CN202444259U - 一种新型中压配电系统综合接地保护及选线装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种新型中压配电系统综合接地保护及选线装置，包括测控单元，其信号采集端口分别与电流互感器CT1、CT2、电压互感器PT相连，其选线端口与多个馈线连接，其信号输出端口分别与双相晶闸管KP1、KP2、可控快速真空开关DLA、DLB、DLC相连，双相晶闸管KP1、KP2通过消弧接地变压器接被保护设备的三相母线，可控快速真空开关DLA、DLB、DLC接被保护设备的三相母线。当发生单相弧光接地故障时，快速闭合故障相的可控快速真空开关，同时测控单元采集选线相关量进行选线，并投入消弧接地变压器补偿接地电容电流，减小故障点的接地电弧电流，保障人身和设备的安全。
Description
技术领域
本实用新型涉及中压配电系统领域，尤其是一种新型中压配电系统综合接地保护及选线装置。
背景技术
我国中压配电网大多采用中性点不直接接地的运行方式，相继研制出各种自动调谐补偿消弧线圈、消弧消谐柜和中性点接地电阻装置，消弧线圈只能补偿故障时的工频电容电流，对高频电容电流起不到补偿作用，无法有效的消除间歇性弧光接地过电压的；消弧消谐柜不仅在母线接地与断开瞬间造成对系统的冲击，引起的单相间隙性弧光接地可能再次发生，特别是在接地故障消除后，断开故障相真空开关瞬间产生的瞬态过电压使得在由绝缘下降引起的单相接地，发展成为相间及三相短路的事故；中性点经小电阻接地扩大了单相接地时的故障电流，加剧了故障点的烧伤，牺牲了对用户供电的可靠性，对于用电企业，被迫停电将会造成巨大的经济损失。
中压配电网在系统发生单相接地时，需要在解决弧光接地的同时，还需要快速准确的选出故障馈线并将故障线路隔离，由于消弧线圈不补偿5次谐波电流，因而理论上5次谐波选线是比较好的选择，但实际系统中5次谐波的量很小，测量的精度和线性准确性均难以保证；利用注入信号进行选线，由于故障接地电流对注入信号的干扰较大，接地电弧的变化和测量精度的影响，误选和错选时有发生；中压电力网多数采用中性点谐振接地运行方式，单相接地选线已经成为谐振接地的能否被广泛应用的关键，目前的做法在发生单相接地时，采用消弧线圈在高压侧短时并联电阻选线，这样可以避免上述选线不准带来的负面影响，同时带来接地电流过大及与零序保护配合的问题。接地电流过大会带来以下问题：当电缆一处接地时，电弧有可能烧毁同一电缆沟内的其他相邻电缆，扩大事故，造成火烧连营，由于电阻热容量与电流的平方成正比，电流过大给电阻的制造困难，不但电阻的造价不菲，电阻箱的占地面积也较大。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有消弧选线技术的不足，提供一种结构简单、成本低、易维护的新型中压配电系统综合接地保护及选线装置。
为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种新型中压配电系统综合接地保护及选线装置，包括测控单元，其信号采集端口分别与用于采集被保护设备母线接地电容电流的电流互感器CT1、CT2的二次电流输出端、用于采集被保护设备母线电压的电压互感器PT的二次电压输出端相连，其选线端口与多个馈线连接，其信号输出端口分别与双相晶闸管KP1、KP2、可控快速真空开关DLA、DLB、DLC相连，双相晶闸管KP1、KP2通过消弧接地变压器接被保护设备的三相母线，可控快速真空开关DLA、DLB、DLC接被保护设备的三相母线。
由上述技术方案可知，本实用新型通过测控单元实时采集被保护设备的母线电压、电流信号，判断是否发生接地故障，当配电系统发生单相弧光接地故障时，无论故障点在何处，在测控单元的诊断下，快速闭合故障相的可控快速真空开关，将故障相母线接地，迅速地将故障点电流转移到装置内，同时测控单元采集选线相关量进行选线，并投入消弧接地变压器补偿接地电容电流，减小故障点的接地电弧电流，使故障点电弧快速熄灭，同时减小了故障点的跨步电压，防止事故发展，保障人身和设备的安全。本实用新型结构简单、成本低、易维护。
附图说明
图1为本实用新型的电气原理图；
图2为本实用新型的工作流程图。
具体实施方式
一种新型中压配电系统综合接地保护及选线装置，包括测控单元1，其信号采集端口分别与用于采集被保护设备母线接地电容电流的电流互感器CT1、CT2的二次电流输出端、用于采集被保护设备母线电压的电压互感器PT的二次电压输出端相连，其选线端口与多个馈线连接，其信号输出端口分别与双相晶闸管KP1、KP2、可控快速真空开关DLA、DLB、DLC相连，双相晶闸管KP1、KP2通过消弧接地变压器2接被保护设备的三相母线，可控快速真空开关DLA、DLB、DLC接被保护设备的三相母线，如图1所示，所述的测控单元1采用32位高性能数字信号处理器DSP，故障处理速度极快，作为整个装置的信号采集、测量、显示、运算、通讯及执行的中心，测控单元1上还设有微机通讯接口，为数据传输创造了条件。
如图1所示，所述的消弧接地变压器2包括三相主线圈L1、L2、L3及其副线圈，三相主线圈L1、L2、L3的一端通过高压隔离开关GL1接被保护设备的三相母线A、B、C，三相主线圈L1、L2、L3的另一端穿过电流互感器CT2接地，三相主线圈L1、L2、L3的副线圈采用开口三角形接法连接，双相晶闸管KP2与电抗器L串联后再与经串联的双相晶闸管KP1、阻尼电阻R并联，并联端接三相主线圈L1、L2、L3的副线圈的两端，双相晶闸管KP1、KP2的控制端均与测控单元1的信号输出端口相连。
我们的选线方案：将阻尼电阻R转移到二次侧，有以下优点：第一，由于阻尼电阻R等效安装二次侧，电压较低，系统安全可靠，用晶闸管投切，阻尼时间小于20μs，较真空开关快的多，晶闸管投切没有噪音，电流过零关断，对设备没有冲击，可靠性高；第二，系统正常运行时，晶闸管导通，阻尼电阻R接入二次侧，减小线圈等效阻抗，限制谐振过电压；第三，系统发生单相接地时，晶闸管截止，阻尼电阻R从二次侧切除，线圈补偿系统的电容电流；第四，若需要选线，则在故障发生时经过一定延时后再切除阻尼电阻R，延时时间小于1秒，利用并联阻尼电阻R选线原理选出故障线路。
如图1所示，所述的可控快速真空开关DLA、DLB、DLC的一端与高压隔离开关GL1的一端相连，高压隔离开关GL1的另一端分别接被保护设备的三相母线A、B、C，可控快速真空开关DLA、DLB、DLC的另一端并联后穿过电流互感器CT1接地，可控快速真空开关DLA、DLB、DLC的控制端与测控单元1的信号输出端口相连。该装置还包括高压隔离开关GL2，高压隔离开关GL2的一端分别接被保护设备的三相母线A、B、C，高压隔离开关GL2的另一端分别与熔断器F1、F2、F3的一端相连，熔断器F1、F2、F3的另一端与电压互感器PT高压侧的一端相连，电压互感器PT高压侧的另一端经消谐电阻PTK接地。可控快速真空开关DLA、DLB、DLC的快速真空开关合闸时间为20mS，真空开关可实现分相控制，真空开关的三相在控制回路里设计成闭锁，即当一相处于合闸状态，其余两相被闭锁，以避免造成相间短路；真空开关可以快速有效的转移单相弧光接地时故障电流，避免电弧长时在故障的灼烧，弥补消弧接地变压器2无法补偿高频和阻性电流的缺陷。消谐电阻PTK使得电压互感器PT远离饱和区,避免了铁磁谐振的发生,同时具有抑制低频振荡的功能。
如图1所示，该装置还包括大能容三相组合式过电压保护器3，大能容三相组合式过电压保护器3的一端接地，另一端通过高压隔离开关GL2接被保护设备的三相母线A、B、C。所述的大能容三相组合式过电压保护器3包括四个氧化锌阀片FR，其中，第一、二、三氧化锌阀片FR1、FR2、FR3的一端分别通过第一、二、三放电间隙JX1、JX2、JX3、JX4接第一、二、三脱离器TQ1、TQ2、TQ3，第一、二、三氧化锌阀片FR1、FR2、FR3的另一端并联后与第四氧化锌阀片FR4串联，第四氧化锌阀片FR4与第四放电间隙JX4串联后接地，第一、二、三脱离器TQ1、TQ2、TQ3通过高压隔离开关GL2接被保护设备的三相母线A、B、C。氧化锌阀片在劣化后自动短路，将导致相间短路事故发生，脱离器TQ使得过电压保护更加安全；选用氧化锌电阻片2mS方波电流800A，通流容量大，可以有效得抑制大气过电压、操作过电压、谐振过电压和间歇性弧光接地过电压。
以下结合图1对本实用新型作进一步的说明。
在工作时，由测控单元1实时采集被保护设备的三相母线电压、电流信号，并判断发生何种接地故障，当系统发生单相弧光接地时，通过可控快速真空开关DLA、DLB、DLC，快速的将故障相母线做金属接地，由于故障相直接与接地网连接，对地电压为零，高频电弧和阻性电弧立即被熄灭，工频电弧也被转移，过电压被限制在安全水平，故障不再继续发展，可以快速转移接地点故障电流，稳定系统电压，避免电弧对故障点的灼烧，这只是做了第一步。
第二步通过消弧接地变压器2可以实现对感性电流的连续无极调节，快速有效的对被转移的故障电容电流进行补偿，真正做到标本兼治，实现真正意义上的灭弧，并同时启动选线，通过阻尼电阻R快速准确的选出故障馈线，及时隔离故障馈线保证系统安全可靠运行。本实用新型能够有效的限制单相弧光接地过电压,谐振过电压及操作过电压,快速灭弧，快速选线确保电力网的安全可靠运行；结构更为紧凑、简单，易维护，易控制，制造成本低，特别适用与中压电力网的综合接地保护及选线。
当电网发生单相接地故障时，消弧接地变压器2的主线圈L1、L2、L3中承受两组电压，一组是三相对称的正序电压，这组电压与电网正常运行时消弧接地变压器2上承受的电压完全相同。在这组电压的作用下，消弧接地变压器2仅仅是一个接地变压器的功能，只为补偿提供一个中性点，而不产生电感电流起不到补偿功能。另一组是三相大小相等、方向相同的零序电压，在这组电压的作用下，三个绕组中的电流同相位并联相接，必然在三个绕组中产生同相位的电流3IL0。因为在绕有线圈的三个铁芯中形成同相位的零序磁通φm0，该零序磁通只能经过间隙形成回路，这样在3个绕组中感应出电感电流IL0，即成为三相消弧电抗器，这个电感电流与系统的电容电流在相位上相反，起到补偿作用。
当电网正常工作时，加在消弧接地变压器2的电压仅为正序，大小相等，相位互差120度，矢量和为零，消弧接地变压器2星形联接点没有电流入地，正序磁通在中间三个柱之间流通，互为通道，不流经边柱；由于中间三个柱没有气隙，磁阻很小，正序阻抗很大，正序电流很小，其值相当于变压器的空载电流。
当电网发生接地故障时，该开口反应零序电压，利用双相晶闸管KP1接通电抗器L，测控单元1通过调整双相晶闸管KP1的导通角，调节消弧接地变压器2副线圈电感电流的大小，即可改变主线圈的电感电流大小，实现消弧线圈电感电流的自动调节。测控单元1通过对电网电容电流的实时跟踪，自动调节电感电流，实现自动跟踪补偿。在电网正常运行时，低压绕组的开口电压经过消弧接地变压器2的副线圈接通阻尼电阻R，阻尼电阻R接入到二次侧，减小线圈等效阻抗，限制谐振过电压，系统发生单相接地时，双相晶闸管KP2截止，阻尼电阻R从二次侧切除，线圈补偿系统的电容电流，若需要选线，则在故障发生时经过一定延时后再切除阻尼电阻R，利用并联电阻选线原理选出故障线路。当接地故障消除时测控单元1自动接通阻尼电阻R，投入该阻尼电阻R，防止谐振，关断双相晶闸管KP1，退出电抗器L，同时复位可控快速真空开关DLA、DLB、DLC，系统恢复正常运行。
如图2所示，测控单元1实时在线巡检母线三相电压、开口三角电压和接地电流互感器电流信号，若系统发生稳定的金属性接地，可控快速真空开关DLA、DLB、DLC不动作，测控单元1快速投入消弧接地变压器2，补偿接地点的电容电流，使得故障点的电弧立即熄灭，同时启动选线，发出接地告警信号；
若检测到系统发生不稳定的弧光接地，快速投入故障相真空开关，将故障相母线接地，迅速得将故障点电流转移到装置内，同时测控单元采集选线相关量进行选线，并投入消弧接地变压器2补偿接地电容电流，减小故障点的故障点的接地电弧电流，使故障点电弧快速熄灭，抑制过电压，防止事故扩大化，提高电力系统的安全性和可靠性，实现真正意义上的消弧选线，标本见兼治；
当接地故障消除时测控单元1自动导通KP2，接通阻尼电阻R1，投入该阻尼电阻，防止谐振，关断KP1退出小型电抗器L，同时复位真空开关，系统恢复正常运行。
Claims (7)
1.一种新型中压配电系统综合接地保护及选线装置，其特征在于：包括测控单元（1），其信号采集端口分别与用于采集被保护设备母线接地电容电流的电流互感器CT1、CT2的二次电流输出端、用于采集被保护设备母线电压的电压互感器PT的二次电压输出端相连，其选线端口与多个馈线连接，其信号输出端口分别与双相晶闸管KP1、KP2、可控快速真空开关DLA、DLB、DLC相连，双相晶闸管KP1、KP2通过消弧接地变压器（2）接被保护设备的三相母线，可控快速真空开关DLA、DLB、DLC接被保护设备的三相母线。
2.根据权利要求1所述的新型中压配电系统综合接地保护及选线装置，其特征在于：所述的消弧接地变压器（2）包括三相主线圈L1、L2、L3及其副线圈，三相主线圈L1、L2、L3的一端通过高压隔离开关GL1接被保护设备的三相母线A、B、C，三相主线圈L1、L2、L3的另一端穿过电流互感器CT2接地，三相主线圈L1、L2、L3的副线圈采用开口三角形接法连接，双相晶闸管KP2与电抗器L串联后再与经串联的双相晶闸管KP1、阻尼电阻R并联，并联端接三相主线圈L1、L2、L3的副线圈的两端，双相晶闸管KP1、KP2的控制端均与测控单元（1）的信号输出端口相连。
3.根据权利要求1所述的新型中压配电系统综合接地保护及选线装置，其特征在于：所述的可控快速真空开关DLA、DLB、DLC的一端与高压隔离开关GL1的一端相连，高压隔离开关GL1的另一端分别接被保护设备的三相母线A、B、C，可控快速真空开关DLA、DLB、DLC的另一端并联后穿过电流互感器CT1接地，可控快速真空开关DLA、DLB、DLC的控制端与测控单元（1）的信号输出端口相连。
4.根据权利要求1所述的新型中压配电系统综合接地保护及选线装置，其特征在于：该装置还包括高压隔离开关GL2，高压隔离开关GL2的一端分别接被保护设备的三相母线A、B、C，高压隔离开关GL2的另一端分别与熔断器F1、F2、F3的一端相连，熔断器F1、F2、F3的另一端与电压互感器PT高压侧的一端相连，电压互感器PT高压侧的另一端经消谐电阻PTK接地。
5.根据权利要求1所述的新型中压配电系统综合接地保护及选线装置，其特征在于：该装置还包括大能容三相组合式过电压保护器（3），大能容三相组合式过电压保护器（3）的一端接地，另一端通过高压隔离开关GL2接被保护设备的三相母线A、B、C。
6.根据权利要求1所述的新型中压配电系统综合接地保护及选线装置，其特征在于：所述的测控单元（1）采用32位高性能数字信号处理器DSP。
7.根据权利要求5所述的新型中压配电系统综合接地保护及选线装置，其特征在于：所述的大能容三相组合式过电压保护器（3）包括四个氧化锌阀片FR，其中，第一、二、三氧化锌阀片FR1、FR2、FR3的一端分别通过第一、二、三放电间隙JX1、JX2、JX3、JX4接第一、二、三脱离器TQ1、TQ2、TQ3，第一、二、三氧化锌阀片FR1、FR2、FR3的另一端并联后与第四氧化锌阀片FR4串联，第四氧化锌阀片FR4与第四放电间隙JX4串联后接地，第一、二、三脱离器TQ1、TQ2、TQ3通过高压隔离开关GL2接被保护设备的三相母线A、B、C。
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