CN112117747B - 一种接地故障电流混合补偿系统及配合方法 - Google Patents

一种接地故障电流混合补偿系统及配合方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种接地故障电流混合补偿系统及配合方法，所述系统包括：全补偿装置、消弧线圈、小电阻、可控限流电抗器和控制器；其中，所述全补偿装置的输入端分别与系统中性点和系统母线连接，输出端接地；所述消弧线圈和所述小电阻并联连接，所述消弧线圈的一端与系统中性点连接，另一端接地；所述小电阻的一端与系统中性点连接，另一端接地，所述小电阻串联有小电阻开关；所述可控限流电抗器与所述全补偿装置串联；所述控制器与所述全补偿装置、所述消弧线圈、所述小电阻开关和所述可控限流电抗器连接。本发明可对接地故障电流进行全补偿及控制故障电流，实现接地故障的灵活、可靠处理。

Description

一种接地故障电流混合补偿系统及配合方法
技术领域
本发明属于配电网系统单相接地故障补偿领域，具体涉及一种接地故障电流混合补偿系统及配合方法。
背景技术
单相接地故障是配电网系统中常见的一种故障，多发生在潮湿、多雨天气。配电网系统的供电方式一般采用三相电路，当三相电路中的其中一相电路和大地发生短路时，即发生了单相接地故障。发生单相接地故障后，故障相对地电压降低，非故障两相的相电压升高，但线电压却依然对称，因而不影响对用户的连续供电，系统可带故障运行1～2h。
但是若发生单相接地故障时配电网长期运行，因非故障的两相对地电压升高，可能引起绝缘的薄弱环节被击穿，发展成为相间短路，使事故扩大，影响用户的正常用电。还可能使电压互感器铁心严重饱和，导致电压互感器严重过负荷而烧毁。同时弧光接地还会引起全系统过电压，进而损坏设备，严重影响配电网及设备的安全运行。
为了消除单相接地故障的影响，配电网系统中主要采用消弧线圈或小电阻接地方式。当系统的电容电流大于10A以上时，采用消弧线圈接地方式。消弧线圈能够在一定程度上减少故障电流，但消弧线圈不能实现全补偿，故障点依然存在小于10A的残流，残流的存在可引起人身触电、火灾事故，以及严重威胁电网和设备的安全稳定运行。当系统的电容电流较大时，多采用小电阻接地方式，当发生单相接地故障时，放大故障线路零序电流，继电保护装置快速切除故障线路，但此种接地方式供电可靠性难以保障，且存在高电阻接地时，继电保护拒动的风险。
发明内容
本申请提供了一种接地故障电流混合补偿系统及配合方法。以解决配电网系统中采用消弧线圈或小电阻接地方式，无法对单相接地故障进行全补偿以及无法确保有效隔离故障的问题。
一方面，本申请提供了一种接地故障电流混合补偿系统，包括：全补偿装置、消弧线圈、小电阻、可控限流电抗器和控制器；
其中，所述全补偿装置的输入端分别与系统中性点和系统母线连接，所述全补偿装置的输出端接地；
所述消弧线圈和所述小电阻并联连接，所述消弧线圈的一端与系统中性点连接，所述消弧线圈的另一端接地；所述小电阻的一端与系统中性点连接，所述小电阻的另一端接地，所述小电阻与系统中性点之间串联有小电阻开关；
所述可控限流电抗器与所述全补偿装置串联；
所述控制器分别与所述全补偿装置、所述消弧线圈、所述小电阻开关和所述可控限流电抗器连接。
可选的，所述全补偿装置为自产供电电源全补偿装置或者可控电压源全补偿装置。
可选的，所述可控限流电抗器连接在所述全补偿装置和系统中性点之间。
可选的，所述可控限流电抗器连接在所述全补偿装置和地之间。
可选的，所述可控限流电抗器包括电抗器和短接开关，所述电抗器和所述短接开关并联。
可选的，所述电抗器热短路电流设置为2～5倍系统电容电流，持续时间大于等于10s；所述电抗器的持续运行电流设置为所述热短路电流的0.1～0.2倍。
可选的，所述短接开关设置为断路器、接触器和电力电子开关其中的一种。
另一方面，本申请还提供一种接地故障电流混合补偿方法，包括：
控制器监测配电网系统是否发生单相接地故障；
如果发生单相接地故障，所述控制器判别故障相，所述控制器闭合短接开关，根据所述故障相接入全补偿装置；
经过第一延迟时间后，所述控制器判断所述单相接地故障是否存在；
如果存在，断开所述短接开关；
经过第二延迟时间后，所述控制器判断所述单相接地故障是否存在；
如果存在，闭合小电阻开关，投入小电阻，断开所述全补偿装置；
经过第三延迟时间后，所述控制器断开所述小电阻开关，退出所述小电阻，闭锁所述小电阻开关和所述短接开关；
所述控制器判断所述单相接地故障是否存在；
如果存在，再次闭合所述短接开关，根据所述故障相接入所述全补偿装置。
可选的，所述方法还包括：经过第四延迟时间后，所述控制器判断所述单相接地故障是否存在；如果存在，所述控制器控制所述全补偿装置接入任意非故障相2s后断开。
可选的，所述第一延迟时间设置为5～20s，所述第二延迟时间设置为1～3s，所述第三延迟时间设置为2～5s，所述第四延迟时间设置为100s。
由以上技术方案可知，本申请提供了一种接地故障电流混合补偿系统及配合方法，所述系统包括：全补偿装置、消弧线圈、小电阻、可控限流电抗器和控制器；其中，所述全补偿装置的输入端分别与系统中性点和系统母线连接，所述全补偿装置的输出端接地；所述消弧线圈和所述小电阻并联连接，所述消弧线圈的一端与系统中性点连接，所述消弧线圈的另一端接地；所述小电阻的一端与系统中性点连接，所述小电阻的另一端接地，所述小电阻串联有小电阻开关；所述可控限流电抗器与所述全补偿装置串联；所述控制器与所述全补偿装置、所述消弧线圈、所述小电阻开关和所述可控限流电抗器连接。
根据本申请提供的一种接地故障电流混合补偿系统及配合方法，首先通过自产供电电源或可控电压源全补偿装置对单相接地故障进行电流全补偿。如果单相接地故障仍然存在，再通过消弧线圈或小电阻接地系统，快速隔离故障。如果单相接地故障隔离失败，最后利用自产供电电源或可控电压源全补偿装置可控制接地故障电流的特点，继续对单相接地故障进行隔离；或者通过自产供电电源或可控电压源全补偿装置对单相接地故障继续进行电流全补偿。本申请提供混合补偿系统及方法，通过全补偿装置和消弧线圈或小电阻接地方式，可以对单相接地故障进行电流全补偿以及可以有效隔离单相接地故障，实现接地故障的灵活、可靠处理。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种接地故障电流混合补偿系统的结构示意图；
图2为本申请另一实施例提供的一种接地故障电流混合补偿系统的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的可控限流电抗器的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种接地故障电流混合补偿配合方法的流程图。
具体实施方式
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。
请参阅图1，图1为本申请实施例提供的一种接地故障电流混合补偿系统的结构示意图。
一方面，本申请提供了一种接地故障电流混合补偿系统，包括：全补偿装置1、消弧线圈2、小电阻3、可控限流电抗器4和控制器5；其中，所述全补偿装置1的输入端分别与系统中性点和系统母线连接，所述全补偿装置1的输出端接地。
所述全补偿装置1可以产生与配电网系统中故障相相反的全补偿电源，具有对单相接地故障进行电流全补偿的作用。所述全补偿装置1主要由分相接地开关、电压源、连接变压器和接地变压器等组成。根据实际使用需求可以增加和更改可以实现其他功能的器件。本申请对所述全补偿装置1的具体组成结构不做具体限定。
所述消弧线圈2和所述小电阻3并联连接，所述消弧线圈2的一端与系统中性点连接，所述消弧线圈2的另一端接地；所述小电阻3的一端与系统中性点连接，所述小电阻3的另一端接地，所述小电阻3与系统中性点之间串联有小电阻开关31。
消弧线圈2是一种带铁芯的电感线圈。所述消弧线圈2接于配电网系统的中性点与大地之间，构成消弧线圈接地系统。正常运行时，消弧线圈2中无电流通过。而当电网受到雷击或发生单相电弧性接地故障时，中性点电位将上升到相电压，这时流经消弧线圈2的电感性电流与单相接地的电容性故障电流相互抵消，使故障电流得到补偿，补偿后的残余电流变得很小，不足以维持电弧，从而自行熄灭。这样，就可使接地故障迅速消除而不致引起过电压。
所述消弧线圈2和所述小电阻3并联连接，正常运行时，将消弧线圈2接入到系统中，小电阻3不投入运行，小电阻开关31处于断开状态。配电网系统发生单相接地故障后，若接地故障持续时间超过整定时间，判定为发生永久性接地故障，此时闭合小电阻开关31，接入小电阻3产生足够大的阻性电流，触发故障线路零序电流保护动作，隔离故障线路。
所述可控限流电抗器4与所述全补偿装置1串联。将所述可控限流电抗器4接入电流混合补偿系统，可以提高线路零序电流，触发故障线路零序电流保护跳闸，具有隔离故障线路的作用。
所述控制器5分别与所述全补偿装置1、所述消弧线圈2、所述小电阻开关31和所述可控限流电抗器4连接。所述控制器5用于监测电网系统状态，判断是否发生单相接地故障，查找故障相。所述控制器5还用于控制全补偿装置1的接入和断开；控制消弧线圈2的电抗；控制小电阻开关31的开启和闭合；控制可控限流电抗器4的接入和断开。
可选的，所述全补偿装置1为自产供电电源全补偿装置或者可控电压源全补偿装置。
自产供电电源全补偿装置和可控电压源全补偿装置不仅可以在配电网系统发生单相接地故障需要电流全补偿时可以进行全补偿。而且，在不需要电流全补偿时，可以投入非故障相放大故障线路零序电流，触发故障线路零序电流保护跳闸，隔离故障线路。
请参阅图2，图2为本申请另一实施例提供的一种接地故障电流混合补偿系统的结构示意图。
可选的，所述可控限流电抗器4连接在所述全补偿装置1和系统中性点之间。
可选的，所述可控限流电抗器4连接在所述全补偿装置1和地之间。
在本实施例中，所述可控限流电抗器4有两种连接方式，可控限流电抗器4的一端与全补偿装置1连接，可控限流电抗器4的另一端与系统中性点或者与地连接。如果所述可控限流电抗器4的另一端接地，在设计限流电抗器4的绝缘能力时可以降低接地端的电抗器绝缘水平设计，从而降低限流电抗器4成本。
请参阅图3，图3为本申请实施例提供的可控限流电抗器的结构示意图。
可选的，所述可控限流电抗器4包括电抗器41和短接开关42，所述电抗器41和所述短接开关42并联。控制器5通过控制所述短接开关42的开启和闭合，以控制所述可控限流电抗器4在混合补偿系统中的接入和断开。
可选的，所述电抗器41热短路电流设置为2～5倍系统电容电流，持续时间大于等于10s；所述电抗器41的持续运行电流设置为所述热短路电流的0.1～0.2倍。
在本实施例中，所述电抗器41非接地端的绝缘水平应与系统中性点绝缘水平一致，接地端的绝缘水平可按分级绝缘设计，一般为3kV～5kV。
所述电抗器41的电抗值由下式确定：
Figure BDA0002700068550000061
其中，XL为限流保护电抗器的电抗值；Ibase为限流保护电抗器的热短路电流；
Figure BDA0002700068550000062
为所述配电网系统额定(线)电压；XT为全补偿系统归算至系统中性点一侧的漏抗。
所述电抗器41满足以上条件，可以在降低所述限流电抗器4成本，同时，达到接地故障电流混合补偿系统的需求。
可选的，所述短接开关42设置为断路器、接触器和电力电子开关其中的一种。断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能在规定的时间内关合、承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置。接触器是利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器。根据实际使用需求，结合造价成本，可以选择合适的短接开关42。
请参阅图4，图4为本申请实施例提供的一种接地故障电流混合补偿配合方法的流程图。
另一方面，本申请还提供一种接地故障电流混合补偿配合方法，包括：
S1：控制器5监测配电网系统是否发生单相接地故障。
S2：如果发生单相接地故障，所述控制器5判别故障相，所述控制器5闭合短接开关42，根据所述故障相接入全补偿装置1。通过全补偿装置1主动输出电流或电压降低接地电流，以及与消弧线圈2共同补偿接地电流。
S3：经过第一延迟时间后，所述控制器5判断所述单相接地故障是否存在。
S4：如果存在，断开所述短接开关42。如果经过第一延迟时间后还有故障，说明所述单相接地故障为永久故障。永久故障下，断开所述短接开关42可以将限流电抗器4接入，提高线路零序电流，触发故障线路零序电流保护跳闸，实现故障隔离。
S5：经过第二延迟时间后，所述控制器5判断所述单相接地故障是否存在。
S6：如果存在，闭合小电阻开关31，投入小电阻3，断开所述全补偿装置1。
如果限流电抗器4投入仍没能触发故障线路的零序电流保护跳闸，所述单相接地故障仍然存在。就需要进一步增大故障线路零序电流以促使故障线路零序电流保护跳闸。接入小电阻3是为了启动故障线路的零序电流保护跳闸，隔离故障线路。投入小电阻3后，全补偿装置1将被小电阻3短接，因此要断开所述全补偿装置1。
S7：经过第三延迟时间后，所述控制器5断开所述小电阻开关31，退出所述小电阻3，闭锁所述小电阻开关31和所述短接开关42。
小电阻3不能长时间接入系统，否则会被烧毁。因此，经过第三延迟时间后，要退出所述小电阻3。
小电阻3和限流电抗器4投入后，在短时间内不能再次投入，因为小电阻3和限流电抗器4只能短时工作，需要等待其温度降下来才能再次工作。因此为了防止小电阻3和限流电抗器4损坏，需要闭锁所述小电阻开关31和所述短接开关42。
S8：所述控制器5判断所述单相接地故障是否存在。
S9：如果存在，再次闭合所述短接开关42，根据所述故障相接入所述全补偿装置1。如果小电阻3投入了也没有隔离故障线路，仍存在单相接地故障。即可能出现高电阻接地，由于接地电阻限制了零序电流，导致故障线路零序电流保护不能启动。这时还应对单相接地故障继续进行处理，所以再次接入所述全补偿装置1进行补偿。
可选的，所述方法还包括：
S10：经过第四延迟时间后，所述控制器5判断所述单相接地故障是否存在。
S11：如果存在，所述控制器5控制所述全补偿装置1接入任意非故障相2s后断开。
通过全补偿装置1接入任意非故障相，使全补偿装置1并非工作在补偿状态。其目的和接入小电阻3的目的类似，为了增大故障线路零序电流，触发其跳闸，隔离故障线路。
可选的，所述第一延迟时间设置为5～20s，所述第二延迟时间设置为1～3s，所述第三延迟时间设置为2～5s，所述第四延迟时间设置为100s。
对于瞬时性的接地故障，5～20s后接地故障已经消除，不需要再进行补偿了。如果经过5～20s还有故障，说明为永久故障。因此，将第一延迟时间设置为5～20s。第二延迟时间设置为1～3s，是作为限流电抗器4触发故障线路的跳闸时间。小电阻3本身不能长时间接入系统，否则会被烧毁，因此，将第三延迟时间设置为2～5s。第四延迟时间设置为100s，作为对单相接地故障继续进行处理，再次接入全补偿装置1和消弧线圈2共同进行补偿后，单相接地故障是否消除的判断时间。
由以上技术方案可知，本申请提供了一种接地故障电流混合补偿系统及配合方法，所述系统包括：全补偿装置1、消弧线圈2、小电阻3、可控限流电抗器4和控制器5；其中，所述全补偿装置1的输入端分别与系统中性点和系统母线连接，所述全补偿装置1的输出端接地；所述消弧线圈2和所述小电阻3并联连接，所述消弧线圈2的一端与系统中性点连接，所述消弧线圈2的另一端接地；所述小电阻3的一端与系统中性点连接，所述小电阻3的另一端接地，所述小电阻3串联有小电阻开关31；所述可控限流电抗器4与所述全补偿装置1串联；所述控制器5与所述全补偿装置1、所述消弧线圈2、所述小电阻开关31和所述可控限流电抗器4连接。
根据本申请提供的一种接地故障电流混合补偿系统及配合方法，首先通过自产供电电源或可控电压源全补偿装置1对单相接地故障进行电流全补偿。如果单相接地故障仍然存在，再通过消弧线圈2或小电阻3接地系统，快速隔离故障。如果单相接地故障隔离失败，最后利用自产供电电源或可控电压源全补偿装置1可控制接地故障电流的特点，继续对单相接地故障进行隔离；或者通过自产供电电源或可控电压源全补偿装置1对单相接地故障继续进行电流全补偿。本申请提供混合补偿系统及方法，通过全补偿装置1和消弧线圈2或小电阻3接地方式，可以对单相接地故障进行电流全补偿以及可以有效隔离单相接地故障，实现接地故障的灵活、可靠处理。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种接地故障电流混合补偿系统，其特征在于，包括：全补偿装置(1)、消弧线圈(2)、小电阻(3)、可控限流电抗器(4)和控制器(5)；
其中，所述全补偿装置(1)的输入端分别与系统中性点和系统母线连接，所述全补偿装置(1)的输出端接地；
所述消弧线圈(2)和所述小电阻(3)并联连接；所述消弧线圈(2)的一端与系统中性点连接，所述消弧线圈(2)的另一端接地；所述小电阻(3)的一端与系统中性点连接，所述小电阻(3)的另一端接地，所述小电阻(3)与系统中性点之间串联有小电阻开关(31)；
所述可控限流电抗器(4)与所述全补偿装置(1)串联；
所述控制器(5)分别与所述全补偿装置(1)、所述消弧线圈(2)、所述小电阻开关(31)和所述可控限流电抗器(4)连接；
所述可控限流电抗器(4)连接在所述全补偿装置(1)和系统中性点之间；或连接在所述全补偿装置(1)和地之间；
所述可控限流电抗器(4)包括电抗器(41)和短接开关(42)，所述电抗器(41)和所述短接开关(42)并联。
2.根据权利要求1所述的接地故障电流混合补偿系统，其特征在于，所述全补偿装置(1)为自产供电电源全补偿装置或者可控电压源全补偿装置。
3.根据权利要求1所述的接地故障电流混合补偿系统，其特征在于，所述电抗器(41)热短路电流设置为2～5倍系统电容电流，持续时间大于等于10s；所述电抗器(41)的持续运行电流设置为所述热短路电流的0.1～0.2倍。
4.根据权利要求1所述的接地故障电流混合补偿系统，其特征在于，所述短接开关(42)设置为断路器、接触器和电力电子开关其中的一种。
5.一种接地故障电流混合补偿配合方法，其特征在于，包括：
控制器(5)监测配电网系统是否发生单相接地故障；
如果发生单相接地故障，所述控制器(5)判别故障相，所述控制器(5)闭合短接开关(42)，根据所述故障相接入全补偿装置(1)；
经过第一延迟时间后，所述控制器(5)判断所述单相接地故障是否存在；
如果存在，断开所述短接开关(42)；
经过第二延迟时间后，所述控制器(5)判断所述单相接地故障是否存在；
如果存在，闭合小电阻开关(31)，投入小电阻(3)，断开所述全补偿装置(1)；
经过第三延迟时间后，所述控制器(5)断开所述小电阻开关(31)，退出所述小电阻(3)，闭锁所述小电阻开关(31)和所述短接开关(42)；
所述控制器(5)判断所述单相接地故障是否存在；
如果存在，再次闭合所述短接开关(42)，根据所述故障相接入所述全补偿装置(1)。
6.根据权利要求5所述的接地故障电流混合补偿配合方法，其特征在于，还包括：经过第四延迟时间后，所述控制器(5)判断所述单相接地故障是否存在；如果存在，所述控制器(5)控制所述全补偿装置(1)接入任意非故障相2s后断开。
7.根据权利要求6所述的接地故障电流混合补偿配合方法，其特征在于，所述第一延迟时间设置为5～20s，所述第二延迟时间设置为1～3s，所述第三延迟时间设置为2～5s，所述第四延迟时间设置为100s。
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