CN113949046B - 一种三相电力系统相间短路的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三相电力系统相间短路的处理方法，经若干分区开关将线路分成若干保护区，在保护区内设有若干分段开关；当所述线路发生相间短路故障时，相间短路故障点所在保护区的电能入口分区开关切断故障电流，然后利用所述相间短路故障点至所述电能入口分区开关之间的故障相导线、所述相间短路故障点、限流电阻以及大地构造一检测回路并利用所述故障相导线的单相对地电压在所述检测回路内产生电流信号，所述分段开关检测所述电流信号并根据预设条件跳闸从而切除相间短路故障。该方法采用的结构更简洁，能够有效切除相间短路故障，并能够缩小停电面积，同时还可以减少大电流切断开关的使用，从而有效降低开关成本。

Description

一种三相电力系统相间短路的处理方法

技术领域

本发明涉及电力系统保护领域，具体涉及一种三相电力系统相间短路的处理方法。

背景技术

目前，针对三相电力系统某一线路发生相间短路时，通常采用如下处理方法：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与电源的距离不同，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，然后最末把负荷开关无电流跳开（其他负荷开关在合闸状态），接着将第一把断路器重合，如果故障发生最末把负荷开关以下，则可以排除故障，否则第一把断路器重合后仍然有故障电流，此时第一把断路器过流再跳开，然后倒数第二把负荷开关无电流跳开，然后第一把断路器再次重合闸，如果相间短路发生在倒数第二把负荷开关和最末把负荷开关之间，则可以排除故障。以此类推，依次向上在无电流下切断负荷开关，直到将故障排除。但是在此操作过程中，供电系统反复经受大的短路电流冲击，如果次数过多，则会对线路造成损害，另外线路排除故障时间也很长。4、线路上都配置具有故障电流跳开能力的断路器，故障发生时将所有断路器设置为过流跳开，然后从第一把断路器开始合闸，有过流则跳开，故障排除。如果第一把断路器无过流而合闸成功，则闭锁一段时间的过流跳闸，在这段时间里第二把断路器合闸，由于第一把断流器已经过流闭锁，第二把断路器则有过流跳开，故障排除。如果无过流则接着闭合下一把，以此类推。这个方案要求每把断路器都需要具有切断大电流的能力，对断路器要求高，制造成本也高，同时逻辑复杂，自愈时间也比较长。所以，现有的相间短路处理方法均存在处理故障耗时长，对系统冲击大，对开关切断大电流的能力要求高。发明专利申请2020114536325和发明专利申请2020114536310提供了两种处理相间短路的方法，在发生相间短路时，通过人为构造包括故障相和相间短路故障点的检测回路，并利用检测回路上的开关检测电流的脉冲数或时长信息触发跳闸从而切断故障点的目的。这种方法没有进行分区保护，首先要使第一把断路器跳闸，从而整条线路上的用户都会受到影响，停电面积大。此外，该方法需要用开关将系统母线或中性点与大地相连，还需要用开关将跳开的出线与大地相连，采用的结构较为复杂，并且该方法也没有明确提出如何减少切断大电流开关的使用数量。

发明内容

本发明的目的是提供一种三相电力系统相间短路的处理方法，该方法采用的结构更简洁，能够有效切除相间短路故障，并能够缩小停电面积，同时还可以减少大电流切断开关的使用，从而有效降低开关成本。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种三相电力系统相间短路的处理方法，在线路上设有若干分区开关，所述若干分区开关将线路分成若干保护区，在保护区内设有若干分段开关；当所述线路发生相间短路故障时，相间短路故障点所在保护区的电能入口分区开关切断故障电流，然后利用所述相间短路故障点至所述电能入口分区开关之间的故障相导线、所述相间短路故障点、限流电阻以及大地构造一检测回路并利用所述故障相导线的单相对地电压在所述检测回路内产生电流信号，所述分段开关检测所述电流信号并根据预设条件跳闸从而切除相间短路故障，所述预设条件使靠近所述电能入口分区开关的分段开关晚于远离所述电能入口分区开关的分段开关跳闸。

优选的，所述电流信号为电流脉冲或持续电流，通过循环通断所述检测回路产生所述电流脉冲或者持续导通所述检测回路产生所述持续电流；设定靠近所述电能入口分区开关的分段开关触发跳闸的电流脉冲数多于远离所述电能入口分区开关的分段开关触发跳闸的电流脉冲数，或者设定靠近所述电能入口分区开关的分段开关触发跳闸的电流时长长于远离所述电能入口分区开关的分段开关触发跳闸的电流时长。

优选的，当所述线路发生相间短路故障时，相间短路故障点所在保护区的电能入口分区开关切断至少一故障相以切断故障电流并维持另一故障相导通，然后将已切断的一故障相在所述电能入口分区开关的下口经接地开关和限流电阻与大地相连，循环通断所述接地开关以产生所述电流脉冲或持续导通所述接地开关以产生持续电流。

优选的，所述维持另一故障相导通，包括所述电能入口分区开关断开该所述另一故障相后又通过与所述电能入口分区开关并联的开关导通该所述另一故障相，或者所述电能入口分区开关不断开该所述另一故障相而自始导通。

优选的，当所述线路发生相间短路故障时，相间短路故障点所在保护区的电能入口分区开关切断至少一故障相以切断故障电流并将已切断的一故障相与大地相连，然后循环通断另一故障相以产生电流脉冲或持续导通另一故障相以产生持续电流。

优选的，通过所述电能入口分区开关的单相通断控制产生所述电流脉冲或持续电流，或者通过与所述电能入口分区开关并联的开关进行单相通断控制以产生所述电流脉冲或持续电流。

优选的，在循环导通的故障相或持续导通的故障相导线上串接所述限流电阻，或者在已切断的所述一故障相与大地之间串接所述限流电阻。

优选的，在所述保护区上设置差动保护系统，当发生相间短路故障时，所述差动保护系统发出控制信号，使所述电能入口分区开关动作以切断故障电流。

优选的，所述限流电阻为可调电阻。

上述方案中，将线路分成若干保护区，某一保护区发生相间短路，只需要该保护区的分区开关切断故障电流，这样上一保护区则不需要停电，从而有效缩小停电面积。而且本方案利用中性点接地（即中性点经小电阻接地或经消弧线圈接地），或中性点悬空时其他出线对地电容效应的特点可以人为构造的一个包括相间短路故障点和故障相导线以及大地的检测回路，该检测回路利用故障相导线的单相对地电压而产生电流信号，并可通过开关通断操作对电流信号进行调控，这样保护区内的分段开关根据预设的电流脉冲数或电流时长等信息切断后，即可以排除故障。在检测回路的构造过程中，没有单独使用设备将系统母线或中性点接大地，而是利用系统中性点接地或悬空时其他出线对地的电容效应直接对地产生电流信号，这样简化了系统结构，降低了成本。同时，本技术方案区分分区开关和分段开关，分区开关针对短路的大电流进行切断，而分段开关则是在构造的检测回路中发挥切断作用。通过设置限流电阻可调控出较小电流值的电流信号，即检测回路中的电流是可控电流，这样分段开关只需要具有切断小电流的能力即可，对切断性能要求大大降低，从而进一步有效降低了开关的性能成本。

附图说明

图1是本发明小电阻接地三相电力系统相关结构示意图；

图2是本发明消弧线圈接地三相电力系统相关结构示意图。

图3 是中性点悬空的三相电力系统相关结构示意图。

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：

中性点不悬空的三相电力系统，中性点一般通过小电阻接地或消弧线圈接地，如图1和图2所示，当某一相导线接地时，能够与接地的中性点形成回路并产生电流。中性点悬空的三相系统如图3所述，线路上的导线与大地之间具有电容，当某一相导线接地时，也可以产生电流。图1、图2和图3所示的三相电力系统中，三相线路1上分布若干分区开关2，发生相间短路时会产生几千安培的大电流，分区开关2具有大电流切断功能，能够切断短路电流。分区开关2将线路1分成若干保护区3，针对某一个保护区3而言，位于电能入口的分区开关2为电能入口分区开关。在保护区3内设有若干分段开关4，分段开关4允许使用小电流切断开关，如切断50安培电流的开关等，这样对分段开关的性能要求低，可以降低制造成本。每个保护区3可以通过差动保护系统（图中未示出）利用差动保护的方式提供保护，差动保护系统判断某一个保护区3内流入的电流和流出的电流是否相等，不相等并超出阈值时说明发生相间短路等故障，即跳开电能入口分区开关2以切断电流（两相短路时可以切断一相或两相，三相短路时可以切断两相或三相）。差动保护方法可以是光纤差动保护、5G差动保护等，为现有技术，此处不再赘述。通过使用差动保护等技术，在某一个保护区内发生相间短路时，可以使该保护区的电能入口分区开关2跳闸以切断一相、两相或三相故障相从而切断故障电流，但是该保护区的上一个保护区的分区开关2不跳闸，则该上一个保护区不会停电，这样可以将停电区域细化，减小停电面积。

在一个中性点接地系统的实施例中，在各个分区开关2的下口与大地之间安有接地开关9和限流电阻8。发生两相相间短路故障时，相间短路故障点所在的保护区3的电能入口分区开关2切断一个故障相，而另一个故障相始终导通，然后接地开关9将已切断的故障相在电能入口分区开关2的下口与大地相连接，这样就造成了单相接地，即构造了一个包括系统中性点、相间短路故障点、相间短路故障点到该保护区电能入口分区开关2之间两根故障相导线以及限流电阻8和大地的一个检测回路，由系统电源产生电流值可控的电流信号。电流信号可以是循环通断接地开关9产生的电流脉冲，或者是持续导通接地开关9产生的持续电流。给上述检测回路串入的限流电阻8，可以使电流值在预期的范围内，从而容易被分段开关切断，比如限流电阻设置为不小于100欧姆的电阻，对于10KV系统，则电流值可控制在60安培以下，相对于相间短路发生时产生的数千安培的大电流，自然容易被分段开关4切断。分段开关4具有检测可控电流并根据预设条件切断电流的功能，例如，分段开关4可以检测电流脉冲的个数，并且保护区内最末位的分段开关4设置为检测到一个电流脉冲即跳闸，其上（倒数第二位）一个分段开关设置为检测两个电流脉冲数再跳闸，再上一个分段开关设置为检测到三个脉冲数再跳闸，以此类推，这样就能够切断相间短路故障点上游最邻近的分段开关，从而精准排除故障。类似的，还可以使分段开关检测电流时长，并且最末位分段开关检测的电流时长最短（如0ms），然后向上的分段开关触发跳闸的电流时长依次延长（如依次递增100ms），这样当检测回路中产生持续的电流时分段开关4即可发挥作用，并且是故障点最相邻的上游（即靠近电源侧）分段开关跳闸。当然，分段开关检测电流脉冲或电流时长的功能，不会与电力系统正常工作时的电流相冲突，只有在发生相间短路故障后，分段开关才会进入到检测角色中。当然还可以考虑设置除电流脉冲或电流时长外的其他条件，设置的原则仍然是使靠近电能入口分区开关2的分段开关4晚于远离所述电能入口分区开关2的分段开关4跳闸，这样即能精准切除故障。电能入口分区开关2维持导通的一相开关也可以根据电流脉冲数或电流时长切断，并且电流脉冲数设置最大，或电流时长设置最长，这样当故障点位于电能入口分区开关2和其下第一把分段开关4之间时，通过电能入口分区开关跳闸来切除故障点。本实施例中，电能入口分区开关2切断一个故障相而保持另一个故障相自始导通，而在另一个实施例中，分区开关2也可以同时切断这两个故障相，然后通过与电能入口分区开关2并联的开关6再将一个故障相导通，这样也可以实现上述效果。或者在第三个实施例中，电能入口分区开关2切断这两个故障相，然后接地开关9将已切断的故障相与大地相连，而并联开关6循环通断从而产生电流脉冲，或者并联开关6持续导通从而产生持续电流，这样也可以使分段开关跳闸从而切除故障，此实施例中，限流电阻既可以串接在接地开关与大地之间，也可以改成串接在并联开关6处。在另外一个实施例中，也可以是电能入口分区开关2维持导通的那一相的单相开关循环通断以产生电流脉冲，或者持续导通以产生持续电流，此时即不再需要并联开关6。

在一个中性点悬空系统的实施例中，当发生三相相间短路故障时，电能入口分区开关2跳开两条故障相而维持另一个故障相导通，这样就可以切断故障电流，然后将已跳开的两个故障相之一从电能入口分区开关2的下口通过接地开关9和限流电阻8与大地相连，这样构造了一个包括系统单相对地电压、两根故障相导线、相间短路故障点、接地开关、限流电阻8和大地的检测回路，并利用故障相导线对地单相电压产生了电流信号。通过循环通断接地开关9产生电流脉冲，或者持续导通接地开关9产生持续电流，分段开关4根据预设的脉冲数或电流时长跳闸从而切除故障。同样，也可以改成同时切断三相故障相，利用并联开关6导通一相故障相与电源的连接，然后循环通断并联开关6来产生电流脉冲，或持续导通并联开关6来产生持续电流。

上述实施例中，限流电阻8可以采用可调电阻，这样调整阻值，可以使产生的电流信号的电流值在预期范围内。

关于电流脉冲数或电流时长与分段开关跳闸先后的细节，可以参考发明专利申请2020114536325和发明专利申请2020114536310。

上述实施例中，针对安装了消弧线圈或小电阻的场景，接地开关9和限流电阻8可以如前所述直接接大地，也可以与导线连接，再将该导线连接到消弧线圈或小电阻的接地端。

上述实施例只是对本发明构思和实现的说明，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 (9)

1.一种三相电力系统相间短路的处理方法，其特征在于，在线路上设有若干分区开关，所述若干分区开关将线路分成若干保护区，在保护区内设有若干分段开关；当所述线路发生相间短路故障时，相间短路故障点所在保护区的电能入口分区开关切断故障电流，然后利用所述相间短路故障点至所述电能入口分区开关之间的故障相导线、所述相间短路故障点、接地开关、限流电阻以及大地构造一检测回路并利用所述故障相导线的单相对地电压在所述检测回路内产生电流信号，所述分段开关检测所述电流信号并根据预设条件跳闸从而切除相间短路故障，所述预设条件使靠近所述电能入口分区开关的分段开关晚于远离所述电能入口分区开关的分段开关跳闸。

2.如权利要求1所述的三相电力系统相间短路的处理方法，其特征在于，所述电流信号为电流脉冲或持续电流，通过循环通断所述检测回路产生所述电流脉冲或者持续导通所述检测回路产生所述持续电流；设定靠近所述电能入口分区开关的分段开关触发跳闸的电流脉冲数多于远离所述电能入口分区开关的分段开关触发跳闸的电流脉冲数，或者设定靠近所述电能入口分区开关的分段开关触发跳闸的电流时长长于远离所述电能入口分区开关的分段开关触发跳闸的电流时长。

3.如权利要求2所述的三相电力系统相间短路的处理方法，其特征在于，当所述线路发生相间短路故障时，相间短路故障点所在保护区的电能入口分区开关切断至少一故障相以切断故障电流并维持另一故障相导通，然后将已切断的一故障相在所述电能入口分区开关的下口经接地开关和所述限流电阻与大地相连，循环通断所述接地开关以产生所述电流脉冲或持续导通所述接地开关以产生持续电流。

4.如权利要求3所述的三相电力系统相间短路的处理方法，其特征在于，所述维持另一故障相导通，包括所述电能入口分区开关断开所述另一故障相后又通过与所述电能入口分区开关并联的开关导通所述另一故障相，或者所述电能入口分区开关不断开所述另一故障相而自始导通。

5.如权利要求2所述的三相电力系统相间短路的处理方法，其特征在于，当所述线路发生相间短路故障时，相间短路故障点所在保护区的电能入口分区开关切断至少一故障相以切断故障电流并将已切断的一故障相与大地相连，然后循环通断另一故障相以产生电流脉冲或持续导通另一故障相以产生持续电流。

6.如权利要求5所述的三相电力系统相间短路的处理方法，其特征在于，通过所述电能入口分区开关的单相通断控制产生所述电流脉冲或持续电流，或者通过与所述电能入口分区开关并联的开关进行单相通断控制以产生所述电流脉冲或持续电流。

7.如权利要求5所述的三相电力系统相间短路的处理方法，其特征在于，在循环导通的故障相或持续导通的故障相导线上串接所述限流电阻，或者在已切断的所述一故障相与大地之间串接所述限流电阻。

8.如权利要求1所述的三相电力系统相间短路的处理方法，其特征在于，在所述保护区上设置差动保护系统，当发生相间短路故障时，所述差动保护系统发出控制信号，使所述电能入口分区开关动作以切断故障电流。

9.如权利要求1、3或者7所述的三相电力系统相间短路的处理方法，其特征在于，所述限流电阻为可调电阻。