CN112103935A - 具有谐振接地特点的主动干预消弧装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有谐振接地特点的主动干预消弧装置，包括并列设置在母线与地之间的感抗值可调的消弧支路和能够根据系统接地状态自动启动判相并自动限流的故障相投切支路；所述消弧支路和故障相投切支路分别与控制器连接，控制器的输入端分别与消弧支路的电流互感器、故障相投切支路的电流互感器以及中性点的电压互感器的输出端连接。本发明可使主动干预消弧装置实际工作在谐振接地系统中，不仅能够提高对高阻接地故障的识别能力，而且还可避免发生铁磁谐振及母线PT过流，并且在由于判相错误或异相接地发生两相短路时自动限制短路电流，有效提高了系统安全运行水平。
Description
技术领域
本发明涉及配电设备技术领域，特别是一种消弧装置。
背景技术
单相接地故障是配电网最为常见的故障之一，主动干预消弧技术应用在中压配电网中，提供三个单相对地开关，在系统发生单相接地故障时，闭合故障相分流开关，及时将接地相接地，将故障点电流快速降为零，利用电压消弧原理，破坏产生电弧的机制，实现不受电弧电流大小影响的消弧效果，进一步降低故障点发生人身伤亡的几率。但主动干预消弧技术存在如下问题：1)主动干预消弧装置工作于中性点不接地运行方式，无法像谐振接地方式一样有效抑制铁磁谐振及内部过电压的发生，特别是在接地消失复归时，极易激发铁磁谐振造成PT熔丝熔断，甚至烧毁事故；2)主动干预消弧装置对高阻接地识别能力仅为几百欧姆，显著低于谐振接地系统；3)主动干预消弧装置不能限制因装置本身错判相及系统异相接地而引发的两相接地短路电流，会对设备和电网造成大电流冲击损害。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种具有谐振接地特点的主动干预消弧装置，可使主动干预消弧装置实际工作在谐振接地系统中，不仅能够提高对高阻接地故障的识别能力，而且还可避免发生铁磁谐振及母线PT过流，并且在由于判相错误或异相接地发生两相短路时自动限制短路电流，有效提高系统安全运行水平。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
具有谐振接地特点的主动干预消弧装置，包括并列设置在母线与地之间的感抗值可调的消弧支路和能够根据系统接地状态自动启动判相并自动限流的故障相投切支路；所述消弧支路和故障相投切支路分别与控制器连接，控制器的输入端分别与消弧支路的电流互感器、故障相投切支路的电流互感器以及中性点的电压互感器的输出端连接。
上述具有谐振接地特点的主动干预消弧装置，所述消弧支路包括串联连接在母线与地之间的接地变压器、真空高压接触器、消弧线圈以及阻尼电阻；消弧线圈的受控端连接控制器的输出端，控制器根据系统对地容抗调节消弧线圈的感抗值。
上述具有谐振接地特点的主动干预消弧装置，所述接地变压器为Z型接地变压器。
上述具有谐振接地特点的主动干预消弧装置，所述消弧线圈为调匝式消弧线圈、调容式消弧线圈、相控式消弧线圈、磁控式消弧线圈、偏磁式消弧线圈、二次调感式消弧线圈或者由三相五柱式变压器加调谐电感构成的消弧线圈。
上述具有谐振接地特点的主动干预消弧装置，所述故障相投切支路包括串联连接在母线与地之间的投切单元、自动限流装置和低励磁阻抗变压器，低励磁阻抗变压器的二次侧连接有向系统中注入特征电流的信号源，投切单元、自动限流装置和信号源的受控端分别连接控制器的输出端。
上述具有谐振接地特点的主动干预消弧装置，所述投切单元包括一端共接于自动限流装置、另一端分别与母线各相线连接的三个故障相分流开关。
由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。
本发明具有谐振接地特点，可实际工作在谐振接地系统中，通过调节消弧线圈感抗值的变化，使其与系统对地容抗近似相等，达到串联谐振的目的，并在系统发生单相接地故障时，消弧线圈与系统容抗转换为接近于并联谐振的状态，系统等效零序阻抗较高，同样数值的高阻接地引起的系统中性点位移电压变化量较之无消弧线圈的系统大幅增加，从而提高了对高阻接地故障的识别能力；另一方面，当系统发生某些扰动而引发过电压或者电流涌流出现时，由于消弧线圈阻抗较母线PT小几个数量级，消弧线圈成为过电压和电流涌流的通路，母线PT将不再出现大的涌流，避免了铁磁谐振及母线PT过流现象的发生，有效提高了系统安全运行水平。
另外，本发明在工作过程中，当接地相故障分流开关闭合后，如果出现两相接地短路情况且接地短路电流大于设定值，自动限流装置将被启动，会将后续的短路电流限制在设定值以内，有效避免了大电流对设备和电网造成冲击损害。
附图说明
图1为本发明的系统接线图。
其中：JDB.Z型接地变压器；KL.高压真空接触器；XL.消弧线圈；RN.阻尼电阻；KA、KB、KC.故障相分流开关；XLQ.自动限流装置；ZRB.低励磁阻抗变压器；APC.信号源；XC.系统对地电容；RD.接地电阻。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步详细说明。
一种具有谐振接地特点的主动干预消弧装置，包括消弧支路、故障相投切支路和控制器，消弧支路和故障相投切支路并列设置在母线与地之间，消弧支路和故障相投切支路分别与控制器连接，控制器的输入端分别与消弧支路的电流互感器、故障相投切支路的电流互感器以及中性点的电压互感器的输出端连接。
正常运行时，控制器根据电流互感器和电压互感器的测量值实时计算系统对地电容容抗值，并根据计算值调节消弧支路的感抗值，使之与系统容抗的残流处于略微过补或欠补的状态；当系统发生单相接地故障时，故障相投切支路将故障相直接接地，消弧支路感抗值与系统容抗转换为接近于并联谐振状态，提高对高阻接地故障的识别能力。
本发明中消弧支路的感抗值为可调节型，消弧支路包括串联连接在母线与地之间的接地变压器JDB、真空高压接触器KL、消弧线圈XL以及阻尼电阻RN，其中消弧线圈XL的受控端连接控制器的输出端，控制器根据系统对地容抗调节消弧线圈的感抗值。其中，接地变压器为Z型接地变压器JDB，消弧线圈为调匝式消弧线圈、调容式消弧线圈、相控式消弧线圈、磁控式消弧线圈、偏磁式消弧线圈、二次调感式消弧线圈或者由三相五柱式变压器加调谐电感构成的消弧线圈。
故障相投切支路能够根据系统接地状态进行故障相的接地、自动限流调节以及故障恢复后的装置状态恢复。故障相投切支路包括串联连接在母线与地之间的投切单元、自动限流装置XLQ和低励磁阻抗变压器ZRB，低励磁阻抗变压器ZRB的二次侧连接有向系统中注入特征电流的信号源APC，各设备之间的连接关系如图1所示，具体为：投切单元、自动限流装置XLQ和信号源APC的受控端分别连接控制器的输出端。上述投切单元包括三个故障相分流开关KA、KB、KC，三个故障相分流开关KA、KB、KC的一端共接于自动限流装置XLQ，另一端分别与母线各相线连接。
本发明的工作过程如下。
在系统正常运行中，消弧支路投入运行，故障相投切支路的三个故障相分流开关KA、KB、KC均处于断开状态，控制器实时计算系统对地电容容抗，然后调节消弧线圈电抗值，使系统残流处于略微过补或欠补的状态。当系统发生某些扰动(例如倒闸操作、系统参数变化、发生故障或主动干预消弧装置退出)而引发过电压或者电流涌流出现时，由于消弧线圈阻抗较母线PT小几个数量级，消弧线圈成为过电压和电流涌流的通路，母线PT不再出现大的涌流，从而避免了铁磁谐振及母线PT过流现象的发生，有效提高了系统安全运行水平。
当系统发生单相接地故障时，中性点位移电压升高，启动控制器进行故障相识别，在判相完成后将接地的故障相分流开关闭合，然后将消弧线圈退出运行。
在接地分流的过程中，控制器通过控制信号源向系统注入特征电流，通过比较各出线回路特征电流变化来判断接地线路：各出线回路中，特征电流变化最大的出线回路即为接地线路。
如果故障相分流开关闭合后，出现错判相或再次发生异相接地，必将造成两相接地短路，此时接地短路电流大于设定值，自动限流装置被启动，将后续的短路电流限制在设定值以内，避免了大电流对设备和电网造成冲击损害。
控制器在故障相分流开关闭合后，会通过信号源向系统注入特征电流，然后通过检测接地线路上的电流变化是否与注入的特征电流相近来判断接地是否消失，如果接地线路的电流变化与注入的特征电流相近，则说明接地依然存在，反之接地已经消失。
当控制器确定单相接地消失后，首先将消弧线圈投入，然后断开故障相分流开关，装置恢复正常状态。本发明在系统发生单相接地故障时，消弧线圈与系统容抗转换为接近于并联谐振状态，系统等效零序阻抗较高，同样数值的高阻接地引起的系统中性点位移电压变化量较之无消弧线圈的系统大幅增加，从而提高对高阻接地故障的识别能力。并且，在单相接地故障状态下，接地变、消弧线圈等一次设备在大电流状态下只工作较短时间，因此可以按照短时工作制设计和制造，降低了成本和体积。
Claims (6)
1.具有谐振接地特点的主动干预消弧装置，其特征在于：包括并列设置在母线与地之间的感抗值可调的消弧支路和能够根据系统接地状态自动启动判相并自动限流的故障相投切支路；所述消弧支路和故障相投切支路分别与控制器连接，控制器的输入端分别与消弧支路的电流互感器、故障相投切支路的电流互感器以及中性点的电压互感器的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的具有谐振接地特点的主动干预消弧装置，其特征在于：所述消弧支路包括串联连接在母线与地之间的接地变压器(JDB)、真空高压接触器(KL)、消弧线圈(XL)以及阻尼电阻(RN)；消弧线圈(XL)的受控端连接控制器的输出端，控制器根据系统对地容抗调节消弧线圈的感抗值。
3.根据权利要求2所述的具有谐振接地特点的主动干预消弧装置，其特征在于：所述接地变压器为Z型接地变压器(JDB)。
4.根据权利要求2所述的具有谐振接地特点的主动干预消弧装置，其特征在于：所述消弧线圈为调匝式消弧线圈、调容式消弧线圈、相控式消弧线圈、磁控式消弧线圈、偏磁式消弧线圈、二次调感式消弧线圈或者由三相五柱式变压器加调谐电感构成的消弧线圈。
5.根据权利要求1所述的具有谐振接地特点的主动干预消弧装置，其特征在于：所述故障相投切支路包括串联连接在母线与地之间的投切单元、自动限流装置(XLQ)和低励磁阻抗变压器(ZRB)，低励磁阻抗变压器(ZRB)的二次侧连接有向系统中注入特征电流的信号源(APC)，投切单元、自动限流装置(XLQ)和信号源(APC)的受控端分别连接控制器的输出端。
6.根据权利要求5所述的具有谐振接地特点的主动干预消弧装置，其特征在于：所述投切单元包括一端共接于自动限流装置(XLQ)、另一端分别与母线各相线连接的三个故障相分流开关。
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