CN113746070A - 一种三相电力系统相间短路的故障处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三相电力系统相间短路的故障处理装置，包括通断机构，所述通断机构一端接中性点或母线的一相、两相或三相，另一端接大地或公用导线，还包括启动模块、电流控制模块和关闭模块，通断机构在收到所述启动信号后开始持续地或间歇地将中性点或母线的某一相与大地或所述公用导线导通，直到收到所述关闭信号后停止导通。该装置能够根据相间短路故障的发生和切除情况将母线的某一相或中性点与大地或公用导线导通，从而与相关线路构成检测回路产生持续或间歇性电流供检测回路中的受控开关识别，该装置针对相间短路中故障点电阻的实际情况可以有效控制回路电流，保障了检测回路的电流值在安全范围，避免电流过大对系统造成冲击。

Description

一种三相电力系统相间短路的故障处理装置

技术领域

本发明涉及一种装置，具体涉及一种三相电力系统发生相间短路的故障处理装置。

背景技术

目前，针对供电系统相间短路故障的处理存在操作繁琐、不及时、定位不精准等问题，影响供电质量。发明专利申请202011492758.3和发明专利申请202011453632.5提供了供电系统发生相间短路的处理方法，按照该方法，在发生相间短路时，维持一故障相导通并跳开其余故障相，然后使另一个故障相接地，制作出类似单相接地故障的情况，再令一带电相接地，从而与经短路故障点相连的两或三个故障相的一相与系统上一带电相连接形成闭合回路并产生电流或电流脉冲，然后通过装设在故障线路上的受控开关检测电流时长或电流脉冲数并进行跳闸从而切除故障。实际操作中，需要维持一故障相导通并使另一故障相接地或连接公用导线，还需将母线或中性点与大地导通或连接公用导线才能形成上述闭合回路并产生电流，而将母线或中性点与大地导通或连接公用导线有多种具体实现方式，如何通过合适的故障处理装置完成这一操作对故障的解决有重要的意义。

发明内容

本发明的目的提供一种三相电力系统相间短路的故障处理装置，该装置能够根据相间短路故障的发生和切除情况将母线的某一相或中性点与大地或公用导线导通，从而与相关线路构成检测回路产生持续或间歇性电流供检测回路中的受控开关识别，该装置针对相间短路中故障点电阻的实际情况可以有效控制回路电流，保障了检测回路的电流值在安全范围，避免电流过大对系统造成冲击。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种三相电力系统相间短路的故障处理装置，包括通断机构，所述通断机构一端接中性点或母线的一相、两相或三相，另一端接大地或公用导线，还包括启动模块、电流控制模块和关闭模块，所述启动模块检测相间短路故障的发生及切除并产生用于启动所述通断机构导通的启动信号；所述电流控制模块控制流过通断机构的电流在预设范围内；所述关闭模块产生用于断开所述通断机构的关闭信号；所述通断机构在收到所述启动信号后开始持续地或间歇地将中性点或母线的某一相与大地或所述公用导线导通，直到收到所述关闭信号后停止导通。

优选的，所述启动模块从相间故障切除开始计时，经过预设时间再发出用于启动所述通断机构导通的启动信号。

优选的，所述启动模块从出线首端断路器的辅助节点获取信息，当通过母线电压检测发现相间短路故障并且所述首端断路器跳开后所述启动模块产生所述启动信号。

优选的，所述关闭模块测量流过所述通断机构的电流，从所述通断机构开始导通中性点或母线的某一相与大地或公用导线起经第一预设时段后通断机构无电流则产生所述关闭信号；或者从所述通断机构开始导通中性点或母线的某一相与大地或公用导线后持续无电流超过第二预设时段后产生所述关闭信号。

优选的，所述通断机构接母线的两相或三相时，所述电流控制模块还包括选相控制模块，并由所述选相控制模块选择一相作为通断机构的导通相。

优选的，所述选相控制模块接收故障线路保护装置发出的故障相别信息，根据预设逻辑发出用于控制所述通断机构导通某一相的信号。

优选的，所述选相控制模块装设三相PT，所述三相PT测量线路故障前后的相间电压，由相间电压变化结合预设逻辑确定所述通断机构的导通相。

优选的，所述电流控制模块包含相间短路故障时电阻测量模块和通断机构导通后导通回路的电阻测量模块。

优选的，所述相间短路故障时电阻测量模块接收故障线路保护装置通过通讯链路发送的相间短路时故障回路的电阻值。

优选的，所述相间短路故障时电阻测量模块根据相间短路故障前后的电压变化以及变压器参数手册计算相间短路时故障回路的电阻值。

优选的，所述通断机构为断路器，在断路器和大地或公用导线之间串联有电阻选择器，电阻选择器在所述电流控制模块的控制下串入一定阻值的限流电阻。

优选的，所述电阻选择器包括驱动电路和若干阻值不同的电阻，每个所述电阻与一把电阻开关串联形成串联单元，所有串联单元并联在一起，所述驱动电路用于控制所述电阻开关是否闭合。

优选的，所述通断机构为晶闸管，所述电流控制模块装设PT测量晶闸管两端的电压，装设CT测量通过晶闸管的电流，根据晶闸管的电流瞬时值选取晶闸管导通时的电压相角从而控制电流在预设范围内。

优选的，所述通断机构为晶闸管，在晶闸管和大地或公用导线之间串入一定阻值的限流电阻，所述电流控制模块装设PT测量晶闸管两端的电压，装设CT测量通过晶闸管的电流，根据晶闸管的电流瞬时值选取晶闸管导通时的电压相角从而控制电流在预设范围内

优选的，所述通断机构的每相包括多对并联的动触点和静触点，所述多对动触点和静触点设置在一个或多个灭弧室内，动触点在驱动机构的驱动下接近静触点后又远离静触点从而实现导通和切断，所述多对动触点和静触点依次合分并循环从而间歇地将中性点或母线与大地或公用导线导通。

优选的，所述启动模块从出线首端断路器的辅助节点获取信息，当通过母线电压检测发现相间短路故障并且所述首端断路器跳开后所述启动模块产生所述启动信号。

本发明中，启动模块能够检测相间短路故障的发生和第一把断路器跳闸造成的故障临时切除，并在检测到切除后产生用于控制通断机构启动的信号，该启动信号可以直接发给通断机构，也可以发给其他模块，如电流控制模块，通过该其他模块启动通断机构开始导通母线的某一相或中性点与大地或公用导线，通过大地或公用导线与故障相形成检测回路。电流控制模块可以检测故障点电阻，并根据电阻计算出需要为通断机构串联的限流电阻以对检测回路进行限流，或者可以即时控制晶闸管通断以产生一定相位的电压，通过调整电压值达到限流的目的。通断机构采用多对动、静触点循环动作的模式可以产生间歇电流脉冲，或者利用晶闸管即时通断的模式产生电流脉冲，便于精准控制，关闭模块在检测到一定时间后无电流停止通断机构工作。

附图说明

图1为本发明一种结构示意图（通断机构接大地）；

图2为本发明另一种结构示意图（通断机构连接公用导线）；

图3 为本发明第三种结构示意图（通断机构连接公用导线）；

图4 为通断机构一实施例示意图；

图5 为电阻选择器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步说明。

本故障处理装置使用时，针对三相电力系统中两相相间短路或三相相间短路，即在发生两相或三相相间短路时，应该维持一故障相导通，同时跳开其余故障相，并使一故障相接地或接公用导线，在具备这样的条件下，利用本故障处理装置将中性点或母线的一相与大地或公用导线导通，就能产生通过维持导通的故障相、接地或连接公用导线的故障相的检测回路电流，才能被线路上的受控开关检测到该回路电流，并能根据设置的电流时长或电流脉冲数跳开相应的受控开关以切除相间短路故障。具体的使用情景参见发明专利申请202011492758.3和发明专利申请202011453632.5。

本三相电力系统相间短路的故障处理装置的构造包括通断机构1，启动模块2、电流控制模块3和关闭模块4。

在一个实施例中，通断机构为断路器，通过断路器的闭合、分开产生持续的电流或间歇的电流脉冲。在另一个实施例中，通断机构的各相均包括多对并联的动触点6和静触点7，这些动触点6和静触点7可以集中设置在一个灭弧室5内，也可以分别设置在多个独立的灭弧室内，动触点在驱动机构的驱动下接近静触点后又远离静触点从而实现导通和切断电路，多对动触点和静触点依次合分并循环从而间歇地将中性点或母线与大地或公用导线导通，通过多对动触点和静触点交替接连动作，可以有效克服单一断路器动静触点在短时间内多次频繁动作产生的疲劳效应，延长使用寿命。关于动触点在驱动机构的驱动下接近后又远离静触点的具体结构可参考实用新型专利202020020283.7中高压开关的结构。在另一个实施例中，通断机构为晶闸管，晶闸管闭合可以产生持续电流，也可以即时频繁导通和断开从而产生间歇性电流。上述各例中通断机构可以只具有一相通断功能，此时可以导通中性点或母线的一相与大地或公用导线，或通断机构具有独立的两相或三相通断功能，分别独立导通母线的两相或三相与大地或公用导线。可以在通断机构和大地或公用导线之间串联电阻选择器，电阻选择器受所述电流控制模块的控制。在一个实施例中，电阻选择器包括多个不同阻值的电阻801及一根导线803，这些电阻和导线分别串联有开关802，然后再整体并联后再与通断机构串联。通过驱动电路驱动与电阻串联的开关即可实现不同阻值的电阻与通断机构串联，驱动电路受电流控制模块的控制。

当通断机构只能导通母线的一相与大地或公用导线之间时，比如仅能导通A相母线与大地或公用导线，则分如下情况说明：AB相间短路时，可维持B相导通，跳开A相出线，并使A相出线侧接地或连接公用导线（维持B相导通、跳开A相、使A相接地或连接公用导线均通过其他装置完成，这些不是本发明的任务），本发明通断机构的断路器闭合将A相母线与大地或公用导线导通即可产生电流并流过检测回路。AC相间短路时与AB相间短路做类似处理，维持C相导通，跳开A相出线并使A相出线接地或连接公用导线，然后通断机构导通A相母线与大地或公用导线，仍能在检测回路中产生电流。BC相间短路时，可使其中任一相维持导通，另一相接地或连接公用导线，导通A相母线和大地或公用导线仍会在检测回路产生电流。如果ABC三相相间短路，跳开A相出线，然后仍上述按BC相间短路处理。

在一个实施例中，启动模块通过电压互感器（PT） 201检测母线电压，当三相母线中的两相或三相电压同时降低超过阈值，且电压有效值趋近相同时则判定为发生相间故障，当三相母线电压值恢复正常时则表示三相电力系统的保护装置跳闸临时切断了故障线路，此时启动模块即产生了一个启动信号，该启动信号用于触发通断机构启动导通检测回路。在另一个实施例中，启动模块从出线首端断路器11的辅助节点获取信息，当通过母线电压检测发现相间短路故障，首端的断路器跳开表示发生相间短路并进行了临时切除，此时启动模块即可产生启动信号。在另一个实施例中，启动模块还可以直接从电力系统的保护装置获取发生相间短路和首端断路器跳闸切除相间短路故障的信息，并由此产生启动信号。启动信号产生并发出后，通断机构开始动作以持续导通或间歇导通。

在一个实施例中启动模块从相间故障切除开始计时，经过预设时间再发出用于启动所述通断机构导通的启动信号。因为相间短路故障的发生和消除具有随机性，有短暂的瞬时故障，也有永久性故障，对于短暂的瞬时故障会在瞬间消失，此时可以直接恢复线路供电。但对某一次故障而言，是瞬时故障还是永久性故障不能提前预知，传统做法是经过一定的时间（比如2秒）系统重合闸恢复供电，如果重合闸后还存在相间短路，说明不是瞬时故障，则再次跳闸，进行检修。在采用本发明的故障处理装置和配套方法后，经过预设时间（如2秒）使通断装置导通，产生可控电流，如果有可控电流产生，说明相间短路故障没有排除，此时直接用线路上的检测电流时长或电流脉冲的受控开关排除故障（参见发明专利申请202011492758.3和发明专利申请202011453632.5），如果无电流产生，说明是瞬时性故障，关闭模块会发出关闭信号断开通断机构，然后系统直接重合闸恢复供电。这样就可以取代传统重合闸操作，并克服重合闸后故障未消除时对系统造成的冲击，并且这个逻辑可以反复使用，设置二次重合闸或三次以至更多次重合闸。本方法的优点之一就是流过故障回路的是人为制造的可控电流，减少了短路电流对系统（变压器、开关、导线）的冲击。

电流控制模块用于测量相间短路故障点的电阻，并根据电阻值和预设的检测回路中的电流值的上下限值确定应该串入检测回路的电阻，然后控制电阻选择器选择一个合适的电阻与通断机构串联。在一个实施例中，电流控制模块包含相间短路故障时电阻测量模块和通断机构导通后导通回路的电阻测量模块。在一个实施例中，相间短路故障时电阻测量模块直接接收故障线路保护装置（图3）通过通讯链路发送的相间短路故障发生时故障回路的电阻值。在另一个实施例中，相间短路故障时电阻测量模块通过PT 201检测相见电压（图1或图2），根据相间短路故障前后电压值和变压器参数手册，可以计算相间短路时故障回路的电阻值。

当通断机构连接母线的两相或三相与大地或公用导线时，电流控制模块还包括选相控制模块。选相控制模块装设三相PT，三相PT测量线路故障前后相间电压，由电压变化结合预设逻辑确定所述通断机构导通某一相。一个通断装置预设选相逻辑的实施例如下：先感知故障相，故障前后电压变化超过阈值的两相或三相是故障相；确定故障相后，使故障出线的某一故障相维持导通、另一故障相（或两相）断开并接地或连接公用导线；然后确定通断机构合闸相，选择上述断开相或非故障相均可作为通断机构合闸相。例如，只要是AB相间故障，就提前预设A相出线维持导通，B相出线跳开并接大地或公共导线，则通断机构就选择C相或B相接大地或公用导线，其他故障采用类似方法，只要确定故障相就可以根据预设的逻辑确定通断装置的哪一相接大地或公用导线，而根据故障前后电压变化判断故障相是本领域的常规技术。

另一个实施例中，选相控制回路接收故障线路保护装置发出的故障相别信息，根据故障相信息结合前述预设逻辑确定通断机构的导通相。预设逻辑就是根据故障相确定一故障相导通，另一或另二故障相跳开，然后使跳开相或非故障相的母线经通断机构和大地或公用导线导通，并据此发出控制所述通断机构导通该相的开关量信号。

在另一个实施例中，通断机构为晶闸管，电流控制模块装设PT检测晶闸管两端电压，装设CT检测通过晶闸管的电流，然后根据电流值的大小和预设的控制范围选取晶闸管导通时的电压相角，即当电流偏大时选取电压值较小时再导通，如果电流过小时可以选择电压较高时导通。还可以在回路中串入电阻，从而限定回路电流不超过预设值。

关闭模块产生用于断开通断机构的关闭信号，通断机构在收到启动信号后开始持续地或间歇地将中性点或母线的某一相与大地或公用导线导通，直到收到所述关闭信号后停止导通。在一个实施例中，关闭模块通过电流互感器（CT）401测量流过通断机构的电流，在通断机构开始导通中性点或母线的某一相与大地或公共导线后的一个预设时间段以后检测无电流，或者在某一预设时间段内持续无电流，即可发出信号断开通断机构。这样在故障切除后，可以及时停止通断机构导通，以便进行系统故障线路重新合闸恢复供电。例如，在启动信号发出后，通断机构导通，经过预设时间段后没有电流，则可能为瞬时故障，并且已经自动消除，此时可以直接关闭通断机构。或者在一个预设时间段内持续地无电流，此时可能是相间短路故障已经被线路上的受控开关切除，此时也需要停止通断机构导通。

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 (15)

1.一种三相电力系统相间短路的故障处理装置，包括通断机构，所述通断机构一端接中性点或母线的一相、两相或三相，另一端接大地或公用导线，其特征在于，还包括启动模块、电流控制模块和关闭模块，所述启动模块检测相间短路故障的发生及切除并产生用于启动所述通断机构导通的启动信号；所述电流控制模块控制流过通断机构的电流在预设范围内；所述关闭模块产生用于断开所述通断机构的关闭信号；所述通断机构在收到所述启动信号后开始持续地或间歇地将中性点或母线的某一相与大地或所述公用导线导通，直到收到所述关闭信号后停止导通。

2.如权利要求1所述的故障处理装置，其特征在于所述启动模块从相间故障切除开始计时，经过预设时间再发出用于启动所述通断机构导通的启动信号。

3.如权利要求1所述的故障处理装置，其特征在于所述关闭模块测量流过所述通断机构的电流，从所述通断机构开始导通中性点或母线的某一相与大地或公用导线起经第一预设时段后通断机构无电流则产生所述关闭信号；或者从所述通断机构开始导通中性点或母线的某一相与大地或公用导线后持续无电流超过第二预设时段后产生所述关闭信号。

4.如权利要求1所述的故障处理装置，其特征在于，所述通断机构接母线的两相或三相时，所述电流控制模块还包括选相控制模块，并由所述选相控制模块选择一相作为通断机构的导通相。

5.如权利要求4所述的故障处理装置，其特征在于，所述选相控制模块接收故障线路保护装置发出的故障相别信息，根据预设逻辑发出用于控制所述通断机构导通某一相的信号。

6.如权利要求4所述的故障处理装置，其特征在于，所述选相控制模块装设三相PT，所述三相PT测量线路故障前后的相间电压，由相间电压变化结合预设逻辑确定所述通断机构的导通相。

7.如权利要求1所述的故障处理装置，其特征在于，所述电流控制模块包含相间短路故障时电阻测量模块和通断机构导通后导通回路的电阻测量模块。

8.如权利要求7所述的故障处理装置，其特征在于，所述相间短路故障时电阻测量模块接收故障线路保护装置通过通讯链路发送的相间短路时故障回路的电阻值。

9.如权利要求8所述的故障处理装置，其特征在于，所述相间短路故障时电阻测量模块根据相间短路故障前后的电压变化以及变压器参数手册计算相间短路时故障回路的电阻值。

10.如权利要求1所述的故障处理装置，其特征在于，所述通断机构为断路器，在断路器和大地或公用导线之间串联有电阻选择器，电阻选择器在所述电流控制模块的控制下串入一定阻值的限流电阻。

11.如权利要求10所述的故障处理装置，其特征在于，所述电阻选择器包括驱动电路和若干阻值不同的电阻，每个所述电阻与一把电阻开关串联形成串联单元，所有串联单元并联在一起，所述驱动电路用于控制所述电阻开关是否闭合。

12.如权利要求1所述的故障处理装置，其特征在于，所述通断机构为晶闸管，所述电流控制模块装设PT测量晶闸管两端的电压，装设CT测量通过晶闸管的电流，根据晶闸管的电流瞬时值选取晶闸管导通时的电压相角从而控制电流在预设范围内。

13.如权利要求1所述的故障处理装置，其特征在于，所述通断机构为晶闸管，在晶闸管和大地或公用导线之间串入一定阻值的限流电阻，所述电流控制模块装设PT测量晶闸管两端的电压，装设CT测量通过晶闸管的电流，根据晶闸管的电流瞬时值选取晶闸管导通时的电压相角从而控制电流在预设范围内。

14.如权利要求1所述的故障处理装置，其特征在于，所述通断机构的每相包括多对并联的动触点和静触点，所述多对动触点和静触点设置在一个或多个灭弧室内，动触点在驱动机构的驱动下接近静触点后又远离静触点从而实现导通和切断，所述多对动触点和静触点依次合分并循环从而间歇地将中性点或母线与大地或公用导线导通。

15.如权利要求1所述的故障处理装置，其特征在于所述启动模块从出线首端断路器的辅助节点获取信息，当通过母线电压检测发现相间短路故障并且所述首端断路器跳开后所述启动模块产生所述启动信号。

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