CN113725823A - 一种三相非有效接地供电系统相间短路的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三相非有效接地供电系统相间短路的处理方法，当一线路发生两相或三相相间短路时，维持该线路的一故障相导通并跳开其余故障相，将与所述一故障相导通的另一故障相人为接地或直接利用现有接地点；然后将除所述一故障相外的所述三相非有效接地供电系统的一带电相或中性点循环与大地接通和断开，以与所述一故障相形成闭合回路并产生电流脉冲，利用受控开关检测电流脉冲，当某一受控开关在达到触发条件切断线路后即可排出故障。该方法可以快速定位相间短路故障点区间并能自动、快速、准确的切除故障，可以很好提升相间短路故障的处理质量，提升供电安全。

Description

一种三相非有效接地供电系统相间短路的处理方法

技术领域

本发明涉及供电系统故障处理领域，具体涉及一种三相非有效接地供电系统发生相间短路故障后的处理方法。

背景技术

目前，针对三相非有效接地供电系统某一线路发生相间短路时，通常的方法是：1、采用重合闸的方式：首先切断该线路上的第一把断路器然后再闭合该第一把断路器，如果是瞬时性相间短路，并在闭合第一把断路器后即消除，则继续正常供电。如果在闭合第一把断路器后该相间短路故障仍然存在，则切断第一把断路器等待检修。2、采用时间上的级差配合方法：即同一线路断路器按照距离电源的距离不同，整定不同过流跳闸时间，距离电源越近跳闸时间越长，一般整定级差为100ms，这个时间由开关的机械动作时长和算法耗费时间决定，这种方法可以将故障区域隔离，但是对于故障点离电源近的故障，供电系统耐受短路电流时间长，对电网的冲击大。3、将第一把断路器过流先跳开，然后最末把断路器跳开，如果故障发生最末把断路器以下，则可以排除故障，否则第一断路器重合，仍然有故障电流，则第一把断路器过流再跳开，然后切断倒数第二把断路器，如果相间短路发生在倒数第二把断路器和最末把断路器之间，则可以排除故障，以此类推，依次向上切断断路器，直到将故障排除。但是在此操作过程中，未切断的断路器以及供电系统持续经受大的短路电流冲击，如果时间过长或次数过多，则会对线路造成损坏。假如相间短路的持续时间不能超过300毫秒，而断路器跳开时间为100毫秒的话，则一般线路上不宜超过三把断路器，否则上述方法有可能导致线路超过300毫秒以上的冲击。由此可见，现有的相间短路处理方法均存在处理故障耗时长，并且不能自动排除故障的弊端。

发明内容

本发明的目的是提供一种三相非有效接地供电系统相间短路的处理方法，该方法可以快速定位相间短路故障点区间并能自动、快速、准确的切除故障，可以很好提升相间短路故障的处理质量，提升供电安全。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种三相非有效接地供电系统相间短路的处理方法，在所述三相非有效接地系统上分布有多把受控开关，所述受控开关能够检测电流脉冲并可以根据电流脉冲数切断线路；

当一线路发生单纯两相或三相相间短路时，按如下方法（a）处理：

（a）维持该线路的一故障相导通并跳开其余故障相，将与所述一故障相导通的另一故障相人为接地；然后将除所述一故障相外的所述三相非有效接地供电系统的一带电相或中性点循环与大地接通和断开，以与所述一故障相形成闭合回路并产生电流脉冲，设定电源下游的受控开关触发切断的电流脉冲数少于电源上游的受控开关触发切断的电流脉冲数，当某一受控开关在达到触发条件切断线路后，停止所述另一故障相接地，停止所述一带电相或所述中性点与大地接通；

当一线路发生两相或三相相间短路附带接地故障时，按所述方法（a）处理，或者按如下方法（b）处理：

（b）维持该线路的一故障相导通并跳开其余故障相；然后将除所述一故障相外的所述供电系统的一带电相循环与大地接通和断开，以与所述一故障相形成闭合回路并产生电流脉冲，设定电源下游的受控开关触发切断的电流脉冲数少于电源上游的受控开关触发切断的电流脉冲数，当某一受控开关在达到触发条件并切断线路后，停止所述一带电相或所述中性点接地。

优选的，所述方法（a）和方法（b）中，维持所述一故障相导通包括先跳开所述一故障相后再导通所述一故障相，以及不跳开所述一故障相。

优选的，所述方法（a）中，首先将所述一线路的第一把断路器跳开，然后通过第一开关把所述一故障相在第一把断路器处短接从而导通所述一故障相，第一开关为所述受控开关，通过第三开关在第一把断路器下口将所述另一故障相人为接地，通过第二开关将所述一带电相在所述第一把断路器上口或将系统中性点与大地循环接通和断开以与所述一故障相形成闭合回路并产生电流脉冲，在某一所述受控开关达到触发条件切断线路后，断开所述第一开关、第三开关并停止所述第二开关接地，然后闭合所述第一把断路器。

优选的，所述方法（b）中，首先将所述一线路的第一把断路器跳开，然后通过第一开关把所述一故障相在第一把断路器处短接从而导通所述一故障相，第一开关为所述受控开关，通过第二开关将所述一带电相在所述第一把断路器上口或将系统中性点与大地循环接通和断开以与所述一故障相形成闭合回路并产生电流脉冲，在某一所述受控开关达到触发条件切断线路后，断开所述第一开关并停止所述第二开关接地，然后闭合所述第一把断路器。

优选的，所述第二开关为电力电子开关。

优选的，所述电力电子开关为绝缘栅双极型晶体管。

优选的，当所述受控开关达到触发条件切断线路时，同时给所述第二开关发送信号使第二开关停止与大地接通。

优选的，所述受控开关能够根据电流脉冲数及时切断线路以避免下一个电流脉冲通过。

优选的，所述方法（b）中，当所述闭合回路的电阻相对较小时，在电压相角为零时与大地接通以获得峰值相对较小的电流脉冲，或者当所述闭合回路的电阻相对较大时，在电压相角为90度时与大地接通以获得峰值相对较大的电流脉冲。

优选的，监测所述电流脉冲的大小，当电流脉冲的瞬时值达到预设值时即切断所述第二开关完成一个脉冲动作，从而控制每个电流脉冲峰值不越过所述预设值。

优选的，所述方法（a）和方法（b）中，在所述闭合回路中串联有限流电阻。

优选的，在所述第二开关与大地之间串有可调电阻

本发明有益效果在于：相间短路故障发生后，先切断原故障电流，人为制造电流脉冲且流过原全部故障回路或部分故障回路的新回路并用于分析故障。具体而言，将一故障相制造成单相接地，并断开另一故障相（两相短路）或同时断开第三相（三相短路），然后将供电系统的一带电相或将中性点循环接地、断开，以与接地的故障相形成闭合回路并产生电流脉冲，通过故障相上的受控开关检测电流脉冲并在受控开关达到触发条件后切断，因为电源下游的受控开关触发切断的电流脉冲数少于电源上游的受控开关触发切断的电流脉冲数，而故障相上位于相间短路故障点以下的受控开关不会进入闭合回路内，没有电流脉冲流过，所以肯定是相间短路故障点以上的第一把受控开关先切断，从而将相间短路故障排除。针对上述情况，如果相间短路附带单相接地，则可以直接利用该接地点，也可以利用人为制造的接地点。如果是单纯相间短路，则必须人为制造接地点，即需要通过第三开关在另一故障相上制造一个接地点，该接地点优选在第一把断路器下口处，也可以在该另一故障相的其他位置，尤其是位于相间短路点以下时，则此另一故障相上的受控开关应相应设置为不检测该相电流脉冲，以免早于期望切断的受控开关而提前切断。本方法将相间故障转化为单相接地故障来处理，利用受控开关可以自动跳闸从而快速、准确、自动地排除故障，之后即可停止另一故障相接地，再停止带电相循环接地，最后将第一把断路器闭合恢复供电。

附图说明

图1是本发明方法一实施例接线示意图；

图2是本发明方法另一实施例接线示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例对本发明做进一步说明：

三相供电系统是常见的非有效接地系统，一般三相供电系统的母线上有多条出线，各条出线上均设置多把受控开关，受控开关能够根据设置检测线路上一相、两相或三相上的电流脉冲，并可以设置当通过任一相的电流脉冲数达到预设值时即切断三相线路。在一个关于受控开关的具体实施例中，受控开关包括控制单元，电流检测单元和执行单元，电流检测单元可以分别检测三相线路的各相电流，控制单元将电流检测单元检测到的电流脉冲数目与预设值进行比较，可以设置任一相的电流脉冲数达到预设值时就发出信号使执行单元切断三相线路。针对触发切断的电流脉冲数的预设值，处于电源方向下游的受控开关的预设值小于电源方向上游的预设值，电源方向上游即相对更靠近电源，电源方向下游即相对更远离电源，也即电能从电源发出并由上游向下游传输。或者说，按电源方向的上下游看，距离电源越远的受控开关触发切断的预设值越小，越容易先达到触发条件从而切断。实际中，各条出线上设置的断路器，可以检测流过断路器的电流脉冲数，并可设置某一相或几相通过一定的电流脉冲数后即切断线路，因此断路器可以看做受控开关。

如图1所示，在一个具体实施例中，ABC三相的各条出线上均在靠近母线处设有第一把断路器90，在第一把断路器90处装有第一开关1，第一开关1包括安在ABC三相上的三个开关KA1、KB1和KC1，第一开关为受控开关，即开关KA1、KB1和KC1均可以根据预设的电流脉冲数进行切断，第一开关1能够将某一相在第一把断路器90处短接（如第一把断路器90切断线路后，第一开关1中的开关KA1闭合，即可将A相短接从而使A相绕过第一把断路器90重新导通），这样使得即使第一把断路器切断，被短接相仍然导通带电（当然也可以使第一把断路器自始保持一相不切断，这样就无需利用第一开关进行短接而自始带电）。第一把断路器90以下设有多把断路器（第一把断路器以下的这些断路器可视为受控开关），各断路器均可以根据某一相的电流脉冲数切断三相线路。在每条出线的第一断路器90的下口安有第三开关3，第三开关3中的三个开关KA3、KB3和KC3可以分别将ABC三相与大地导通，因此可以将任一相接地。同时，在母线上还装有第二开关2（即第二开关2位于第一把断路器90的上口，或者安装在系统中性点与大地之间，此时只需要一相开关即可），第二开关2中的三个开关KA2、KB2和KC2均可以分别使母线的三相接地、断开。如果在点F处发生单纯相间短路（如BC两相短路，也可以是三相短路），则首先跳开第一把断路器90以切断三相线路，然后通过第一开关1的一个开关闭合使一故障相（如B相，则闭合开关KB1）导通带电，然后在第一把断路器90的下口利用第三开关3的一个开关将另一故障相（即C相，此时闭合开关KC3）与大地在点D导通。这样，该线路的B相经短路点F至C相再至接地点D，形成了单相接地。然后通过第二开关中一个开关KA2将A相（此时A相为带电相）在第一把断路器上口与大地循环接通和断开，这样就会重复产生电流脉冲（或者利用开关KC2将C相循环接地和断开，也可以形成闭合回路并产生电流脉冲），该电流脉冲经第二开关的接地点E、第三开关的接地点D和相间短路点F流过故障相B相，当电流脉冲数达到相间短路点F以上最近的受控开关91的触发条件时，该受控开关91切断线路，从而将相间短路点F排除出系统（此时尚未达到更上游的受控开关92的触发条件，所以受控开关92不会切断；并且B相上相间短路点以下的受控开关93因为没有电流脉冲流过，所以不会有动作）。然后断开第一开关1上开关KB1，再停止第三开关3中的KC3接地，再停止第二开关中的KA2循环接地，最后闭合第一把断路器90恢复线路供电。

在一个实施例中，第一把断路器可以三相分别控制并具有受控开关的功能，此时可以直接利用第一断路器保持一故障导通而跳开其余故障相。同时，第一断路器触发切断的电流脉冲数可以设置成最多（即多于第二把断路器），如果第一把断路器以下的断路器（作为受控开关使用）没有跳开，那说明相间短路发生在第一把断路器和第二把断路器之间，根据设定的触发条件，第一把断路器必然会跳开，从而隔离故障。

如图2所示，在另一个具体实施例中，如果在点F出发生相间短路并附带在短路点接地，仍然可以利用上述方法中的第三开关制造人为接地点，然后通过第二开关产生电流脉冲，即上述方法仍然适用。对此种附带接地故障的情况，还有另一种方法：首先跳开第一把断路器90以切断三相线路，然后闭合第一开关的开关KB1，直接利用短路点处的接地点即制造出单相接地，然后通过第二开关将A相（也可以是C相）在第一把断路器上口与大地循环接通和断开，这样就会重复产生电流脉冲，该电流脉冲经第二开关的接地点E和相间短路点处的接地点F流过故障相B相，当电流脉冲数达到相间短路点以上最近的受控开关91的触发条件时，该受控开关91切断线路，从而将相间短路点F排除出系统。然后断开第一开关的开关KB1，停止第二开关2将带电相循环接地，闭合第一把断路器90恢复线路供电

上述实施例中，可以调整受控开关的跳开时间与电流脉冲的时间和相连两个电流脉冲的时间间隔的关系，使受控开关在达到触发条件跳开时很及时，避免下一个电流脉冲流过，从而避免使更上游的受控开关跳闸。这可以确保下一个电流脉冲发出前如有受控开关达到切断条件会完成跳开切断，避免在受控开关未及跳开时又发出多个电流脉冲从而导致应该跳开的受控开关以上一把或多把受控开关也发生不期望的跳开，并由此造成不合理的大面积停电。对于在相间短路点出同时导致三相短路或并附带接地，上述处理方法也同样能排除故障。

在一个具体实施例中，采用电力电子开关，如绝缘栅双极型晶体管，来实现短时间的循环接地、断开。目前绝缘栅双极型晶体管能够承受大功率的接通和断开，并且是微秒级响应，可以制造出几个毫秒时长的短路电流脉冲。

通过第三开关制造的单相接地，因为接地电阻小，所以短路电流脉冲会较大，甚至会对电源设备造成损害并触发三相系统的一段、二段等过流保护而造成大面积停电，为了避免这种可能性，可利用电力电子开关的即使通断性能，设置电流检测装置检测电流脉冲的瞬时值，当电流脉冲的瞬时值过大超过预设值时及时切断电路，从而避免触发过流保护。或者也可以提前串接合适的限流电阻，如在第二开关与大地之间串联可调电阻。此外，对于在相间短路点附带接地的情况，当接地电阻较小时，可以设置电力电子开关在电压相角为零的时候导通，这样不会产生激励电流，避免对短路电流增大，使电流脉冲峰值相对较小。当接地电阻较大时，可以在电压相角为90度时导通，这样会产生激励电流，使短路电流峰值增大，有利于检测。接地短路回路电阻和短路电流的大小根据具体的检测环境来分析判断，为本领域技术人员所掌握。当短路回路电阻大致使短路电流小到不便于检测时应该选用在电压相角90度附近合闸，以增大电流提升检出度；当接地短路回路电阻小致使电流过大以致有可能烧毁设备时，可以检测电流脉冲的瞬时值达到预设值时及时切断或者采用在电压相角为零时合闸以避免增大电流，同时配以电流监测。

上述实施例只是对本发明构思和实现的若干说明，并非对其进行限制，在本发明构思下，未经实质变换的技术方案仍然在保护范围内。

Claims (12)

1.一种三相非有效接地供电系统相间短路的处理方法，其特征在于，在所述三相非有效接地系统上分布有多把受控开关，所述受控开关能够检测电流脉冲并可以根据电流脉冲数切断线路；

当一线路发生单纯两相或三相相间短路时，按如下方法（a）处理：

（a）维持该线路的一故障相导通并跳开其余故障相，将与所述一故障相导通的另一故障相人为接地；然后将除所述一故障相外的所述三相非有效接地供电系统的一带电相或中性点循环与大地接通和断开，以与所述一故障相形成闭合回路并产生电流脉冲，设定电源下游的受控开关触发切断的电流脉冲数少于电源上游的受控开关触发切断的电流脉冲数，当某一受控开关在达到触发条件切断线路后，停止所述另一故障相接地，停止所述一带电相或所述中性点与大地接通；

当一线路发生两相或三相相间短路附带接地故障时，按所述方法（a）处理，或者按如下方法（b）处理：

（b）维持该线路的一故障相导通并跳开其余故障相；然后将除所述一故障相外的所述三相非有效接地供电系统的一带电相或中性点循环与大地接通和断开，以与所述一故障相形成闭合回路并产生电流脉冲，设定电源下游的受控开关触发切断的电流脉冲数少于电源上游的受控开关触发切断的电流脉冲数，当某一受控开关在达到触发条件并切断线路后，停止所述一带电相或所述中性点接地。

2.如权利要求1所述的三相非有效接地供电系统相间短路的处理方法，其特征在于，所述方法（a）和方法（b）中，维持所述一故障相导通包括先跳开所述一故障相后再导通所述一故障相，以及不跳开所述一故障相。

3.如权利要求1所述的三相非有效接地供电系统相间短路的处理方法，其特征在于，所述方法（a）中，首先将所述一线路的第一把断路器跳开，然后通过第一开关把所述一故障相在第一把断路器处短接从而导通所述一故障相，第一开关为所述受控开关，通过第三开关在第一把断路器下口将所述另一故障相人为接地，通过第二开关将所述一带电相在所述第一把断路器上口与大地循环接通和断开或将中性点与大地循环接通和断开以与所述一故障相形成闭合回路并产生电流脉冲，在某一所述受控开关达到触发条件切断线路后，断开所述第一开关、第三开关并停止所述第二开关接地，然后闭合所述第一把断路器。

4.如权利要求1所述的三相非有效接地供电系统相间短路的处理方法，其特征在于，所述方法（b）中，首先将所述一线路的第一把断路器跳开，然后通过第一开关把所述一故障相在第一把断路器处短接从而导通所述一故障相，第一开关为所述受控开关，通过第二开关将所述一带电相在所述第一把断路器上口与大地循环接通和断开或将中性点与大地循环接通和断开以与所述一故障相形成闭合回路并产生电流脉冲，在某一所述受控开关达到触发条件切断线路后，断开所述第一开关并停止所述第二开关接地，然后闭合所述第一把断路器。

5.如权利要求3或4所述的三相非有效接地供电系统相间短路的处理方法，其特征在于，所述第二开关为电力电子开关。

6.如权利要求5所述的三相非有效接地供电系统相间短路的处理方法，其特征在于，所述电力电子开关为绝缘栅双极型晶体管。

7.如权利要求3或4所述的三相非有效接地供电系统相间短路的处理方法，其特征在于，当所述受控开关达到触发条件切断线路时，同时给所述第二开关发送信号使第二开关停止与大地接通。

8.如权利要求1所述的三相非有效接地供电系统相间短路的处理方法，其特征在于，所述受控开关能够根据电流脉冲数及时切断线路以避免下一个电流脉冲通过。

9.如权利要求1所述的非有效接地供电系统单相接地的处理方法，其特征在于，所述方法（b）中，当所述闭合回路的电阻相对较小时，在电压相角为零时与大地接通以获得峰值相对较小的电流脉冲，或者当所述闭合回路的电阻相对较大时，在电压相角为90度时与大地接通以获得峰值相对较大的电流脉冲。

10.如权利要求1所述的非有效接地供电系统单相接地的处理方法，其特征在于，监测所述电流脉冲的大小，当电流脉冲的瞬时值达到预设值时即切断所述第二开关完成一个脉冲动作，从而控制每个电流脉冲峰值不越过所述预设值。

11.如权利要求1所述的相间短路的处理方法，其特征在于，所述方法（a）和方法（b）中，在所述闭合回路中串联有限流电阻。

12.如权利要求3或4所述的相间短路的处理方法，其特征在于，在所述第二开关与大地之间串有可调电阻。

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