CN201430438Y - 消弧装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种消弧装置。包括消弧线圈装置、故障相接地装置以及控制器；消弧线圈装置包括消弧线圈、电流互感器和电压互感器，电流互感器的一端与用于引出电网中性点的接地变压器连接，电流互感器的另一端与消弧线圈的一端连接，消弧线圈的另一端接地，电压互感器与接地变压器连接；控制器分别与电流互感器和电压互感器连接，用于采集电流互感器和电压互感器测量得到的电流信号和电压信号，根据电流信号和电压信号以及电网中各相线路的对地电压，控制消弧线圈和/或故障相接地装置进行熄灭电弧。本实用新型消弧装置可快速彻底的消除单相弧光接地故障，降低了单相接地电容电流，提高了电网运行的可靠性和安全性。

Description

消弧装置

技术领域

本实用新型涉及电网中的消弧技术，特别是一种消弧装置。

背景技术

中性点非直接接地电网主要包括中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统。各中性点非直接接地电网，如煤矿、化工、建材以及大中城市的供电电网普遍采用电缆线路供电，且电缆总长度一般均较长，单相接地电容电流比较大，当单相接地电容电流超过一定范围时，易发生单相弧光接地，且自然熄弧非常困难，此时会产生间歇性电弧过电压，同时，电弧的存在易导致由单相接地发展为电路相间短路故障，威胁电网的安全运行。此外，为保证电网安全运行，一般要采取措施限制单相接地电容电流在规定的电流范围内，如《煤矿安全规程》2004年11月版中规定矿井高压电网中的单相接地电容电流不超过20安培，以避免接地电容电流过大威胁电网的安全运行。特别是对于采用小电流接地方式运行的6～66KV配电网，随着电网的扩大以及电缆线路的增加，单相接地电容电流过大，易发生单相弧光接地，且电弧的自然熄灭将变得非常困难，因此，如何快速彻底的熄灭电弧对电网的安全运行有着十分重要的意义。

目前的消弧装置一般采用消弧线圈，主要有手动调谐消弧线圈和自动调谐消弧线圈。其中，手动调谐消弧线圈为老式消弧方式，因不能精确地跟踪电网中电容电流的变化，实时性较差，其应用受到限制；自动调谐消弧线圈一般分为预调式和随调式，通过三相电网不对称故障产生的中性点电压判断单相接地故障，并根据电容电流变化对消弧线圈进行调节，减少单相接地电容电流，以达到熄弧需要，可有效解决手动调谐消弧线圈存在的实时性较差的问题。

但是，由于消弧线圈本身的特点，在很多情况下仅采用消弧线圈并不能彻底的熄灭电弧，且仅利用消弧线圈进行熄灭电弧的时间较长，而电弧的存在又会给供电电网系统带来较大的危害，现有的消弧装置已无法满足煤矿等电弧危害巨大的工矿企业供电电网系统的熄弧需要。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种消弧装置，以解决现有技术中仅采用消弧线圈而不能彻底、快速熄灭电弧的缺陷，可快速有效的消除单相接地故障和单相弧光接地故障，减少单相接地电容电流，保证电网的安全运行。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种消弧装置，包括消弧线圈装置、故障相接地装置以及控制器；所述消弧线圈装置包括消弧线圈、电流互感器和电压互感器，所述电流互感器的一端与用于引出电网中性点的接地变压器连接，所述电流互感器的另一端与所述消弧线圈的一端连接，所述消弧线圈的另一端接地，所述电压互感器与所述接地变压器连接；所述控制器分别与所述电流互感器和电压互感器连接，用于采集所述电流互感器和电压互感器测量得到的电流信号和电压信号，并根据所述电流信号和电压信号以及所述电网中各相线路的对地电压，控制所述消弧线圈和/或故障相接地装置进行熄灭电弧。

其中，所述消弧线圈为并联电抗器组。所述并联电抗器组包括并联连接的多个电抗器，各电抗器均串接有高压接触器，且各高压接触器与用于控制各高压接触器开断的所述控制器连接。所述并联电抗器组包括第一电抗器、第二电抗器、第三电抗器和第四电抗器，所述第一电抗器、第二电抗器、第三电抗器和第四电抗器分别串接有第一高压接触器、第二高压接触器、第三高压接触器和第四高压接触器；第一电抗器的电感为L1，第二电抗器的电感为L2，第三电抗器的电感为L3，第四电抗器的电感为L4，且L1∶L2∶L3∶L4为8∶4∶2∶1。各电抗器均连接有电压保护装置。

所述故障相接地装置包括高压真空接触器，所述高压真空接触器的一端分别与电网的各相线路连接，所述高压真空接触器的另一端接地，所述高压真空接触器还与用于控制所述高压真空接触器开断的所述控制器连接。所述高压真空接触器包括第一选相开关、第二选相开关和第三选相开关，所述第一选相开关与电网的A相线路连接，所述第二选相开关与电网的B相线路连接，所述第三选相开关与电网的C相线路连接；所述第一选相开关、第二选相开关和第三选相开关分别与用于控制各选相开关开断的所述控制器连接。所述高压真空接触器与电网的各相线之间还连接有出线断路器。

所述控制器包括采集处理模块和用于根据所述采集处理模块的处理结果控制所述消弧线圈装置和/或故障相接地装置进行熄灭电弧的控制模块；

所述采集处理模块包括：

用于采集所述电流互感器和电压互感器测得的电流信号和电压信号的采集单元；

用于对所述采集单元采集得到的电流信号和电压信号进行分析，获得中性点电压的运算单元；

用于根据所述运算单元计算得到的中性点电压，判断电网是否出现单相接地故障的判断单元。

此外，所述接地变压器从变电站的母线引出所述中性点，所述控制器还与从所述变电站的母线输出的各用户输电线上的用户电流互感器和用户电压互感器连接，采集所述用户电流互感器和用户电压互感器测量得到用户电流信号和用户电压信号，并根据所述用户电流信号和用户电压信号判断出发生单相接地故障的用户输电线。

本实用新型提供了一种消弧装置，该消弧装置通过将消弧线圈和故障相接地装置配合使用来进行消弧，当电网出现单相弧光接地故障时，将消弧线圈和故障相接地装置一起投入进行消弧，通过故障相接地装置实现了快速熄灭电弧的效果，同时，通过消弧线圈又达到了有效补偿单相接地电容电流的目的，有效消除了单相弧光接地故障，降低了因单相弧光接地以及单相接地电容电流过大而对电网供电系统的危害性，提高了电网运行的安全性和可靠性。

附图说明

图1为本实用新型消弧装置实施例的结构示意图；

图2为本实用新型消弧装置实施例中消弧线圈的结构示意图；

图3为本实用新型消弧装置实施例中控制器的结构示意图；

图4为本实用新型消弧装置实施例的工作流程示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

图1为本实用新型消弧装置实施例的结构示意图。该消弧装置包括消弧线圈装置1、故障相接地装置2以及控制器3；消弧线圈装置1包括消弧线圈11、电流互感器12和电压互感器13，其中，电流互感器12的一端与用于引出电网中性点的接地变压器4连接，电流互感器12的另一端与消弧线圈11的一端连接，消弧线圈11的另一端接地，电压互感器13与接地变压器4连接；控制器3分别与电流互感器12和电压互感器13连接，该控制器3用于采集电流互感器12和电压互感器13测量得到的电流信号和电压信号，根据采集到的该电流信号和电压信号以及电网各相线路的对地电压，控制消弧线圈11和/或故障相接地装置2进行熄灭电弧。具体地，本实施例中，电网三相线路中的各相线路均设置有用于测量各相线路的对地电压的相线电压互感器，控制器3可通过各相线路上的相线电压互感器采集各相线路的对地电压。

具体地，电流互感器12和电压互感器13可将实时测量得到的电流信号和电压信号传送至控制器3，控制器3可对接收到的电流信号和电压信号进行分析处理，计算得到消弧装置的对地电容，获得中性点电压，并根据中性点电压变化情况判断电网线路中是否出现单相接地故障，并根据中性点电压判断单相接地故障的故障属性，根据各相线路的对地电压判断单相接地故障的故障相别；同时，控制器3还可根据上述分析得到的相关数据对消弧线圈11和故障相接地装置2进行控制，对电网的单相接地故障进行处理。

实际应用中，本实施例中的接地变压器4可以为Z型接地变压器，用于从△型接线或Y型接线的三相电网中引出中性点，以便消弧线圈11与中性点连接，根据中性点电压以及各相线路的对地电压来判断故障相相别及故障属性，以便控制器3有效地对电网故障进行相应处理。在电流互感器12与接地变压器4引出的中性点之间可连接一隔离开关，以保证在对消弧装置进行人为操作时的安全性。

图2为本实用新型消弧装置实施例中消弧线圈的结构示意图。本实用新型技术方案中的消弧线圈11可为并联电抗器组，且并联电抗器组可包括并联连接的多个电抗器，各电抗器均串接有高压接触器，且各高压接触器与用于控制各高压接触器开断的控制器连接。具体地，如图2所示，并联电抗器组构成的消弧线圈11可包括第一电抗器111、第二电抗器112、第三电抗器113和第四电抗器114，第一电抗器111、第二电抗器112、第三电抗器113和第四电抗器114分别串接有第一高压接触器201、第二高压接触器202、第三高压接触器203和第四高压接触器204，第一电抗器111的电感为L1，第二电抗器112的电感为L2，第三电抗器113的电感为L3，第四电抗器114的电感为L4，且L1∶L2∶L3∶L4为8∶4∶2∶1，且第一高压接触器201、第二高压接触器202、第三高压接触器203和第四高压接触器204分别与控制器连接。可以看出，消弧线圈11采用8421并联电抗器组合的结构，当与电抗器对应的高压接触器关闭时，相应的电抗器就会投入到电网中，当与电抗器对应的高压接触器打开时，相应的电抗器就会退出电网，由此，通过控制器控制各高压接触器的闭合和打开，使得消弧线圈可具有0000～1111之间变化的16个档位，可适合多种补偿电流的需要。此外，实际应用中，各电抗器还可连接有电压保护装置，具体地，可在每个电抗器上并联一电压保护装置，避免电抗器的损坏。由于本实用新型技术方案中未使用被广泛应用的调匝式消弧线圈中使用的有载分接开关，使得消弧线圈的设计制造简单，且不需要加阻尼电阻，其具有调节速度快，在对消弧线圈调节过程中不会产生谐波，提高了电网运行的平稳性。

实际应用中，故障相接地装置包括高压真空接触器，高压真空接触器的一端分别与电网的各相线路连接，高压真空接触器的另一端接地，高压真空接触器还与用于控制高压真空接触器开断的控制器连接。具体地，高压真空接触器可包括第一选相开关、第二选相开关和第三选相开关，第一选相开关与电网的A相线路连接，第二选相开关与电网的B相线路连接，第三选相开关与电网的C相线路连接；第一选相开关、第二选相开关和第三选相开关分别与用于控制各选相开关开断的控制器连接。高压真空接触器可在控制器的控制下实现第一选相开关和/或第二选相开关和/或第三选相开关的打开和关闭，当第一选相开关关闭时，则与第一选相开关对应的A相就会通过直接接地，实现单相金属性接地，这样，就可在A相电缆线出现单相弧光接地时将不稳定的弧光接地转移为金属性接地，可快速地熄灭电弧，消除A相弧光接地故障，同样地，若B相电缆线或C相电缆线出现单相弧光接地时同样可以通过将第二选相开关或第三选相开关关闭，消除单相弧光接地故障。

由于本实用新型技术方案采用高压真空接触器，因此，可有效地实现对各选相开关的自动控制，且高压真空接触器具有较好的灭弧效果，提高灭弧的效果和快速性。实际应用中，在高压真空接触器与电网的各相线路之间还连接有出线断路器，该出线断路器可用来防止因控制器误判或误控制而引起相间短路接地等更为严重的故障，以更进一步地保证电网以及消弧装置的安全性和可靠性。

图3为本实用新型消弧装置实施例中控制器的结构示意图。具体地，本实施例中的控制器可包括采集处理模块31以及控制模块32。其中，采集处理模块31用于采集电流互感器和电压互感器测量得到的电流信号及电压信号，并通过对采集到的电流信号和电压信号进行分析处理，计算得到系统的对地电容，获得中性点电压，同时，采集处理模块31还可采集电网各相线路的对地电压，并可根据中性点电压以及各相线路的对地电压判断电网线路是否出现单相接地故障，并在出现单相接地故障时确定故障相别以及故障属性。

实际应用中，如图3所示，采集处理模块31可包括采集单元311、运算单元312以及判断单元313。其中，采集单元311用于采集电流互感器和电压互感器测得的电流信号和电压信号，并将采集到的电流信号和电压信号传送给运算单元312；运算单元312用于对采集单元311采集得到的电流信号和电压信号进行分析，并通过E₀法计算出系统的对地电容，获得中性点电压；判断单元313可用于接收运算单元312计算得到的中性点电压，判断电网是否出现单相接地故障，此外，采集单元311还可采集电网三相线路中各相线路的对地电压，若确定电网出现单相接地故障时，判断单元313还可确定出单相接地故障的故障相别，具体地，可通过比较三相线路中各相线路的对地电压的相位及有效值的大小，其中滞后于最大相的一相便是接地相，由此判断出接地相别，且判断单元313还可根据采集到的中性点电压判断单相接地故障的故障属性是单相金属性接地故障、单相经电阻接地故障或单相弧光接地故障，具体地，可将中性点电压值与预先设定的故障启动值比较，判断出故障属性，如，当中性点电压值高于故障判断的启动值，有效值小于相电压有效值且谐波含量较大时，就认为发生了单相弧光接地，由此可判断出单相接地故障的故障属性。

当发生单相接地故障时，控制模块32可根据采集处理模块31的处理结果，对消弧线圈和故障相接地装置进行控制，控制其投切，进行消弧。具体地，当控制器中的采集处理模块31检测到电网出现单相金属性接地故障后，可通过控制模块32对消弧线圈进行控制，使其按照预先计算好的目标档位投入，减小单相接地电容电流，此时故障相接地装置无动作；若检测到电网出现单相弧光接地故障后，控制模块32可对故障相接地装置进行控制，将电网线路中出现的单相弧光接地故障转化为金属性接地，快速熄灭电弧，消除单相弧光接地故障，同时，控制模块32还可控制消弧线圈按照预先计算好的目标档位投入，减小单相接地电容电流，与故障相接地装置共同配合来消除电弧，实现快速有效地熄灭电弧，其中以上所述的预先计算好的目标档位为控制模块32根据中性点的电压确定的消弧线圈需要投入的档位，即确定消弧线圈上的高压接触器的关闭状态，以实现消弧线圈相应档位的投入。

图4为本实用新型消弧装置实施例的工作流程示意图。如图4所示，当消弧装置与电网连接后，其工作流程包括以下步骤：

步骤10、对消弧装置进行初始化处理；

步骤20、由控制器从电流互感器和电压互感器实时获取电流信号和电压信号，并对获得的电流信号和电压信号进行分析计算，获得消弧装置的对地电容，实时监测中性点电压；

步骤30、判断中性点电压是否上升，即电网系统的零序电压是否升高，是则说明电网出现单相金属性接地故障、单相经电阻接地故障或单相弧光接地故障，执行步骤40，若中性点电压没有上升，则继续执行步骤20；

步骤40、控制器根据电压互感器的电压信号进行计算处理，判断故障属性，同时，根据电网各相线路的对地电压判断出故障相相别；

步骤50、控制器根据采集得到的电流信号和电压信号，通过计算分析得到中性点电压，并根据中性点电压判断电网是否出现单相弧光接地故障，若是，则执行步骤60，否则电网出现单相金属性接地故障或单相经电阻接地故障，执行步骤70；

步骤60、根据控制器的计算结果，控制器控制故障相接地装置的投切，并按照预先计算好的目标档位投入消弧线圈，实现快速消弧，结束；

步骤70、根据控制器的计算结果，控制消弧线圈按照预先计算好的目标档位投入，进行消弧，结束。

实际应用中，该消弧装置通过实时监测中性点电压的大小，判断中性点电压，即系统的零序电压是否上升，若中性点电压上升，则说明电网发生单相接地故障，此时，可根据该中性点电压判断故障相别及属性。若电网的单相接地故障为单相金属性接地故障或单相经电阻接地故障，则将消弧线圈按照预先计算好的目标档位投入，进行有效的消弧；若为单相弧光接地故障，则对故障相接地装置进行控制，将与故障相接地装置中与故障相相连的选相开关闭合，实现故障相的快速接地，将单相弧光接地转化为金属性接地，同时，还可将消弧线圈按照预先计算好的目标档位投入，进行电流补偿，避免出现单相接地电流过大，恢复线路的绝缘性能，使得整个电网恢复到正常的运行状态。可以看出，通过将消弧线圈和故障相接地装置结合起来进行消弧处理，提高了熄灭电弧的可靠性，减少了接地电容电流，使得弧光接地故障可得到较好的处理，提高了电网的安全性和电网的供电质量。

本实用新型实施例上述技术方案中，通过将消弧线圈和故障相接地装置配合使用进行消弧，当电网出现单相弧光接地时，将消弧线圈和故障相接地装置一起投入进行消弧，通过故障相接地装置实现了快速熄灭电弧的效果，同时，通过消弧线圈又达到了有效补偿单相接地电容电流的目的，有效消除了单相弧光接地故障，降低了各种单相接地故障对电网供电系统的危害，提高了电网运行的安全性和可靠性。

此外，本实用新型技术方案可应用于变电站中。由于变电站的母线输出端连接有多个不同用户的输电线路，而每个用户的输电线路发生单相接地故障必然会影响整个变电站的正常运行，因此，本实用新型消弧装置可应用于变电站中，消弧装置与母线连接，并通过接地变压器从母线中的A相、B相和C相线引出母线的中性点，实现对整个变电站输电线路中的接地故障进行消弧处理，消弧装置中的控制器可通过实时采集电流互感器和电压互感器测量得到的电流信号和电压信号，实时检测母线的中性点电压，判断故障属性，同时根据母线各相线路的对地电压判断出故障相相别，根据故障属性以及故障相相别控制消弧线圈和故障相接地装置的投切，以进行有效地消弧。

实际应用中，控制器还与从变电站的母线输出的各用户输电线上的用户电流互感器和用户电压互感器连接，用于采集用户电流互感器和用户电压互感器测量得到的用户电流信号和用户电压信号，并根据该用户电流信号和用户电压信号判断出发生单相接地故障的用户输电线。具体地，控制器可根据采集到的各用户输电线路上的用户电流信号和用户电压信号，通过暂态小波法、暂态能量法或首半波等暂态选线方法及粗糙集理论确认出现单相接地故障的用户输电线，选出故障线路，以便快速有效地确定出故障线路并进行快速有效地处理。

实际应用中，控制器可通过连接一显示装置来显示各用户输电线的故障状态，当确认某一用户输电线出现故障时可在该显示装置上将其显示为故障状态，以便相关人员对其进行维护，消除故障。此外，控制器还可连接有一报警装置，用于在电网发生单相接地故障时发出报警，该报警装置可分别安装在每个用户输电线路上，以便通知相关人员出现单相接地故障的相应的用户输电线路，使得相关人员可对出现故障的用户输电线路进行及时处理，以快速有效地消除单相接地故障。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本实用新型技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1、一种消弧装置，其特征在于，包括消弧线圈装置、故障相接地装置以及控制器；所述消弧线圈装置包括消弧线圈、电流互感器和电压互感器，所述电流互感器的一端与用于引出电网中性点的接地变压器连接，所述电流互感器的另一端与所述消弧线圈的一端连接，所述消弧线圈的另一端接地，所述电压互感器与所述接地变压器连接；所述控制器分别与所述电流互感器和电压互感器连接，用于采集所述电流互感器和电压互感器测量得到的电流信号和电压信号，根据所述电流信号和电压信号以及所述电网中各相线路的对地电压，控制所述消弧线圈和/或故障相接地装置进行熄灭电弧。

2、根据权利要求1所述的消弧装置，其特征在于，所述消弧线圈为并联电抗器组。

3、根据权利要求2所述的消弧装置，其特征在于，所述并联电抗器组包括并联连接的多个电抗器，各电抗器均串接有高压接触器，且各高压接触器与用于控制各高压接触器开断的所述控制器连接。

4、根据权利要求3所述的消弧装置，其特征在于，所述并联电抗器组包括第一电抗器、第二电抗器、第三电抗器和第四电抗器，所述第一电抗器、第二电抗器、第三电抗器和第四电抗器分别串接有第一高压接触器、第二高压接触器、第三高压接触器和第四高压接触器；第一电抗器的电感为L1，第二电抗器的电感为L2，第三电抗器的电感为L3，第四电抗器的电感为L4，且L1∶L2∶L3∶L4为8∶4∶2∶1。

5、根据权利要求3所述的消弧装置，其特征在于，各电抗器均连接有电压保护装置。

6、根据权利要求1所述的消弧装置，其特征在于，所述故障相接地装置包括高压真空接触器，所述高压真空接触器的一端分别与电网的各相线路连接，所述高压真空接触器的另一端接地，所述高压真空接触器还与用于控制所述高压真空接触器开断的所述控制器连接。

7、根据权利要求6所述的消弧装置，其特征在于，所述高压真空接触器包括第一选相开关、第二选相开关和第三选相开关，所述第一选相开关与电网的A相线路连接，所述第二选相开关与电网的B相线路连接，所述第三选相开关与电网的C相线路连接；所述第一选相开关、第二选相开关和第三选相开关分别与用于控制各选相开关开断的所述控制器连接。

8、根据权利要求6所述的消弧装置，其特征在于，所述高压真空接触器与电网的各相线之间还连接有出线断路器。

9、根据权利要求1～8任一所述的消弧装置，其特征在于，所述控制器包括采集处理模块和用于根据所述采集处理模块的处理结果控制所述消弧线圈装置和/或故障相接地装置进行熄灭电弧的控制模块；

所述采集处理模块包括：

用于采集所述电流互感器和电压互感器测得的电流信号和电压信号的采集单元；

用于对所述采集单元采集得到的电流信号和电压信号进行分析，获得中性点电压的运算单元；

用于根据所述运算单元计算得到的中性点电压，判断电网是否出现单相接地故障的判断单元。

10、根据权利要求1～8任一所述的消弧装置，其特征在于，所述接地变压器从变电站的母线引出所述中性点，所述控制器还与从所述变电站的母线输出的各用户输电线上的用户电流互感器和用户电压互感器连接，采集所述用户电流互感器和用户电压互感器测量得到用户电流信号和用户电压信号，并根据所述用户电流信号和用户电压信号判断出发生单相接地故障的用户输电线。

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