CN204012685U - 一种10kV电网接地故障处理设备 - Google Patents

一种10kV电网接地故障处理设备 Download PDF

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姚积坤
刘协文
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张泽良
李志兴
陈�光
何健明
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Abstract

本实用新型公开了一种10kV电网接地故障处理设备，包括：接地变压器、消弧线圈、可控电阻、高压接触器组和控制器；接地变压器产生系统中性点，且接地变压器的一端连接配电网的10kV母线，另一端与高压接触器组和消弧线圈连接；可控电阻一端接地，并通过高压接触器组的开关切换，与接地变压器和所述消弧线圈进行电气连接；控制器安装于主控室内，并与消弧线圈通信连接，以控制与测量设备所产生的参数。本实用新型提供的10kV电网接地故障处理设备实现消弧线圈与可控电阻的联合使用，应用智能控制逻辑实现自动切换，既保证对永久性接地故障的迅速准确隔离，又能对瞬时性接地故障进行精确补偿使其自行消失，提高了系统的安全性与可靠性。

Description

一种10kV电网接地故障处理设备
技术领域
本实用新型涉及电力系统领域，尤其涉及一种10kV电网接地故障处理设备。
背景技术
配电网作为电力系统发、输、配及用电中的一个环节，起着承上启下的作用，其重要性越来越受到重视，而配电网接地故障的处理一直是困扰广大电网运行人员的重大问题。
电力系统按接地处理方式可分为大电流接地系统(包括直接接地，电抗接地和低阻接地等)、小电流接地系统(包括高阻接地，消弧线圈接地和不接地等)。为保证能够准确隔离故障线路，很多城市都开始采用中性点经小电阻接地的运行方式。但由于小电阻接地方式对于接地故障跳闸是无选择性的，使得任何瞬时性接地故障都会引起线路跳闸。虽然通过重合闸方式这些瞬时性接地故障恢复了送电，但也由此造成了对用户的不必要的用电中断和变电站线路开关多次冲击动作。应用小电阻接地方式的配电网系统的跳闸率高、接地故障电流大，供电可靠性差，不能满足用户对供电可靠性日益严格的需求。
消弧线圈接地方式能自动消除瞬时性单相接地故障，具有减少跳闸次数、降低接地故障电流的优点，但由于不能解决非瞬时性单相接地故障，整个配电系统须承受较长时间的工频过电压(线电压)，因此对设备的绝缘水平要求高，这对配电系统设备(尤其对于某些进口设备，如电缆)是不利的；同时单相接地故障的长时间存在也不利于设备及人身安全；而且传统消弧线圈接地系统里面的故障选线一直是一个待解决的技术难题。多年来，配电网实际选线准确率较低，查找接地线路难度较大，利用人工拉路的方法去寻找排除接地故障，耗时耗力，效率低甚至还忙中出错，影响设备和人身安全。
数据统计表明，在以电缆为主的电网，永久性故障和相间短路高于以架空线为主的电网。究其原因是电缆本体故障较少，大多故障发生在电缆接头处，使得永久性故障和相间短路故障增多，但电缆网络发生接地并不一定是永久性故障或相间短路。在10kV电网中，电缆比重增加，中性点无论采用何种接地方式，除了对过电压进行考虑外，还应考虑短路电流和继电保护等问题。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种应用于10kV电网的接地故障处理设备，通过一种更灵活可靠的接地方式，以满足随着配电网容量越来越大，对配电网的可靠性越来越高的要求，以及时处理电网故障，保证电网对人身和设备的安全。
为解决以上技术问题，本实用新型实施例提供一种10kV电网接地故障处理设备，包括：接地变压器、消弧线圈、高压接触器组、可控电阻和控制器；
所述接地变压器设有三相交流电力系统中性点，且所述接地变压器的一端连接配电网的10kV母线，另一端与所述高压接触器组和所述消弧线圈连接；所述可控电阻一端接地，并通过所述高压接触器组的开关切换，与所述接地变压器和所述消弧线圈进行电气连接；
所述控制器与所述消弧线圈通信连接，以控制与测量系统的各种参数。
进一步地，所述接地变压器采用Z形接线。
再进一步地，所述的10kV电网接地故障处理设备还包括设置在所述控制器与所述消弧线圈之间的可控电抗变压器。
优选地，所述可控电抗变压器为高短路阻抗变压器；所述消弧线圈包括一次绕组和二次绕组；
其中，所述一次绕组与所述系统中性点连接；所述二次绕组与所述高短路阻抗变压器连接。
优选地，所述高短路阻抗变压器设置在采用紧凑一体化柜体设计的就地控制柜中，且所述就地控制柜中还装配有大功率可控硅以及滤波装置。
在一种可实现方式中，所述高压接触器组由两个高压接触器并联构成。
优选地，所述高压接触器为真空接触器。
更进一步地，所述可控电阻为大功率耐高温抗氧化电阻。
在一种可实现方式中，所述大功率耐高温抗氧化电阻由多个不锈钢电阻片采用栅格式设计而成。
再进一步地，所述可控电阻上设有红外测温探头和温度告警装置。
本实用新型实施例提供的10kV电网接地故障处理设备，实现消弧线圈与可控电阻的联合使用，并且应用智能控制逻辑实现自动切换，对接地持续时长进行判断，区分瞬间接地和永久性接地两种情况，采取相应不同的应对措施，既保证对永久性接地故障的迅速准确隔离，避免系统工频过压长期存在导致事故进一步扩大，又能对瞬时性接地故障进行精确补偿使其自行消失，无需跳闸中止供电，提高了系统的安全性、可靠性和使用连续性。
附图说明
图1是本实用新型提供的10kV电网接地故障处理设备的第一实施例的结构示意图；
图2是本实用新型提供的10kV电网接地故障处理设备的第二实施例的结构示意图；
图3是本实用新型提供的10kV电网接地故障处理设备的第三实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参见图1，是本实用新型提供的10kV电网接地故障处理设备的第一实施例的结构示意图。
在本实施例中，所述的10kV电网接地故障处理设备，包括：接地变压器101、消弧线圈102、高压接触器组103、可控电阻104和控制器105。在实际操作环境中，可控电阻104也被称为小电阻。
所述接地变压器101设有三相交流电力系统中性点，且所述接地变压器101的一端连接配电网的10kV母线，另一端与所述高压接触器组103和所述消弧线圈102连接；所述可控电阻104一端接地，并通过所述高压接触器组103的开关切换，与所述接地变压器101和所述消弧线圈102进行电气连接。
所述控制器105安装于主控室内，并与所述消弧线圈102通信连接，以控制与测量系统的各种参数。
具体实施时，对于10kV(千伏)配电网，因接地变压器101中的绕组为Δ(三角形连接)接法，需要利用接地变压器101产生中性点。其中，变压器的绕组与外部各个接线端之间的电压绝对值相等的点即为中性点。为降低零序阻抗，接地变压器101优选采用Z形接线，并根据需要可带适当的二次容量。
本实施例提供的10kV电网接地故障处理设备由混合接地方式的工作特性决定该方式启动判据为中性点电压。在消弧线圈接地系统中通常消弧线圈的启动电压为系统额定相电压的25％；而在10kV的小电阻接地系统中，保护整定值为零序电流60A(安)左右，接地电阻15Ω，折算成中性点电压应为900V，即系统额定相电压的15％。可按照该值来设定消弧线圈的启动电压，或按用户习惯设定启动电压。
具体实施时，需要对瞬时性接地和永久性接地故障进行界定，通常根据接地时间的长短对这两种接地故障进行区分。对投入小电阻(即可控电阻104)的时间设定，系统中常见的瞬时性接地持续时间一般在1秒钟以内，也有部分接地故障在经过消弧线圈补偿后可在数秒内自行恢复，对于这类接地故障应采用消弧线圈补偿，因此投入小电阻的时间应设定在接地开始后5～10秒内为宜。
本实施例提供的10kV电网接地故障处理设备的工作原理为：
对瞬时性接地故障，设备通过控制器105，对可控的消弧线圈102进行补偿至接地自行消失(根据运行经验，时间一般不超过10秒)，然后设备自动退出运行；
对永久性接地故障，前期投入可控的消弧线圈102进行补偿，接地持续超过整定时间后自动投入可控电阻104，即通过高压接触器组103的开关切换，依靠开关保护跳闸切除故障线路。故障线路切除后，故障消失，消弧自动退出补偿，可控电阻104的高压接触器组103自动断开，退出可控电阻104。
在具体实施过程中，本实用新型提供的接地故障处理设备还需要考虑与继保装置的配合问题。在小电阻接地系统中，馈线零序保护的动作时间设定为1秒，接地变零序保护的动作时间为1.5秒。所以投电阻超过一秒后，如果馈线零序保护拒动，按照小电阻接地系统的保护原则会切除接地而进行保护。此时系统变为不接地系统，接地故障电流没有补偿，很快将发展为相间短路，甚至可能造成越级跳闸。为避免发生这种情况，可以将小电阻(可控电阻104)的工作时间稍作延迟，例如，设定小电阻的工作时间为1.2秒。在接地变零序保护动作前自动切掉小电阻，由消弧线圈对配电网继续进行补偿。此时系统变为消弧线圈接地系统，直到操作人员手动切除故障线路(消弧线圈的运行时间不得超过额定运行时间)；也可按现有小电阻系统的工作模式，将电阻一直投入。
本实施例克服以往孤立研究的局限，以系统的理念，将消弧线圈和可控电阻(小电阻)两种接地方案进行综合性考虑，扬长避短。对单相接地中的瞬时接地和永久性接地进行界定，并根据不同的接地类型分别采取不同的保护措施，避免了原来单一处理模式的弊端，既保证对永久性接地故障的迅速准确隔离，避免系统工频过压长期存在而导致的事故进一步扩大，又能对瞬时性接地故障进行精确补偿使其自行消失，无需跳闸，提高了系统的安全性与可靠性。参看图2，是本实用新型提供的10kV电网接地故障处理设备的第二实施例的结构示意图。
本实施例在第一实施例的基础上，进一步地，所述10kV电网接地故障处理设备还包括设置在所述控制器105与所述消弧线圈102之间的可控电抗变压器106。所述可控电抗变压器106采用智能化快速消弧系统的核心技术，短路阻抗可达100％。
通过可控电抗变压器106与对消弧线圈102的控制，使得本实施例提供的10kV电网接地故障处理设备对消弧线圈102连续可调，且具有调节范围大、随时迅速退出、无需阻尼电阻等优点，使得10kV电网接地故障处理设备成为可控型电阻接地一体化系统。而可控电抗变压器106因其综合调节性能较佳，可靠性高，从而其适用范围更加广泛。
具体地，在一种可实现方式中，所述可控电抗变压器106为高短路阻抗变压器；所述消弧线圈102包括一次绕组和二次绕组；其中，所述一次绕组与在所述系统中性点连接；所述二次绕组与所述高短路阻抗变压器连接。
在优选的实现方式中，所述高短路阻抗变压器设置在采用紧凑一体化柜体设计的就地控制柜中，且所述就地控制柜中还装配有大功率可控硅以及滤波装置。高短路电抗器的特点在于其设计额定电流下允许运行时间很短，约数十秒，这种设计特点决定了能够将其体积大为减小，能够与二次配件紧凑一体化柜体设计，有效的节约了变电站占地面积。此外，可控电抗变压器106的二次控制装置也安装在电抗变压器柜体上，避免了长距离的电缆线路铺设，简化了产品结构同时也提高了产品的可靠性以及抗干扰能力。
本实施例提供的10kV电网接地故障处理设备的工作原理为：
当配电网发生接地故障时，设备通过控制器105根据已测量的电网电容电流值计算出需要补偿的电感电流，然后控制可控电抗器输出补偿电流。一般瞬时性接地故障由电感电流补偿后，电弧熄灭接地故障自动消除恢复正常状态，从而避免了出现小电阻接地方式中一有故障立刻跳闸使得线路跳闸率高的情况。对于可控电抗变压器106补偿后较长时间(一般设定为10s)接地故障仍然存在的，则认为系统发生了永久性接地故障，一般需停电处理。此时处理过程是当接地持续时间超过10s后自动闭合高压接触器组103投入可控电阻104，使馈线保护动作，靠开关跳闸切除故障线路。投入可控电阻104后，可控电抗变压器106自动退出补偿，当故障线路隔离后，系统恢复正常运行，控制器105控制设备自动断开退出可控电阻104，因此可控电抗变压器106的投入实现了准确快速隔离故障线路，避免了故障扩大化。
参看图3，是本实用新型提供的10kV电网接地故障处理设备的第三实施例的结构示意图。
本实施例与第二实施例的结构组成和基本工作原理相同，本实施例与第二实施例的区别点在于，进一步地，本实施例中的高压接触器组由两个高压接触器并联构成。优选地，所述高压接触器为真空接触器。
具体实施时，采用高压接触器组103来实现对可控电阻104投入和切除的控制，为保证动作的可靠性，采用两路高压接触器(即图3中的高压接触器a和高压接触器b)并联，且高压接触器分别采用交直流两路电源作为操作机构电源，由二次装置控制，该方式保障了对可控电阻104控制可靠性。而消弧线圈102包括一次绕组LAX和二次绕组LO1X1-O2X2；其中一次绕组LAX与接地变压器102的中性点连接，二次绕组LO1X1-O2X2与可控电抗变压器106内部的接地控制柜连接。
进一步地，在本实施例中，所述可控电阻104为大功率耐高温抗氧化电阻。优选地，所述大功率耐高温抗氧化电阻为不锈钢合金电阻，所述不锈钢合金电阻由多个电阻片采用栅格式设计构成，或者，所述大功率耐高温抗氧化电阻采用模块化结构设计构成。栅格式设计和优化的电阻片剪裁方式使得电阻具有宽阔的散热面积，温升低；电阻片抗氧化性强，熔点高于1450℃，可以使用在热带及比较污秽的环境中；电阻具有优良的温度系数，既保证了保护动作的灵敏性，又可以在保护拒动的情况下限制故障电流；优质的不锈钢材料和特殊有效的结构设计，使电阻体积小、重量轻，各部分结构强度高，可以承受住摆动、振动、温度变化，无任何变形；而模块化的结构设计，使得更换或增加某一单元而无需拆卸整个设备。
进一步地，可控电阻104上设有红外测温探头和温度告警装置，因此，本实施例提供的接地故障处理设备可以实现对小电阻(可控电阻104)智能化的电阻状态监控。通过实时监控电阻在系统正常运行和接地故障情况下状态，确保电阻的正常运行。具体地，通过红外测温探头及时反映可控电阻104在工作时电阻片表面温度的变化，一旦其温度超过允许温升，温度告警装置立即发出告警并采取相应措施。通过读取中性点的数据和安装在可控电阻104引出线位置的监控装置，监控流经可控电阻104的电流以及电阻的阻值，实现对可控电阻104的温度、电流、阻值的测量，从而实现了对电阻状态的智能化监控。
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种10kV电网接地故障处理设备，其特征在于，包括：接地变压器、消弧线圈、高压接触器组、可控电阻和控制器；
所述接地变压器设有三相交流电力系统中性点，且所述接地变压器的一端连接配电网的10kV母线，另一端与所述高压接触器组和所述消弧线圈连接；所述可控电阻一端接地，并通过所述高压接触器组的开关切换，与所述接地变压器和所述消弧线圈进行电气连接；
所述控制器与所述消弧线圈通信连接，以控制与测量系统的各种参数。
2.如权利要求1所述的10kV电网接地故障处理设备，其特征在于，所述接地变压器采用Z形接线。
3.如权利要求1所述的10kV电网接地故障处理设备，其特征在于，还包括设置在所述控制器与所述消弧线圈之间的可控电抗变压器。
4.如权利要求3所述的10kV电网接地故障处理设备，其特征在于，所述可控电抗变压器为高短路阻抗变压器；所述消弧线圈包括一次绕组和二次绕组；
其中，所述一次绕组与所述系统中性点连接；所述二次绕组与所述高短路阻抗变压器连接。
5.如权利要求4所述的10kV电网接地故障处理设备，其特征在于，所述高短路阻抗变压器设置在采用紧凑一体化柜体设计的就地控制柜中，且所述就地控制柜中还装配有大功率可控硅以及滤波装置。
6.如权利要求1所述的10kV电网接地故障处理设备，其特征在于，所述高压接触器组由两个高压接触器并联构成。
7.如权利要求6所述的10kV电网接地故障处理设备，其特征在于，所述高压接触器为真空接触器。
8.如权利要求1～7任一项所述的10kV电网接地故障处理设备，其特征在于，所述可控电阻为大功率耐高温抗氧化电阻。
9.如权利要求8所述的10kV电网接地故障处理设备，其特征在于，所述大功率耐高温抗氧化电阻由多个不锈钢电阻片采用栅格式设计而成。
10.如权利要求8所述的10kV电网接地故障处理设备，其特征在于，所述可控电阻上设有红外测温探头和温度告警装置。
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