般为50A。

获取系统实时的三相电流，计算得到的不平衡度大于或等于不平衡度预设值；其中，不平衡度的计算公式为

β为不平衡度，ΔI_max为三相电流对应的模增量中幅值的最大值，ΔI_mid为三相电流对应的模增量中幅值的中间值，ΔI为系统正常运行时三相电流对应的模增量中幅值的最大值与中间值之差。不平衡度预设值一般为3-20。

当以上两个条件均符合，即系统的零序电流大于或等于零序电流预设值和计算得到的不平衡度大于或等于不平衡度预设值，则说明系统发生单相接地故障。

作为上述方案的改进，所述逐一投入所述第一分相开关KA、所述第二分相开关KB和所述第三分相开关KC来识别故障相，具体包括：

投入所述第一分相开关KA，获取第一相电流的模增量；

投入所述第二分相开关KB，获取第二相电流的模增量；

投入所述第三分相开关KC，获取第三相电流的模增量；

比较所述第一相电流的的模增量、所述第二相电流的模增量和所述第三相电流的模增量的大小；

若所述第一相电流的的模增量均大于所述第二相电流的模增量和所述第三相电流的模增量，则故障相为第一相；

若所述第二相电流的的模增量均大于所述第一相电流的模增量和所述第三相电流的模增量，则故障相为第二相；

若所述第三相电流的的模增量均大于所述第一相电流的模增量和所述第二相电流的模增量，则故障相为第三相。

具体地，为了方便描述，系统的第一相称为A相、第二相称为B相和第三相称为C相。投入第一分相开关KA，获取第一相电流的模增量即ΔI_a；投入第二分相开关KB，获取第二相电流的模增量即ΔI_b；投入第三分相开关KC，获取第三相电流的模增量即ΔI_c。

投入故障相对应的分相开关后，故障线路的电流增量比较明显，所以可以通过比较第一相电流的模增量、第二相电流的模增量和第三相电流的模增量的大小来判断故障相的识别是否正确，当不正确时，应该更换接入的分相开关并重新判断，直到选对故障相为止。具体判断过程如下：

若第一相电流的模增量均大于第二相电流的模增量和第三相电流的模增量，则故障相为第一相，也就是说，当ΔI_a＞ΔI_b和ΔI_a＞ΔI_c时，则故障相为A相。

若第二相电流的模增量均大于第一相电流的模增量和第三相电流的模增量，则故障相为第二相，也就是说，当ΔI_b＞ΔI_a和ΔI_b＞ΔI_c时，则故障相为B相。

若第三相电流的模增量均大于第一相电流的模增量和第二相电流的模增量，则故障相为第三相，也就是说，当ΔI_c＞ΔI_a和ΔI_c＞ΔI_b时，则故障相为C相。

作为上述方案的改进，所述在投入所述桥接开关KD1之后，还包括：

判断所述零序过流保护跳闸是否启动，当收到跳闸信号后，退出所述故障相对应的分相开关。

具体地，在投入桥接开关KD1之后，故障相也通过桥接开关KD1与中性点小电阻R₀连接起来，回到常规的中性点小电阻R₀接地方式，如果此时零序过流保护跳闸发生动作，则完成故障隔离。所以需要判断零序过流保护跳闸是否启动，当收到跳闸信号后，就可以退出故障相对应的分相开关。

作为上述方案的改进，所述根据所述零序电压计算得到过渡电阻值，具体包括：

通过公式R_G＝R₁×U₀/((U_n-U₀)×(R₀//C₀))计算得到过渡电阻值，其中，R_G为所述过渡电阻值，R₁为所述接地电阻，U₀为所述零序电压，U_n为所述系统的电压，R₀为所述中性点电阻，C₀为所述系统的电容。

具体地，参见图3，是本发明实施例3提供的一种变电站小电阻接地装置的系统等效回路的示意图。一般地，R_line为线路阻抗，其数值相对来说较小，可以忽略不计，则U₀＝U_n×(R₀//C₀)/((R₀//C₀)+R₁//R_G),所以经过公式变换，得到R_G＝R₁×U₀/((U_n-U₀)×(R₀//C₀))，即通过公式R_G＝R₁×U₀/((U_n-U₀)×(R₀//C₀))可以计算得到过渡电阻值，其中，R_G为过渡电阻值，R₁为接地电阻，U₀为零序电压，U_n为系统的电压，R₀为中性点小电阻，C₀为系统的电容，优选地，等效容抗＜120Ω。

由公式R_G＝R₁×U₀/((U_n-U₀)×(R₀//C₀))可知，U₀和R_G一一对应，且R₀、C₀、R₁为确定值，根据相应的U₀值可得到相应的R_G值。因此，该装置可以对系统的零序过流保护定制进行定制，改变相应的R₁值即可调配零序过流保护定值，并进而提升零序过流保护的耐过渡电阻能力。

进一步地，可以通过零序电压即中性点电压来判断故障相是否选对，若投对了故障相，则对中性点电压U₀来说，R₁//R_G幅值减小，对应的零序电压值应增大且＞U_n×(R₀//C₀)/(R₀//C₀+R₁)；若投错了故障相，则中性点电压应保持不变。

综上，本发明实施例所提供的一种变电站小电阻接地装置的控制方法，通过增加分相开关、桥接开关和接地电阻，使系统在出现单相接地故障时且又不满足零序过流保护跳闸条件时，可以将故障相经由接地电阻接地，保持故障相接地运行状态，并且可以在过渡电阻值满足零序过流保护值时，接入桥接开关，以触发零序过流保护实现故障线路跳闸。该装置不仅可以满足零序电流灵敏度时实现快速故障隔离，还可以提高识别故障相的正确率，消除大部分瞬时性故障，降低单相接地故障跳闸率，同时可以通过投入经故障相的接地电阻来达到选线和选段的目的，并且在投入故障相接地电阻时，可以抑制故障点电压幅值，降低运行人身安全风险。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种变电站小电阻接地装置的控制方法，用于一种变电站小电阻接地装置，所述变电站小电阻接地装置包括接地变压器、中性点小电阻、第一分相开关、第二分相开关、第三分相开关、桥接开关和接地电阻；其中，所述接地变压器的输出端与所述中性点小电阻的一端连接，所述中性点小电阻的另一端接地；所述接地变压器的第一相输入端与所述第一分相开关的一端连接，所述第一分相开关的另一端与所述接地电阻的一端连接；所述接地变压器的第二相输入端与所述第二分相开关的一端连接，所述第二分相开关的另一端与所述接地电阻的一端连接；所述接地变压器的第三相输入端与所述第三分相开关的一端连接，所述第三分相开关的另一端与所述接地电阻的一端连接；所述接地电阻的另一端接地；所述桥接开关的一端与所述中性点小电阻的一端连接，另一端与所述接地电阻的一端连接，其特征在于，包括：

当系统正常运行时，控制所述第一分相开关、所述第二分相开关、所述第三分相开关和所述桥接开关为断开状态，形成所述中性点小电阻接地的方式；

当系统发生单相接地故障时，判断零序过流保护跳闸是否启动，若是，则维持所述系统由所述中性点小电阻接地的方式；若否，则逐一投入所述第一分相开关、所述第二分相开关和所述第三分相开关来识别故障相；

当所述故障相识别出来后，则投入所述故障相对应的分相开关，形成所述故障相由所述接地电阻接地的方式；其中，所述分相开关为所述第一分相开关、所述第二分相开关和所述第三分相开关中的一个；

获取所述系统在所述接地电阻接地的方式下的零序电压，根据所述零序电压计算得到过渡电阻值，判断所述过渡电阻值是否满足零序过流保护值，若是，则投入所述桥接开关；若否，则维持所述系统由所述接地电阻接地的方式。

2.如权利要求1所述的变电站小电阻接地装置的控制方法，其特征在于，所述系统发生单相接地故障是通过以下步骤进行判断的，包括：

获取的所述系统的零序电流大于或等于零序电流预设值；

获取所述系统实时的三相电流，计算得到的不平衡度大于或等于不平衡度预设值；其中，不平衡度的计算公式为

β为不平衡度，ΔI_max为所述三相电流对应的模增量中幅值的最大值，ΔI_mid为所述三相电流对应的模增量中幅值的中间值，ΔI为所述系统正常运行时所述三相电流对应的模增量中幅值的最大值与中间值之差。

3.如权利要求1所述的变电站小电阻接地装置的控制方法，其特征在于，所述逐一投入所述第一分相开关、所述第二分相开关和所述第三分相开关来识别故障相，具体包括：

投入所述第一分相开关，获取第一相电流的模增量；

投入所述第二分相开关，获取第二相电流的模增量；

投入所述第三分相开关，获取第三相电流的模增量；

比较所述第一相电流的模增量、所述第二相电流的模增量和所述第三相电流的模增量的大小；

若所述第一相电流的模增量均大于所述第二相电流的模增量和所述第三相电流的模增量，则故障相为第一相；

若所述第二相电流的模增量均大于所述第一相电流的模增量和所述第三相电流的模增量，则故障相为第二相；

若所述第三相电流的模增量均大于所述第一相电流的模增量和所述第二相电流的模增量，则故障相为第三相。

4.如权利要求1所述的变电站小电阻接地装置的控制方法，其特征在于，在所述投入所述桥接开关之后，还包括：

判断所述零序过流保护跳闸是否启动，当收到跳闸信号后，退出所述故障相对应的分相开关。

5.如权利要求1所述的变电站小电阻接地装置的控制方法，其特征在于，所述根据所述零序电压计算得到过渡电阻值，具体包括：

通过公式R_G＝R₁×U₀/((U_n-U₀)×(R₀//C₀))计算得到过渡电阻值，其中，R_G为所述过渡电阻值，R₁为所述接地电阻，U₀为所述零序电压，U_n为所述系统的电压，R₀为所述中性点小电阻，C₀为所述系统的电容。

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