CN112310953B - 一种过电压综合控制及消弧线圈接地故障管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力保护技术领域，公开了一种过电压综合控制及消弧线圈接地故障管理系统，包括系统电压控制模块、消弧线圈自动跟踪补偿模块、故障定位模块、内部过电压处理模块、接地变压器和监控中心模块，其中消弧线圈自动跟踪补偿模块、故障定位模块、内部过电压处理模块并联后连接至接地变压器的中性点，接地变压器与系统电压控制模块并联后连接至供电网络的母线系统，本发明综合考虑过电压产生的原因及可能造成的破坏，实现了对电网电压的一种整体性控制，确保了整个等电位系统所有供用电设备的安全运行，保障了供电的连续性，具有较高的实用价值和广泛的应用前景。

Description

一种过电压综合控制及消弧线圈接地故障管理系统

技术领域

本发明涉及电力保护技术领域，具体涉及一种过电压综合控制及消弧线圈接地故障管理系统。

背景技术

供电网络的电压控制与电流保护不同，电流保护一般以支路为单位进行实施，以综合保护配合断路器即可实现，而电压保护在某一电压等级整个供电网络是一个等电位，处理起来相对困难，一旦发生故障，造成的损失更大，所以对系统电压的控制尤其显得重要。目前中压电力系统采用的保护方案大多是针对某一种故障原因采用单一的防护措施。例如PT及避雷器柜的保护方案，其中避雷器是为了防止雷电侵入波过电压，主要针对早期以架空线路为主的输配电线路，由于雷击产生的相对地过电压；九十年代后期开始采用组合式过电压保护器，组合式过电压保护器可以同时防止相间过电压和相对地过电压，但二者的设计宗旨都只是为了防止瞬时性过电压，一旦过电压能量超出设计承受能力，就会造成避雷器或过电压保护器的爆炸。此外中性点经消弧线圈接地的保护方式主要原理是利用电感电流与电容电流在相位上差180°的原理对电容电流进行补偿。现行消弧线圈自动跟踪补偿或自动调谐是在电网工频（50Hz ）下完成的。电网在单相间歇性弧光接地时刻，在健康相（非故障相上）发生的弧光过电压和通过弧光接地故障点的总电流是幅值较大的高频电流，消弧线圈在高频下互相补偿或调谐具有一定的难度。即使消弧线圈的感性电流能完全补偿容性电流，中性点位移电压Uo将很高。过补偿方式可减小中性点位移电压，但失谐度大，将使线路接地电流太大，电弧不易熄灭，那么弧光过电压仍然存在。所以，消弧线圈自动跟踪或自动调谐可以对电容电流进行一定程度上的补偿，减少弧光接地发生的几率，但是不可能像一些杂志所报道的能“消除弧光接地过电压”，甚至在某些情况下可使过电压值更大。另外，非接地故障导致的系统过电压，消弧线圈无能为力。

2000年以后，市场上开始采用消弧柜、抑制柜或类似的产品。实际运行中效果并不理想，主要是忽略了整个中压供电系统是一个等电位，各种过电压保护装置如果没有参数的整体配合，保护的设置也不能形成一个整体的防护体系，其结果是导致有些保护设备形同虚设，甚至有些保护设备自身反而形成一个故障点，给用户增添了麻烦。比如“将弧光接地快速转变为金属接地”的消弧柜类的产品，如果没有前一级的保护配合，一般采用快动的方案，那么，一旦电压变化，即使是瞬时性的，消弧装置就会动作接地，事后技术人员又无法确定故障原因，也就是所谓的假误动。有些用户供电网络设置的消弧柜一年动作多达数十次，最后只能退出不用，这都是因为保护方案没有形成一个整体。而单独的抑制柜，由于其能量不可能设置为无穷大，一旦过电压的能量超出设计能力，能量抑制装置也会击穿爆炸。

进一步的由于电网质量的控制应包括测量、分析、处理三个层面，而系统电压又往往是一个等电位，所以采用某一种产品防范单一过电压的保护方案已经无法满足现代电网对供电质量的保护要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种过电压综合控制及消弧线圈接地故障管理系统，用以实现对电网电压的一种整体性控制，确保整个等电位系统所有供用电设备的安全运行，保障供电的连续性。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种过电压综合控制及消弧线圈接地故障管理系统，包括系统电压控制模块、消弧线圈自动跟踪补偿模块、故障定位模块、内部过电压处理模块、接地变压器和监控中心模块，其中：

所述消弧线圈自动跟踪补偿模块、故障定位模块、内部过电压处理模块并联后连接至接地变压器的中性点；

所述接地变压器与系统电压控制模块并联后连接至供电网络的母线系统；

所述系统电压控制模块配置成用于控制供电网络的过电压在供用电设备绝缘允许的范围以内；

所述消弧线圈自动跟踪补偿模块配置成用于对被保护的供电网络对地杂散电容电流进行补偿，降低供电网络对地的杂散电容电流，减少供电网络发生间歇性弧光接地的可能性；

所述故障定位模块配置成用于在供电网络发生接地故障时，在不改变供电网络运行方式下定位故障线路；

所述内部过电压处理模块配置成用于限制连接于接地变压器中性点的消弧线圈自动跟踪补偿模块、故障定位模块所产生的内部过电压的峰值、缓和过电压波头的陡度、抑制过电压的能量，实现对供用电设备绝缘的保护；

所述接地变压器用于为供电网络提供一个中性点，以通过该中性点连接消弧线圈自动跟踪补偿模块、故障定位模块和内部过电压处理模块；

所述监控中心模块用于接收系统其他功能模块传输的信号以及供电网络相关电参数，进行数据处理和结果判断生成，并生成控制信号传输至系统其他功能模块以执行关联动作。

优选地，所述系统电压控制模块包括第一限压单元、第一能量抑制单元、分相接地单元和第一信号采集单元；

所述第一限压单元配置成对供电网络系统的过电压峰值进行限制，并对过电压波头的陡度进行缓和，所述第一限压单元为包括金属氧化锌非线性电阻、碳化硅和阻容吸收器中的一种；

所述第一能量抑制单元配置成对供电网络系统的短时间过电压和长时间过电压产生的过电压能量进行吸收或抑制，其设计能量配置成在预定时间段能够承受供电网络系统过电压，所述能量抑制单元为高能非线性电阻；

所述分相接地单元配置成将供电网络系统间歇性弧光接地的故障相直接金属接地，强制性消除单相间歇性弧光接地，所述分相接地单元由分相控制的高压断路器或高压可控硅组成；

所述第一信号采集单元配置成采集系统电压控制模块对地电流参数并实时传送至监控中心模块，所述第一信号采集单元由电流互感器组成。

优选地，所述消弧线圈自动跟踪补偿模块包括消弧线圈、阻尼电阻和第二信号采集单元；

所述消弧线圈配置成在间歇性弧光接地故障时快速进行系统电容电流的补偿；

所述阻尼电阻配置成将谐振过电压限制在预定允许范围内；

所述第二信号采集单元配置成采集消弧线圈自动跟踪补偿模块对地电流参数并实时传送至监控中心模块，所述第二信号采集单元由电流互感器组成。

优选地，所述故障定位模块包括受控快速开关、接地电阻和第三信号采集单元；

所述受控快速开关配置成在发生单相接地故障时接收监控中心模块的控制指令执行接地电阻短时投入，所述受控快速开关为包括高速真空断路器、高压可控硅中的一种；

所述接地电阻配置成阻值可调节以控制故障定位过程中中性点对地的电流值；

所述第三信号采集单元配置成采集故障定位模块对地电流参数并实时传送至监控中心模块，所述第三信号采集单元由电流互感器组成。

优选地，所述内部过电压处理模块包括第二限压单元、第二能量抑制单元和第四信号采集单元；

所述第二限压单元配置成对内部过电压峰值进行限制，并对内部过电压波头的陡度进行缓和，所述第二限压单元为包括金属氧化锌非线性电阻、碳化硅和阻容吸收器中的一种；

所述第二能量抑制单元配置成对内部短时间过电压和长时间过电压产生的过电压能量进行吸收或抑制，其设计能量配置成在预定时间段能够承受内部过电压，所述能量抑制单元为高能非线性电阻；

所述第四信号采集单元配置成采集内部过电压处理模块对地电流参数并实时传送至监控中心模块，所述第四信号采集单元由电流互感器组成。

优选地，所述接地变压器包括一次侧的电网连接端子和二次侧的中性点连接端子，所述电网连接端子用于与供电网络三相电连接，所述中性点连接端子用于与包括消弧线圈自动跟踪补偿模块、故障定位模块和内部过电压处理模块在内的中性点功能模块的连接。

优选地，所述系统还包括设置在所述接地变压器中性点处的电压互感器，所述电压互感器用于采集系统中性点的电压参数并上传至监控中心模块。

优选地，所述系统还包括设置在所述接地变压器中性点的投切开关，用以实现与中性点连接的各功能模块的投切。

优选地，所述系统电压控制模块还包括分布安装在各开关柜出线端的过电压保护器。

优选地，所述监控中心模块用于接收系统其他功能模块传输的信号以及供电网络相关电参数，进行数据处理和结果判断生成，并生成控制信号传输至系统其他功能模块以执行关联动作具体包括：

监控中心模块接收供电网络系统的三相电压参数、中性点电压参数、管理系统所有出线回路的电流参数以及系统电压控制模块、消弧线圈自动跟踪补偿模块、故障定位模块、内部过电压处理模块的电流信号；

通过分析三相电压参数、中性点电压参数，判断该供电系统的电压是否发生异常，并根据电压异常特性，判断发生异常的原因；

通过分析管理系统所有出线回路的电流参数的变化，结合系统电压的变化，分析判断该回路是否发生故障以及故障原因；

通过分析系统电压控制模块、消弧线圈自动跟踪补偿模块、故障定位模块、内部过电压处理模块的电流信号，结合系统电压变化、各出线回路电流变化数据，进一步判断故障的性质，并反馈故障处理的效果，具体包括：

根据系统电压控制模块的电流信号，结合系统电压参数，进一步判断故障性质，并判断反馈该功能模块的处理效果；

根据消弧线圈自动跟踪补偿模块的电流信号，结合系统电压参数，进一步判断故障性质，并判断反馈该功能模块的处理效果；

根据内部过电压处理模块的电流信号，判断是否发生内部过电压，并判断反馈该功能模块的处理效果；

根据上述故障判断、确定是否属于单相接地故障，若是，则：

发送控制指令至故障定位模块中的受控快速开关，执行闭合动作，实现电网中性点通过接地电阻接地；

结合各出线回路的电流信号，确定发生单相接地的故障回路；

通过第三信号采集单元进一步确定故障性质，并判断反馈定位模块的处理效果；

根据上述故障判断结果以及反馈的各功能模块的处理效果判断：

若发生单相间歇性弧光接地故障，而上述功能模块处理效果没有达到预设目标时，发送控制指令至系统电压控制模块的分相接地单元，执行故障相接地动作，强制消除单相间歇性弧光接地。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明提供了一种基于等电位的电网电压整体控制方案，其针对中压供电网络，能够大大提高电网电压控制水平，有效提高电网运行可靠性，本发明的管理系统将电力监测技术、电压变化分析技术、电压控制技术有机地结合起来，实现电网电压的综合监控与保护，改变过去电网电压的分散监控、保护方案，达到一体化保护，使电网质量控制的概念在广度和深度上得到极大的延伸，进一步拓展了监控保护的针对性和适用性，全面提升电网质量自动监控保护的综合管理水平；

本发明设计的过电压综合控制及消弧线圈接地故障管理系统，将整个供电系统的电压监控、自动跟踪补偿、过压峰值限制、波头陡度缓和、电压突变的能量抑制、智能消弧、电子消谐、故障选线、通讯等各种电压突变保护措施通过参数的配合形成一个整体的防护体系，达到了等电位状态下的综合防范与处理，实现了立体式防护；

本发明设计的过电压综合控制及消弧线圈接地故障管理系统基于等电位的整体设置，在等电位系统内将电网电压作为一个整体进行保护设置，使得整个供电系统处于全面可靠的保护范围内，同时保护设备自身的安全得到保障，保护的广度全面提升；

本发明设计的过电压综合控制及消弧线圈接地故障管理系统能够进行全方位的过电压处理，通过集电网异常监测、系统参数分析、过电压故障处理、电容电流补偿、故障定位等功能于一体，各功能单元互相配合，互相保护，使系统电网处于全过程、全自动监控与保护状态，保护的深度全面提升；

本发明设计的过电压综合控制及消弧线圈接地故障管理系统能够进行全面的故障处理，根据系统发生过电压的自身属性进行限制过电压峰值、缓和波头陡度、抑制过电压能量等多方位可靠治理，克服消弧线圈只是针对接地故障的局限性；

本发明设计的过电压综合控制及消弧线圈接地故障管理系统通过故障处理系统与故障定位系统的合理配合，保障消弧线圈自动跟踪补偿的有效性与可靠性；

本发明设计的过电压综合控制及消弧线圈接地故障管理系统当系统发生单相接地故障时，电网异常监测系统能在短时间时间内作出响应，投入接地电阻，瞬时放大故障点接地电流信号，进而准确地确定故障线路；

本发明设计的过电压综合控制及消弧线圈接地故障管理系统可对系统电压及其谐波、电压闪变、弧光过电压、雷击过电压、操作过电压等稳态、暂态冲击进行实时监测、定时记录、报警，供用户分析系统的工作状态及判断故障原因。

关于本发明相对于现有技术，其他突出的实质性特点和显著的进步在实施例部分进一步详细介绍。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明的过电压综合控制及消弧线圈接地故障管理系统的电路结构图；

图2是本发明的过电压综合控制及消弧线圈接地故障管理系统的系统结构图；

图3为本发明过电压综合控制及消弧线圈接地故障管理系统与供电网络系统连接结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例，对发明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做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。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“设置”应做广义理解，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。

进一步的，在说明书及权利要求书当中使用了某些名称来指称特定组件。应当理解，本领域普通技术人员可能会用不同名称来指称同一个组件。本申请说明书及权利要求书并不以名称的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的实质性差异作为区分组件的准则。如在本申请说明书和权利要求书中所使用的“包含”或“包括”为一开放式用语，其应解释为“包含但不限定于”或“包括但不限定于”。具体实施方式部分所描述的实施例为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围。

实施例1

3-66kV中压供电网络过电压故障主要分为外部过电压和内部过电压，外部过电压主要指由于雷电引起的雷电侵入波过电压，内部过电压保护包括操作过电压、谐振过电压、弧光接地过电压等。

系统过电压对供用电设备的破坏主要决定于过电压的峰值、过电压波头的陡度和过电压的持续时间。过电压峰值越大，对供用电设备的绝缘破坏越大；过电压波头的陡度越大，冲击力越大；而过电压持续的时间越长，供用电设备承受的冲击也是越大，要可靠防护过电压，需要限制过电压的峰值、缓和过电压波头的陡度、抑制过电压的能量。

基于以上分析本实施例中的一种过电压综合控制及消弧线圈接地故障管理系统，是基于等电位系统的一种电网电压整体控制装置，综合考虑过电压产生的原因及可能造成的破坏，实现对电网电压的一种整体性控制，确保整个等电位系统所有供用电设备的安全运行，保障供电的连续性。

具体的，请参照图1-3，本实施例一种过电压综合控制及消弧线圈接地故障管理系统，包括系统电压控制模块1、消弧线圈自动跟踪补偿模块3、故障定位模块4、内部过电压处理模块5、接地变压器2和监控中心模块9，其中：

所述消弧线圈自动跟踪补偿模块3、故障定位模块4、内部过电压处理模块5并联后连接至接地变压器2的中性点；

所述接地变压器2与系统电压控制模块1并联后连接至供电网络的母线系统；

所述系统电压控制模块1配置成用于控制供电网络的过电压在供用电设备绝缘允许的范围以内；

所述消弧线圈自动跟踪补偿模块3配置成用于对被保护的供电网络对地杂散电容电流进行补偿，降低供电网络对地的杂散电容电流，减少供电网络发生间歇性弧光接地的可能性；

所述故障定位模块4配置成用于在供电网络发生接地故障时，在不改变供电网络运行方式下定位故障线路；

所述内部过电压处理模块5配置成用于限制连接于接地变压器中性点的消弧线圈自动跟踪补偿模块、故障定位模块所产生的内部过电压的峰值、缓和波头的陡度、抑制过电压的能量，实现对供用电设备绝缘的保护；

所述接地变压器2用于为供电网络提供一个中性点，以通过该中性点连接消弧线圈自动跟踪补偿模块3、故障定位模块4和内部过电压处理模块5；

所述监控中心模块9用于接收系统其他功能模块传输的信号以及供电网络相关电参数，进行数据处理和结果判断生成，并生成控制信号传输至系统其他功能模块以执行关联动作，具体包括：

监控中心模块9接收供电网络系统的三相电压参数、中性点电压参数、管理系统所有出线回路的电流参数以及系统电压控制模块1、消弧线圈自动跟踪补偿模块3、故障定位模块4、内部过电压处理模块5的电流信号；

通过分析三相电压参数、中性点电压参数，判断该供电系统的电压是否发生异常，并根据电压异常特性，判断发生异常的原因；

通过分析管理系统所有出线回路的电流参数的变化，结合系统电压的变化，分析判断该回路是否发生故障以及故障原因；

通过分析系统电压控制模块1、消弧线圈自动跟踪补偿模块3、故障定位模块4、内部过电压处理模块5的电流信号，结合系统电压变化、各出线回路电流变化数据，进一步判断故障的性质，并反馈故障处理的效果，具体包括：

根据系统电压控制模块1的电流信号，结合系统电压参数，进一步判断故障性质，并判断反馈该功能模块的处理效果；

根据消弧线圈自动跟踪补偿模块3的电流信号，结合系统电压参数，进一步判断故障性质，并判断反馈该功能模块的处理效果；

根据内部过电压处理模块5的电流信号，判断是否发生内部过电压，并判断反馈该功能模块的处理效果；

根据上述故障判断、确定是否属于单相接地故障，若是，则：

发送控制指令至故障定位模块4中的受控快速开关，执行闭合动作，实现电网中性点通过接地电阻4b接地；

结合各出线回路的电流信号，确定发生单相接地的故障回路；

通过第三信号采集单元4c进一步确定故障性质，并判断反馈定位模块4的处理效果；

根据上述故障判断结果以及反馈的各功能模块的处理效果判断：

若发生单相间歇性弧光接地故障，而上述功能模块处理效果没有达到预设目标时，发送控制指令至系统电压控制模块1的分相接地单元1c，执行故障相接地动作，强制消除单相间歇性弧光接地。

本实施例中系统电压控制模块1包括第一限压单元1a、第一能量抑制单元1b、分相接地单元1c和第一信号采集单元1d；

所述第一限压单元1a配置成对供电网络系统的过电压峰值进行限制，并对过电压波头的陡度进行缓和，所述第一限压单元1a为包括金属氧化锌非线性电阻、碳化硅和阻容吸收器中的一种；

所述第一能量抑制单元1b配置成对供电网络系统的短时间过电压和长时间过电压产生的过电压能量进行吸收或抑制，其设计能量配置成在预定时间段能够承受供电网络系统过电压，所述能量抑制单元1b为高能非线性电阻；

所述分相接地单元1c配置成将供电网络系统间歇性弧光接地的故障相直接金属接地，强制性消除单相间歇性弧光接地，所述分相接地单元1c由分相控制的高压断路器或高压可控硅组成；

所述第一信号采集单元1d配置成采集系统电压控制模块1对地电流参数并实时传送至监控中心模块9，所述第一信号采集单元1d由电流互感器组成。

本实施例中消弧线圈自动跟踪补偿模块3包括消弧线圈3a、阻尼电阻3b和第二信号采集单元3c；

所述消弧线圈3a配置成在间歇性弧光接地故障时快速进行系统电容电流的补偿；

所述阻尼电阻3b配置成将谐振过电压限制在预定允许范围内；

所述第二信号采集单元3c配置成采集消弧线圈自动跟踪补偿模块对地电流参数并实时传送至监控中心模块9，所述第二信号采集单元3c由电流互感器组成。

本实施例中故障定位模块4包括受控快速开关4a、接地电阻4b和第三信号采集单元4c；

所述受控快速开关4a配置成在发生单相接地故障时接收监控中心模块9的控制指令执行接地电阻4b短时投入，所述受控快速开关4a为包括高速真空断路器、高压可控硅中的一种；

所述接地电阻4b配置成阻值可调节以控制故障定位过程中中性点对地的电流值；

所述第三信号采集单元4c配置成采集故障定位模块对地电流参数并实时传送至监控中心模块9，所述第三信号采集单元4c由电流互感器组成。

本实施例中内部过电压处理模块5包括第二限压单元5a、第二能量抑制单元5b和第四信号采集单元5c；

所述第二限压单元5a配置成对内部过电压峰值进行限制，并对内部过电压波头的陡度进行缓和，所述第二限压单元5a为包括金属氧化锌非线性电阻、碳化硅和阻容吸收器中的一种；

所述第二能量抑制单元5b配置成对内部短时间过电压和长时间过电压产生的过电压能量进行吸收或抑制，其设计能量配置成在预定时间段能够承受内部过电压，所述第二能量抑制单元5b为高能非线性电阻；

所述第四信号采集单元5c配置成采集系内部过电压处理模块5对地电流参数并实时传送至监控中心模块9，所述第四信号采集单元5c由电流互感器组成。

本实施例中接地变压器2包括一次侧的电网连接端子和二次侧的中性点连接端子，所述电网连接端子用于与供电网络三相电连接，所述中性点连接端子用于与包括消弧线圈自动跟踪补偿模块3、故障定位模块4和内部过电压处理模块5在内的中性点功能模块的连接。

本实施例中系统还包括设置在所述接地变压器2中性点处的电压互感器6，所述电压互感器6用于采集系统中性点的电压参数并上传至监控中心模块9。

本实施例中系统还包括设置在所述接地变压器2中性点的投切开关7，用以实现与中性点连接的各功能模块的投切。

本实施例中还包括控制开关8，实现各功能模块与供电系统的连接。

本实施例中系统电压控制模块1还包括分布安装在各开关柜出线端的过电压保护器10。

在本实施例中利用利用第一限压单元1a、过电压保护器10限制过电压峰值的上升实现对供用电设备绝缘的保护，过电压保护器10可以设置在每个高压开关柜的出线端，第一限压单元1a抗冲击能力较强、可以缓和过电压波头的的陡度，限制过电压的峰值。每个保护单元的动作参数配合一致，主要作用是限制断路器关合过程中产生的操作过电压，和系统外部（雷电侵入波）、内部（操作、谐振、接地等）产生的瞬时性过电压。作为系统过电压控制的第1级保护。

利用第一限压单元1a、过电压保护器10的非线性特性，缓和过电压波头的陡度、过电压波头陡度越大，对供电网络的破坏力越大，利用无间隙的氧化锌非线性电阻的非线性伏安特性或者阻容吸收器的阻容特性来缓和过电压波头陡度，而现有常用的串联间隙的保护器人为地提高了过电压波头的陡度，所以其事故率较高，对过电压的限制能力较弱。

由于电压突变也是一种能量突变，过电压的能量与其持续的时间成比例关系，过电压持续时间越长，能量越大，对电网的破坏力越大，所以要可靠抑制系统过电压，对过电压能量的处理十分关键，依靠过电压保护器10、第一限压单元1 a等高压氧化锌非线性电阻，只能对瞬时性过电压的能量进行限制，而对于短时间过电压和长时间过电压产生的过电压能量，无论是避雷器还是过电压保护器都无法实现可靠的吸收抑制，本实施例中的第一能量抑制单元1b采用高能非线性电阻对过电压能量进行吸收、抑制，同时第一能量抑制单元1b的设计能量应该保证其能够承受系统过电压在一定的时间段，所述的时间段是根据供电系统保护的需要以及过电压综合控制及消弧线圈接地故障管理系统配合的要求而确定的，比如可以设定为使用能量的承受时间设置在3秒、标称能量的承受时间设置为5秒。主要针对短时间过电压，第一能量抑制单元1b是系统过电压控制的第2级防护。

本发明的分相接地单元1c可以由分相控制的高压断路器或高压可控硅组成。作为后备保护，选择性设置，当供电系统发生长时间单相接地故障，产生长时间间歇性弧光接地过电压，消弧线圈自动跟踪补偿模块3没有达到效果，而过电压的能量通过限压单元1a、能量抑制单元1b的控制还无法消除时，则通过分相接地单元1c将间歇性弧光接地的故障相直接金属接地，强制性消除单相间歇性弧光接地，其主要针对长时间弧光接地过电压，作为系统过电压控制的第3级保护。

本实施例中的消弧线圈自动跟踪补偿模块3实现对被保护的供电网络对地杂散电容电流的补偿，降低系统对地的杂散电容电流，减少系统发生间歇性弧光接地的可能性；

其中消弧线圈3a采用预调式，没有延时，系统如果发生接地故障，消弧线圈3a快速进行系统电容电流的补偿，补偿残流小于一定值时，弧光消除，它的功能主要是针对破坏力比较大的间歇性弧光接地故障；对于消弧线圈自动跟踪补偿装置3在补偿过程中产生的过电压，补偿不到位而无法消除的系统过电压，以及非接地故障引起的系统过电压，由系统电压控制模块1实施保护。

阻尼电阻3b增加电网阻尼率，将谐振过电压限制在允许的范围内；

第二信号采集单元3c根据该功能单元的电流特性和控制系统的需要，采用专用的电流互感器，第二信号采集单元3c采集自动跟踪补偿系统的对地电流信号，提供给监控中心模块9，作为整个被保护系统和保护设备的工作状态进行分析判断的依据；

对于非接地故障以及接地故障产生的高频电容电流消弧线圈无能为力，所以消弧线圈3a只是整体保护中的一个环节，可以减少弧光接地发生的几率。

故障定位模块4的主要作用是在系统发生接地故障时，用于确定故障线路，同时不改变供电系统的运行方式。

本实施例通过接地变压器2的中性点设置接地电阻4b，系统正常运行时，接地电阻4b不导通，当某一支路发生单相接地故障时，监控中心模块9通过受控快速开关4a控制接地电阻4b短时投入，零序回路通过故障支路产生零序电流，第三信号采集单元4c检测到选线信号后发送给监控中心模块9，监控中心模块9通过对各出线回路电流的变化分析，判断故障支路、故障类型及故障时间等，确定故障线路，然后根据单相接地故障的性质，采用不同的工作方式，各处理单元互相配合，限制系统过电压，消除弧光接地故障，可靠确定故障线路，并互相保护；

在本实施例中接地电阻4b的阻值是可调的，通过控制接地电阻4b的阻值控制故障定位过程中中性点对地的电流值。

第三信号采集单元4c采集故障定位模块4的对地电流信号，提供给监控中心模块9，作为整个被保护系统和保护设备的工作状态进行分析判断的依据；

第二限压单元5a为包括金属氧化锌非线性电阻、碳化硅和阻容吸收器中的一种，其作用是限制内部过电压峰值的上升，缓和内部过电压波头的陡度，第二能量抑制单元5b采用高能非线性电阻对过电压能量进行吸收、抑制，二者相互配合限制内部过电压的峰值，缓和波头的陡度，抑制过电压的能量，实现对供用电设备绝缘的保护。

第四信号采集单元5c采集内部过电压处理模块5的对地电流信号，提供给监控中心模块9，作为整个被保护系统和保护设备的工作状态进行分析判断的依据；

本实施例中接地变压器2的作用是为中性点不接地的供电系统提供一个人为的中性点，便于通过中性点连接消弧线圈的自动跟踪补偿模块3、故障定位模块4和内部过电压处理模块5，采用消弧线圈3a对系统杂散电容电流进行补偿，并为故障定位模块4的接地电阻4b提供短时电流信号，以减小配电网发生接地短路故障时的对地电容电流大小，提高配电系统的供电可靠性；

第一信号采集单元1d、第二信号采集单元3c、第三信号采集单元4c和第四信号采集单元5c都是根据其采集的功能单元的电流特性和控制系统的需要而设计的，结构不同；

本实施例过电压综合控制及消弧线圈接地故障管理系统的工作流程如下：

在供电网络系统正常工作状态：

系统电压处于正常工作范围内，系统电压控制模块1中的第一限压单元1a、第一能量抑制单元1b和过电压保护器10处于关断状态，分相接地单元1c处于打开状态。

接地变压器2的中性点电压为零，消弧线圈自动跟踪补偿模块3中的消弧线圈3a、阻尼电阻3b处于非工作状态；

内部过电压处理模块5中的第二限压单元5a、第二能量抑制单元5b处于关断状态；

故障定位模块4中的受控快速开关4a处于打开状态，接地电阻4b没有投入。

第一信号采集单元1d、第二信号采集单元3c、第三信号采集单元4c和第四信号采集单元5c采集的工作电流为零。

供电网络系统发生过电压故障时：

当供电系统发生过电压故障，过电压达到一定值时，系统电压控制模块1中的第一限压单元1a和过电压保护器10导通，限制过电压的峰值，缓和过电压波头的陡度，当过电压上升到一定值，第一限压单元1a和过电压保护器10通过的电流值达到100A时，第一能量抑制单元1b导通，抑制过电压的能量；

如果过电压故障是接地故障：

如果系统发生间歇性弧光接地故障，在系统电压控制模块1和过电压保护器10投入工作的同时，由于中性点电压发生漂移，消弧线圈3a自动跟踪补偿模块工作，对系统的杂散电容电流进行补偿，补偿残流小于一定值时，弧光消除。如果消弧线圈3a自动跟踪补偿没有达到效果，而系统过电压的能量通过第一限压单元1a、第一能量抑制单元1b的控制还无法消除时，则通过分相接地单元1c实现电压突变能量的对地泄放，强制性消弧。

为了确定发生接地故障的线路，便于故障排除，在系统电压控制模块1、过电压保护器10和消弧线圈自动跟踪补偿模块3投入工作的同时，故障定位模块4投入工作，监控中心模块9通过受控快速开关4a控制接地电阻4b短时投入，零序回路通过故障支路产生零序电流，第三信号采集单元4c检测到选线信号后发送给监控中心模块9，监控中心模块9通过对各出线回路电流的变化分析，判断故障支路、故障类型及故障时间等，确定故障线路。

在整个故障处理过程中，如果消弧线圈自动跟踪补偿模块3、故障定位模块4产生内部过电压，内部过电压处理模块5中的第二限压单元5a导通，限制内部过电压的峰值，缓和过电压波头的陡度，当内部过电压上升到一定值，第二限压单元5a通过的电流值达到100A时，第二能量抑制单元5b导通，抑制过电压的能量。

本发明一种过电压综合控制及消弧线圈接地故障管理系统是在等电位系统状态下，综合考虑可接地故障与非接地故障，通过将电压监控、自动跟踪补偿、多方位过电压处理、强制消弧、智能故障定位、通讯等功能集于一体，实现了等电位状态下的综合防范与处理，具有较高的实用价值和广泛的应用前景。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种过电压综合控制及消弧线圈接地故障管理系统，其特征在于，包括系统电压控制模块、消弧线圈自动跟踪补偿模块、故障定位模块、内部过电压处理模块、接地变压器和监控中心模块，其中：

所述消弧线圈自动跟踪补偿模块、故障定位模块、内部过电压处理模块并联后连接至接地变压器的中性点；

所述接地变压器与系统电压控制模块并联后连接至供电网络的母线系统；

所述系统电压控制模块配置成用于控制供电网络的过电压在供用电设备绝缘允许的范围以内；

所述消弧线圈自动跟踪补偿模块配置成用于对被保护的供电网络对地杂散电容电流进行补偿，降低供电网络对地的杂散电容电流，减少供电网络发生间歇性弧光接地的可能性；

所述故障定位模块配置成用于在供电网络发生接地故障时，在不改变供电网络运行方式下定位故障线路；

所述内部过电压处理模块配置成用于限制连接于接地变压器中性点的消弧线圈自动跟踪补偿模块、故障定位模块所产生的内部过电压的峰值、缓和过电压波头的陡度、抑制过电压的能量，实现对供用电设备绝缘的保护；

所述接地变压器用于为供电网络提供一个中性点，以通过该中性点连接消弧线圈自动跟踪补偿模块、故障定位模块和内部过电压处理模块；

所述监控中心模块用于接收系统其他功能模块传输的信号以及供电网络相关电参数，进行数据处理和结果判断生成，并生成控制信号传输至系统其他功能模块以执行关联动作；

所述系统电压控制模块包括第一限压单元、第一能量抑制单元、分相接地单元和第一信号采集单元；

所述第一限压单元配置成对供电网络系统的过电压峰值进行限制，并对过电压波头的陡度进行缓和，所述第一限压单元为包括金属氧化锌非线性电阻、碳化硅和阻容吸收器中的一种；

所述第一能量抑制单元配置成对供电网络系统的短时间过电压和长时间过电压产生的过电压能量进行吸收或抑制，其设计能量配置成在预定时间段能够承受供电网络系统过电压，所述能量抑制单元为高能非线性电阻；

所述分相接地单元配置成将供电网络系统间歇性弧光接地的故障相直接金属接地，强制性消除单相间歇性弧光接地，所述分相接地单元由分相控制的高压断路器或高压可控硅组成；

所述第一信号采集单元配置成采集系统电压控制模块对地电流参数并实时传送至监控中心模块，所述第一信号采集单元由电流互感器组成。

2.根据权利要求1所述的一种过电压综合控制及消弧线圈接地故障管理系统，其特征在于，所述消弧线圈自动跟踪补偿模块包括消弧线圈、阻尼电阻和第二信号采集单元；

所述消弧线圈配置成在间歇性弧光接地故障时快速进行系统电容电流的补偿；

所述阻尼电阻配置成将谐振过电压限制在预定允许范围内；

所述第二信号采集单元配置成采集消弧线圈自动跟踪补偿模块对地电流参数并实时传送至监控中心模块，所述第二信号采集单元由电流互感器组成。

3.根据权利要求1所述的一种过电压综合控制及消弧线圈接地故障管理系统，其特征在于，所述故障定位模块包括受控快速开关、接地电阻和第三信号采集单元；

所述受控快速开关配置成在发生单相接地故障时接收监控中心模块的控制指令执行接地电阻短时投入，所述受控快速开关为包括高速真空断路器、高压可控硅中的一种；

所述接地电阻配置成阻值可调节以控制故障定位过程中中性点对地的电流值；

所述第三信号采集单元配置成采集故障定位模块对地电流参数并实时传送至监控中心模块，所述第三信号采集单元由电流互感器组成。

4.根据权利要求1所述的一种过电压综合控制及消弧线圈接地故障管理系统，其特征在于，所述内部过电压处理模块包括第二限压单元、第二能量抑制单元和第四信号采集单元；

所述第二限压单元配置成对内部过电压峰值进行限制，并对内部过电压波头的陡度进行缓和，所述第二限压单元为包括金属氧化锌非线性电阻、碳化硅和阻容吸收器中的一种；

所述第二能量抑制单元配置成对内部短时间过电压和长时间过电压产生的过电压能量进行吸收或抑制，其设计能量配置成在预定时间段能够承受内部过电压，所述能量抑制单元为高能非线性电阻；

所述第四信号采集单元配置成采集内部过电压处理模块对地电流参数并实时传送至监控中心模块，所述第四信号采集单元由电流互感器组成。

5.根据权利要求1所述的一种过电压综合控制及消弧线圈接地故障管理系统，其特征在于，所述接地变压器包括一次侧的电网连接端子和二次侧的中性点连接端子，所述电网连接端子用于与供电网络三相电连接，所述中性点连接端子用于与包括消弧线圈自动跟踪补偿模块、故障定位模块和内部过电压处理模块在内的中性点功能模块的连接。

6.根据权利要求1所述的一种过电压综合控制及消弧线圈接地故障管理系统，其特征在于，所述系统还包括设置在所述接地变压器中性点处的电压互感器，所述电压互感器用于采集系统中性点的电压参数并上传至监控中心模块。

7.根据权利要求1所述的一种过电压综合控制及消弧线圈接地故障管理系统，其特征在于，所述系统还包括设置在所述接地变压器中性点的投切开关，用以实现与中性点连接的各功能模块的投切。

8.根据权利要求1所述的一种过电压综合控制及消弧线圈接地故障管理系统，其特征在于，所述系统电压控制模块还包括分布安装在各开关柜出线端的过电压保护器。

9.根据权利要求1-8任一所述的一种过电压综合控制及消弧线圈接地故障管理系统，其特征在于，所述监控中心模块用于接收系统其他功能模块传输的信号以及供电网络相关电参数，进行数据处理和结果判断生成，并生成控制信号传输至系统其他功能模块以执行关联动作，具体包括：

监控中心模块接收供电网络系统的三相电压参数、中性点电压参数、管理系统所有出线回路的电流参数以及系统电压控制模块、消弧线圈自动跟踪补偿模块、故障定位模块、内部过电压处理模块的电流信号；

通过分析三相电压参数、中性点电压参数，判断该供电网络系统的电压是否发生异常，并根据电压异常特性，判断发生异常的原因；

通过分析管理系统所有出线回路的电流参数的变化，结合系统电压的变化，分析判断该回路是否发生故障以及故障原因；

通过分析系统电压控制模块、消弧线圈自动跟踪补偿模块、故障定位模块、内部过电压处理模块的电流信号，结合系统电压变化、各出线回路电流变化数据，判断故障的性质，并反馈故障处理的效果，具体包括：

根据系统电压控制模块的电流信号，结合系统电压参数，判断故障性质，并判断反馈该功能模块的处理效果；

根据消弧线圈自动跟踪补偿模块的电流信号，结合系统电压参数，判断故障性质，并判断反馈该功能模块的处理效果；

根据内部过电压处理模块的电流信号，判断是否发生内部过电压，并判断反馈该功能模块的处理效果；

根据上述故障判断、确定是否属于单相接地故障，若是，则：

发送控制指令至故障定位模块中的受控快速开关，执行闭合动作，实现电网中性点通过接地电阻接地；

结合各出线回路的电流信号，确定发生单相接地的故障回路；

通过第三信号采集单元确定故障性质，并判断反馈定位模块的处理效果；

根据上述故障判断结果以及反馈的各功能模块的处理效果判断：

若发生单相间歇性弧光接地故障，而上述功能模块处理效果没有达到预设目标时，发送控制指令至系统电压控制模块的分相接地单元，执行故障相接地动作，强制消除单相间歇性弧光接地。

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