低压配电网防触电保护方法及保护装置
技术领域
本发明实施例涉及电网技术领域,尤其涉及一种低压配电网防触电保护方法及保护装置。
背景技术
配电网给居民以及工厂等用户直接供电,是电网的最后一公里,其数量庞大,在人们生产生活中具有重要的地位。但是,在居民用电、电力施工以及生产建设等过程中,由于人员的不当操作,常发生人员触及带电导线的问题,当电流量进入身体达到18mA至22 mA时,会引起人体的呼吸肌不能随意收缩,致使呼吸停止,产生严重窒息。如电流量超过22 mA以上,可使人体的心室发生纤颤,造成心泵排血困难,数秒内即可停止心脏跳动,因此,低压配电网触电严重威胁着人们的生命安全。
目前,配电网接线一般采用配电变压器中性线直接接地的方式,可以在配网变压器出线端安装漏电流保护器,当发生人身触电时动作跳开断路器,切断电源,从而保护人身安全。其原理是,检测配电系统的零序电流,在人员触电时零序电流会发生突变,当零序电流变化值超过预设的阈值时,漏电流保护器的脱扣机构迅速动作跳开电源断路器,从而保护触电人员的安全。但是,由于部分农村配电网线路和设备老旧,电路中本身存在一定的漏电流,漏电保护器频繁动作跳开断路器,造成频繁停电,雷雨天气时漏电保护器也经常动作而使用户停电。因此,为了不让漏电保护器频繁动作而停电,供电所维护人员往往将漏电保护器阈值设置为很大,或者人为将漏电保护器退出运行,这使得漏电流保护器在真正发生人身触电事件时,有时无法有效动作切断电源,而导致触电人员死亡。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种低压配电网防触电保护方法及保护装置,在不改变电网运行方式的情况下,实现了保护人身触电安全,且可以排除瞬时故障造成的漏电流保护装置的误动作。
第一方面,本发明实施例提供了一种低压配电网防触电保护方法,包括:
获取流经配电变压器的三相以及中线的电流;
根据流经配电变压器的三相以及中线的电流、第一设定电流阈值和第二设定电流阈值控制所述配电变压器的中性点至接地端之间的漏电流流经开关或者高阻抗器;其中,所述第二设定电流阈值大于所述第一设定电流阈值;
若所述漏电流流经所述高阻抗器,在延时设定时间后,控制所述漏电流流经所述开关,根据流经配电变压器的三相以及中线的电流和所述第二设定电流阈值控制所述配电变压器的中性点至接地端之间的漏电流流经所述开关或者所述高阻抗器。
可选地,根据流经配电变压器的三相以及中线的电流、第一设定电流阈值和第二设定电流阈值控制所述配电变压器的中性点至接地端之间的漏电流流经开关或者高阻抗器,包括:
根据所述开关闭合时流经配电变压器的三相以及中线的初始漏电流,以及所述开关闭合时流经配电变压器的三相以及中线的实时漏电流获取剩余电流变化量;
当所述剩余电流变化量小于所述第一设定电流阈值时,控制所述配电变压器的中性点至接地端之间的漏电流流经所述开关;
当所述剩余电流变化量大于等于所述第一设定电流阈值,且小于所述第二设定电流阈值时,控制所述配电变压器的中性点至接地端之间的漏电流流经所述高阻抗器。
可选地,若所述漏电流流经所述高阻抗器,在延时设定时间后,控制所述漏电流流经所述开关,根据流经配电变压器的三相以及中线的电流和所述第二设定电流阈值控制所述配电变压器的中性点至接地端之间的漏电流流经所述开关或者所述高阻抗器,包括:
若所述漏电流流经所述高阻抗器,在延时设定时间后,控制所述漏电流流经所述开关,根据流经配电变压器的三相以及中线的初始漏电流,以及流经配电变压器的三相以及中线的实时漏电流获取剩余电流变化量;
当所述剩余电流变化量小于所述第二设定电流阈值时,控制所述配电变压器的中性点至接地端之间的漏电流流经所述开关;
当所述剩余电流变化量大于等于所述第二设定电流阈值时,控制所述配电变压器的中性点至接地端之间的漏电流流经所述高阻抗器。
可选地,若所述漏电流流经所述高阻抗器,在延时设定时间后,控制所述漏电流流经所述开关,根据流经配电变压器的三相以及中线的电流和所述第二设定电流阈值控制所述配电变压器的中性点至接地端之间的漏电流流经所述开关或者所述高阻抗器,还包括:
当所述剩余电流变化量大于等于所述第二设定电流阈值时,控制报警器发出报警信号。
可选地,所述第一设定电流阈值大于等于8mA,小于18mA,所述第二设定电流阈值大于等于18mA,小于等于30mA,所述设定时间大于等于10s,小于等于60s。
第二方面,本发明实施例还提供了一种低压配电网防触电保护装置,包括:
零序电流检测电路、控制器、开关和高阻抗器,所述控制器分别与所述零序电流检测电路和所述开关电连接;
所述零序电流检测电路用于检测流经配电变压器的三相以及中线的电流;
所述控制器用于执行如第一方面所述的低压配电网防触电保护方法。
可选地,所述零序电流检测电路安装于所述配电变压器的三相以及中线所在位置,所述零序电流检测电路包括零序电流互感器。
可选地,所述开关的第一端与所述高阻抗器的第一端电连接,并与所述中性点电连接,所述开关的第二端与所述高阻抗器的第二端电连接,并与所述接地端电连接。
可选地,所述低压配电网防触电保护装置还包括:
报警器,所述控制器与所述报警器电连接,所述控制器用于根据流经配电变压器的三相以及中线的电流控制所述报警器的报警状态。
可选地,所述高阻抗器包括串联的电阻器和电抗器,所述高阻抗器的等效阻抗大于等于25千欧姆,小于等于60千欧姆,所述高阻抗器的电抗与电阻的比值大于等于30%,小于等于50%。
本发明实施例提供了一种低压配电网防触电保护方法及保护装置,获取流经配电变压器的三相以及中线的电流,根据流经配电变压器的三相以及中线的电流、第一设定电流阈值和第二设定电流阈值控制配电变压器的中性点至接地端之间的漏电流流经开关或者高阻抗器,第二设定电流阈值大于第一设定电流阈值。若漏电流流经高阻抗器,在延时设定时间后,控制漏电流流经开关,根据流经配电变压器的三相以及中线的电流和第二设定电流阈值控制配电变压器的中性点至接地端之间的漏电流流经开关或者高阻抗器。这样,通过对零序电流的两级判识,可对人体触电进行精确判识,解决了剩余电流保护值设置太小导致频繁动作停电,保护值设置太大又不能正确动作以保护人身安全的问题,在不改变电网运行方式且不停电的情况下,实现了保护人身触电安全的同时,提高电网供电的可靠性。另外,通过延时自动恢复电网运行方式,可以识别瞬时故障造成的漏电流保护器动作,让配电网维护人员不用去现场处理瞬时接地故障,减轻低压配电网运维人员的工作量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,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,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种低压配电网防触电保护方法的流程示意图;
图2为本发明实施例提供的一种配电变压器三相以及中线的结构示意图;
图3为本发明实施例提供的一种人体触电的电流波形示意图;
图4为本发明实施例提供的一种低压配电网防触电保护装置的结构示意图;
图5为本发明实施例提供的另一种低压配电网防触电保护装置的结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点,下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的一种低压配电网防触电保护方法的流程示意图。低压配电网防触电保护方法可以应用在需要对低压配电网进行防触电保护的场景,可以由本发明实施例所提供的低压配电网防触电保护装置来执行,该低压配电网防触电保护装置可以采用软件和/或硬件的方式来实现,该低压配电网防触电保护装置可以集成于能够对低压配电网进行防触电保护处理的后台服务器或服务器集群内。如图1所示,低压配电网防触电保护方法包括:
S110、获取流经配电变压器的三相以及中线的电流。
图2为本发明实施例提供的一种配电变压器三相以及中线的结构示意图。图2中示例性地示出了配电变压器三相对应的三个副边线圈abc,其中ABC三条线为火线,N为中线,即零线。获取流经配电变压器的三相及中线的电流,可以以ABCN四条线中的电流指向均朝向图2中右侧为例,则获取到的配电变压器的三相及中线的电流即为前述ABCN四条线上流经的四个电流之和。
具体地,可以在检测开始时,即在初始状态下获取流经配电变压器的三相及中线的初始漏电流,该初始漏电流记为IΔn0,在后续检测的过程中,实时检测流经配电变压器的三相及中线的实时漏电流,该实时漏电流记为IΔn。
S120、根据流经配电变压器的三相以及中线的电流、第一设定电流阈值和第二设定电流阈值控制配电变压器的中性点至接地端之间的漏电流流经开关或者高阻抗器;其中,第二设定电流阈值大于第一设定电流阈值。
示例性地,如图2所示,开关1和高阻抗器2可以为并联关系,开关1闭合时将高阻抗器2短路,配电变压器的中性点M至接地端GND之间的电流流经开关1,开关1断开时,配电变压器的中性点M至接地端GND之间的漏电流。示例性地,可以设置开关1为常闭开关1,即在进行电流检测的初始状态,开关1处于闭合状态,配电变压器的中性点M至接地端GND之间的漏电流流经开关1。
可选地,先根据开关1闭合时流经配电变压器的三相以及中线的初始漏电流,以及开关1闭合时流经配电变压器的三相以及中线的实时漏电流获取剩余电流变化量。
具体地,在检测开始时,开关1处于闭合状态,在初始状态下获取流经配电变压器的三相及中线的初始漏电流IΔn0,在后续检测的过程中,开关1始终处于闭合状态,实时检测流经配电变压器的三相及中线的实时漏电流IΔn,根据开关1闭合时流经配电变压器的三相以及中线的初始漏电流IΔn0,以及开关1闭合时流经配电变压器的三相以及中线的实时漏电流IΔn获取剩余电流变化量,剩余电流变化量等于检测到的实时漏电流IΔn减去初始漏电流,即初始剩余电流IΔn0,记为ΔIΔn。人体触电时电流变化量ΔIΔn会出现变化,通过对电流变化量ΔIΔn的监测,即可对人体是否触电进行判断。
可选地,当剩余电流变化量小于第一设定电流阈值时,控制配电变压器的中性点M至接地端GND之间的漏电流流经开关1。当剩余电流变化量大于等于第一设定电流阈值,且小于第二设定电流阈值时,控制配电变压器的中性点M至接地端GND之间的漏电流流经高阻抗器2。
图3为本发明实施例提供的一种人体触电的电流波形示意图。图3中横坐标表示时间t,单位为s,纵坐标表示电流值I,单位为mA,如图3所示,人体刚接触火线触电时,阻抗大电流小,随后电流逐渐增加并趋于稳定,可以根据人体刚触电时阻抗大电流小、后电流变大并稳定的人体触电电流特征,对剩余电流变化量ΔIΔn进行两级判识。
具体地,在进行第一级判识时,将剩余电流变化量ΔIΔn与第一设定电流阈值I1以及第二设定电流阈值I2进行比较,第二设定电流阈值I2大于第一设定电流阈值I1,根据比较结果确定控制常闭开关1是否动作,即控制常闭开关1是断开还是闭合。
常闭开关1的初始状态为闭合,当ΔIΔn小于I1,即当剩余电流变化量小于第一设定电流阈值时,可以判断未发生人员触电的情况,控制开关1继续闭合,配电变压器的中性点为直接接地方式。当ΔIΔn大于等于I1,小于I2,即当剩余电流变化量大于等于第一设定电流阈值,小于第二设定电流阈值时,可以初步判断存在人员触电的情况,控制开关1断开,此时配电变压器的中性点M通过高阻抗器2接地,利用高阻抗器2将泄漏电流控制在安全值内,保障触电者的人身安全,且配电网系统仍然可向用户供电。
S130、若漏电流流经高阻抗器,在延时设定时间后,控制漏电流流经开关,根据流经配电变压器的三相以及中线的电流和第二设定电流阈值控制配电变压器的中性点至接地端之间的漏电流流经开关或者高阻抗器。
可选地,如果在第一级判识时,控制配电变压器的中性点M至接地端GND之间的漏电流流经高阻抗器2,可以在延时设定时间后,控制配电变压器的中性点M至接地端GND之间的漏电流流经开关1,即控制开关1闭合,根据开关1闭合时流经配电变压器的三相以及中线的初始漏电流,以及开关1闭合时流经配电变压器的三相以及中线的实时漏电流获取剩余电流变化量。当剩余电流变化量小于第二设定电流阈值时,控制配电变压器的中性点至接地端之间的漏电流流经开关1。当剩余电流变化量大于等于第二设定电流阈值时,控制配电变压器的中性点至接地端之间的漏电流流经高阻抗器2。
具体地,对剩余电流变化量进行第二级判识,根据人体刚触电时阻抗大电流小、后电流变大并稳定的人体触电电流特征,如果在第一级判识时,控制配电变压器的中性点M至接地端GND之间的漏电流流经高阻抗器2,可以在延时设定时间后,控制配电变压器的中性点M至接地端GND之间的漏电流流经开关1,即控制开关1闭合,再次检测流经配电变压器的三相及中线的实时漏电流IΔn,结合流经配电变压器的三相以及中线的初始漏电流IΔn0,获取剩余电流变化量ΔIΔn。
当ΔIΔn小于I2,即剩余电流变化量小于第二设定电流阈值时,则判断为非人体触电或瞬时故障,仍然控制开关1闭合,配电变压器的中性点M为直接接地方式。当ΔIΔn大于等于I2,即剩余电流变化量大于等于第二设定电流阈值时,则判断为人体触电或永久故障,控制开关1断开,此时配电变压器的中性点M通过高阻抗器2接地,利用高阻抗器2将泄漏电流控制在安全值内,保障触电者的人身安全,且配电网系统仍然可向用户供电。
示例性地,可以根据人体触电的电流变化情况设置第一设定电流阈值大于等于8mA,小于18mA,第二设定电流阈值大于等于18mA,小于等于30mA,设定时间大于等于10s,小于等于60s,即延时10s至60s闭合开关1,再进行剩余电流变化量的检测,根据剩余电流变化量与第一设定电流阈值和第二设定电流阈值的关系,利用两级判识实现对人体触电的精确判识,解决了剩余电流保护值设置太小导致频繁动作停电,保护值设置太大又不能正确动作以保护人身安全的问题。另外,通过延时自动恢复电网运行方式,可以识别瞬时故障造成的漏电流保护器动作,让配电网维护人员不用去现场处理瞬时接地故障,减轻低压配电网运维人员的工作量。
可选地,延时设定时间后,还可以在检测到ΔIΔn大于等于I2,即剩余电流变化量大于等于第二设定电流阈值时,控制报警器发出报警信号,以提醒运维人员进行及时的处理。
本发明实施例涉及的配电网例如可以为400V的低压配电网,即本发明实施例提供了一种不停电的智能投切400V低压配电网防人身触电保护的方法,在人体触摸到带电火线时,本发明实施例可智能投入高阻抗器2,以限制流过人体的电流,防止人体触电,保护人身安全。同时为了解决电网存在初始漏电流导致常规漏电保护器频繁动作的问题,根据人体刚触电时阻抗大电流小、后电流变大并稳定的人体触电电流特征,设置了两级判识模式,根据剩余电流变化量大小智能投切高阻抗器2,以限制流过人体的漏电流,保护触电者安全,并可识别瞬时故障自动恢复电网正常运行。本发明实施例可在不停电的情况下,快速地保护触电者的人身安全,解决现有低压配电网剩余电流保护器频繁动作导致停电、发生人身触电时漏电保护器有时不能正确动作的问题,实现人体触电的有效和可靠保护。
另外,也可以通过在配电变压器中性线与大地之间直接接入一个高阻抗器,当人身触及带电导线时,流入人体的漏电流将被高阻抗限制到安全电流以下,从而不会发生人员触电死亡。但仅仅依赖高阻抗器形成的装置在应用时会存在一些问题。一方面,由于在变压器中性线与大地之间接入高阻抗器,且长期运行,相当于改变了低压配电网供电系统的运行方式为中性线经高阻抗接地方式,当中性线发生接地故障时,则保护装置会失效。另一方面,当发生单相接地短路故障时,由于高阻抗器的存在,断路器不会断开,则隐患一直存在,难以发现消除。如果单相接地故障不消除,当人体触摸了另一相火线时,则人体承受电压为380V,相比常规单相220V导线触电更加危险。另一方面,中性线经高阻抗器接地,中性点电压位移,不再为零伏,在三相负荷不平衡的情况下,会使得各相电压不平衡,影响供电质量。
本发明实施例利用并联的开关1和高阻抗器2接入配电变压器的中性点和接地点之间,能够通过对开关1的控制,仅仅在人体触电时,智能切换以接入高阻抗器2,人体未触电时,配电变压器的中性点依然通过开关1接地运行,有效解决了上述仅依赖高阻抗器2形成的电路导致的中性线发生接地故障时,保护装置会失效,以及发生单相接地短路故障时使得触电更加危险,以及中中性点电压位移在三相负荷不平衡的情况下,会使得各相电压不平衡,影响供电质量的问题。
本发明实施例还提供了一种低压配电网防触电保护装置,图4为本发明实施例提供的一种低压配电网防触电保护装置的结构示意图。如图4所示,低压配电网防触电保护装置包括零序电流检测电路3、控制器4、开关1和高阻抗器2,控制器4分别与零序电流检测电路3和开关1电连接。零序电流检测电路3用于检测流经配电变压器的三相以及中线的电流,控制器4用于执行上述实施例的低压配电网防触电保护方法。
具体地,可以由零序电流检测电路3用于检测流经配电变压器的三相以及中线的电流,控制器4与零序电流检测电路3电连接,控制器4获取流经配电变压器的三相以及中线的电流,根据流经配电变压器的三相以及中线的电流、第一设定电流阈值和第二设定电流阈值控制配电变压器的中性点M至接地端GND之间的漏电流流经开关1或者高阻抗器2,第二设定电流阈值大于第一设定电流阈值。若漏电流流经高阻抗器2,在延时设定时间后,控制漏电流流经开关1,即控制开关1闭合,控制器4根据流经配电变压器的三相以及中线的电流和第二设定电流阈值控制配电变压器的中性点M至接地端GND之间的漏电流流经开关1或者高阻抗器2。
这样,利用控制器4对零序电流的两级判识,可对人体触电进行精确判识,解决了剩余电流保护值设置太小导致频繁动作停电,保护值设置太大又不能正确动作以保护人身安全的问题,在不改变电网运行方式的情况下,即在不停电的情况下实现了保护人身触电安全的同时,提高电网供电的可靠性。另外,通过延时自动恢复电网运行方式,可以识别瞬时故障造成的漏电流保护器动作,让配电网维护人员不用去现场处理瞬时接地故障,减轻低压配电网运维人员的工作量。
可选地,如图4所示,可以设置零序电流检测电路3安装于配电变压器的三相以及中线所在位置,零序电流检测电路3包括零序电流互感器。具体地,不对称运行和单相运行是零序电流产生的主要原因,在图4所示的三相四线制的电路中,正常情况下,三相电流的向量和等于零,如果在电路中接入一个零序电流检测电路3,例如零序电流互感器,这时感应电流为零。当电路中发生触电或漏电故障时,回路中有漏电电流流过,这时穿过零序电流互感器的三相电流向量和不等零,这样零序电流互感器二次线圈中就有一个感应电流。因此,设置零序电流检测电路3安装于配电变压器的三相以及中线所在位置,零序电流检测电路3包括零序电流互感器,可以实现对流经配电变压器的三相及中线的电流发热获取,进而确定剩余电流变化量ΔIΔn。
可选地,如图4所示,可以设置开关1的第一端与高阻抗器2的第一端电连接,并与中性点M电连接,开关1的第二端与高阻抗器2的第二端电连接,并与接地端GND电连接。具体地,开关1与高阻抗器2形成并联关系,控制器4可以通过对开关1的断开或闭合状态的调节,控制配电变压器的中性点M至接地端GND之间的漏电流流经开关1或者高阻抗器2,开关1闭合时,配电变压器的中性点M至接地端之间的漏电流流经开关1,开关1断开时,配电变压器的中性点M至接地端之间的电流流经高阻抗器2,有利于实现在人体触摸到带电火线时,可智能投入高阻抗器2,以限制流过人体的电流,防止人体触电,保护人身安全。
可选地,可以设置高阻抗器2包括串联的电阻器和电抗器,设置高阻抗器2的等效阻抗大于等于25千欧姆小于等于60千欧姆,高阻抗器2的电抗与电阻的比值大于等于30%,小于等于50%。利用特定阻抗值的高阻抗器2,可以实现在不停电的情况下,智能投入高阻抗器2,快速地保护触电者的人身安全,解决现有低压配电网剩余电流保护器频繁动作导致停电、发生人身触电时漏电保护器有时不能正确动作的问题,实现人体触电的有效和可靠保护。示例性地,开关1可以采用常闭开关,例如可以用交流接触器作为常闭开关。
图5为本发明实施例提供的另一种低压配电网防触电保护装置的结构示意图。在图4所示结构的低压配电网防触电保护装置的基础上,图5所示结构的低压配电网防触电保护装置还可以包括报警器5,控制器4与报警器5电连接,控制器4用于根据流经配电变压器的三相以及中线的电流控制报警器5的报警状态。具体地,第一级判识后延时设定时间,在控制器4根据剩余电流变化量进行第二级判识时,控制器4还可以在检测到剩余电流变化量大于等于第二设定电流阈值时,控制报警器5发出报警信号,以提醒运维人员进行及时的处理。示例性地,报警器5可以为声音报警器,也可以为灯光报警器,本发明实施例对此不作具体限定。
本发明实施例还提供一种存储介质,例如计算机可读存储介质,存储介质存储程序或指令,该程序或指令使计算机执行行时用于执行低压配电网防触电保护方法,该方法包括:
获取流经配电变压器的三相以及中线的电流;
根据流经配电变压器的三相以及中线的电流、第一设定电流阈值和所述第二设定电流阈值控制所述配电变压器的中性点至接地端之间的漏电流流经开关或者高阻抗器;其中,所述第二设定电流阈值大于所述第一设定电流阈值;
若所述漏电流流经所述高阻抗器,在延时设定时间后,控制所述漏电流流经所述开关,根据流经配电变压器的三相以及中线的电流和所述第二设定电流阈值控制所述配电变压器的中性点至接地端之间的漏电流流经所述开关或者所述高阻抗器。
可选地,该计算机可执行指令在由计算机处理器执行时还可以用于执行本申请任意实施例所提供的低压配电网防触电保护方法的技术方案。
通过以上关于实施方式的描述,所属领域的技术人员可以清楚地了解到,本申请可借助软件及必需的通用硬件来实现,当然也可以通过硬件实现,但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解,本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory, ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory,RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本申请各个实施例的方法。
本领域的技术人员能够理解,尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征,但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式,但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型,这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。