CN204651919U - 一种10kV电网中性点联合接地装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种10kV电网中性点联合接地装置，包括：接地变压器、短时可控电抗器、断路器、可控电阻、故障识别控制器；接地变压器设有10kV电网中性点，且一端与10kV电网，另一端与断路器、短时可控电抗器连接；短时可控电抗器包括一次绕组、二次绕组和可控硅电路；可控电阻的一端接地，另一端与断路器连接，通过所述断路器的开关切换实现对可控电阻投入电网或从电网中切除；故障识别控制器包括控制屏，以及与控制屏依次连接的模拟量输入电路、开关量输入电路、脉冲输出电路和开关量输出电路。本实用新型可以同时具有稳定性和可靠性的优点。

Description

一种10kV电网中性点联合接地装置

技术领域

本实用新型涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种10kV电网中性点联合接地装置。

背景技术

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。

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，提高配电网运行的稳定性，具有减少跳闸次数、降低接地故障电流的优点，但其存在的问题是系统发生接地故障时，故障电流较小，故障线路不易查找，特别高阻接地故障时问题更为突出。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种10kV电网中性点联合接地装置，自适应选择接地方式，自动消除瞬时性故障和隔离永久性故障，提高电网的稳定性和可靠性。

为解决以上技术问题，本实用新型实施例提供一种10kV电网中性点联合接地装置，包括：接地变压器、短时可控电抗器、断路器、可控电阻、故障识别控制器；

所述接地变压器设有10kV电网中性点，且所述接地变压器的一端与10kV电网连接，另一端与所述断路器和所述短时可控电抗器连接；

所述短时可控电抗器包括一次绕组、二次绕组和可控硅电路；所述一次绕组作为工作绕组接入所述10kV电网中性点，所述二次绕组作为控制绕组与所述可控硅电路连接；

所述可控电阻的一端接地，另一端与所述断路器连接，通过所述断路器的开关切换实现对所述可控电阻投入电网或从电网中切除；

所述故障识别控制器包括控制屏，以及与所述控制屏依次连接的模拟量输入电路、开关量输入电路、脉冲输出电路和开关量输出电路。

进一步地，所述可控硅电路包括两个反向并接的晶闸管。

进一步地，所述10kV电网中性点联合接地装置还包括与所述故障识别控制器连接的风扇。

进一步地，所述断路器还与所述故障识别控制器连接。

进一步地，所述断路器包括合闸回路和跳闸回路；

所述合闸回路与所述故障识别控制器中的开关量输入电路连接；

所述跳闸回路与所述故障识别控制器中的开关量输出电路连接。

优选地，所述开关量输入电路包括一个或多个开入节点；所述脉冲输出电路设有控制脉冲输出端；所述开关量输出电路包括一个或多个开出节点。

进一步地，所述故障识别控制器还包括与所述开关量输入电路连接的接地时钟电路。

本实用新型实施例提供的10kV电网中性点联合接地装置，对短时可控电抗器和可控电阻两种接地方式进行联合使用，并应用故障识别控制器根据瞬时性故障和永久性故障的区别从而智能切换接地方式，既避免了小电阻接地单独使用方式时的频繁跳闸现象，提高电网的稳定性；又实现了对永久性故障的迅速隔离，提高电网的可靠性。

附图说明

图1是本实用新型提供的10kV电网中性点联合接地装置的第一实施例的结构示意图。

图2是本实用新型实施例提供的故障识别控制器的一种实现方式的结构示意图。

图3是本实用新型实施例提供的断路器与故障识别控制器的连接示意图。

图4是本实用新型提供的10kV电网中性点联合接地装置的第二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电网中性点联合接地装置的第一实施例的结构示意图。

具体实施时，所述10kV电网中性点联合接地装置包括：接地变压器101、短时可控电抗器102、断路器103、可控电阻104、故障识别控制器105。

其中，所述接地变压器101设有10kV电网中性点A，且所述接地变压器101的一端与10kV电网连接，另一端与所述断路器103和所述短时可控电抗器102连接。

所述短时可控电抗器102包括一次绕组(x1，o1)、二次绕组(x2，o2)和可控硅电路；所述可控硅电路优选包括两个反向并接的晶闸管D1、晶闸管D2。

所述一次绕组(x1，o1)作为工作绕组接入所述10kV电网中性点A，所述二次绕组(x2，o2)作为控制绕组与所述可控硅电路连接。

所述可控电阻104的一端接地，另一端与所述断路器103连接，通过所述断路器103的开关切换实现对所述可控电阻104投入电网或从电网中切除。

短时可控电抗器102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，短时可控电抗变压器102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。

参看图2，是本实用新型实施例提供的故障识别控制器的一种实现方式的结构示意图。

具体地，所述故障识别控制器105包括控制屏201，以及与所述控制屏201依次连接的模拟量输入电路202、开关量输入电路203、脉冲输出电路204和开关量输出电路205。

其中，在10kV配电线路发生接地故障后，变电站10kV母线上的电压互感器检测到零序电流，产生零序电压。模拟量输入电路202包括与电网系统中的电流互感器及电压互感器连接的模拟输入端。开关量输入电路203包括一个或多个开入节点，用于采集开关辅助触点的信号，如断路器103，判断开关状态及母线运行状态。控制屏201是故障识别控制器105的核心。优选地，控制屏201包括可编程逻辑控制电路，可根据配电网的实际情况调度故障识别控制器105的各个组件的工作，实现对配电网的智能控制。脉冲输出电路204设有控制脉冲输出端；所述开关量输出电路205包括一个或多个开出节点。控制屏201用于实现对短时可控电抗器102和断路器103(单相高压开关)进行控制。

进一步地，所述断路器103还与所述故障识别控制器105连接。

参看图3，是本实用新型实施例提供的断路器与故障识别控制器的连接示意图。

故障识别控制器105中的节点对(TY2+,TY2-)和(JD2+,JD2-)既可以作为故障识别控制器105的开入节点又可以作为故障识别控制器105的开出节点。

进一步地，所述断路器103包括合闸回路和跳闸回路；所述合闸回路与所述故障识别控制器中的开关量输入电路203连接；所述跳闸回路与所述故障识别控制器中的开关量输出电路205连接。具体实施时，第一开出节点对(TY2+,TY2-)与所述合闸回路连接；第二开出节点对(JD2+,JD2-)与所述跳闸回路连接。

当配电网发生永久性接地故障时，故障识别控制器105控制短时可控电抗器102与配电网连接，通过短时可控电抗器102实现对配电网进行补偿。当短时可控电抗器102对配电网进行补偿的时间超过限定时间时，所述故障识别控制器105通过所述断路器103与可控电阻104连接，从而消除永久性接地故障。

优选地，断路器103由两个并联的高压接触器1和高压接触器2组成，且所述第一高压接触器1与所述第二高压接触器2并联。其中，所述第一开入节点对(TY2+,TY2-)与外部第一高压接触器1连接，构成合闸回路；所述第二开入节点(JD2+,JD2-)对与外部第二高压接触器2连接，构成跳闸回路。

本实施例提供的10kV电网中性点联合接地装置的工作原理为：

对瞬时性接地故障，通过故障识别控制器105，对短时可控电抗器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)，然后自动退出短时可控电抗器102的运行；对永久性接地故障，首先投入短时可控电抗器102对电网进行补偿，若接地持续超过整定时间后故障识别控制器105控制自动投入可控电阻104，依靠高压接触器1和高压接触器2的开关切换，跳闸切除故障线路。故障线路切除后故障将消失，消弧自动退出补偿，可控电阻104的高压接触器1和高压接触器2自动断开，从而退出可控电阻104。

在具体实施过程中，本实施例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。所以可控电阻104投入超过一秒后，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，可以将可控电阻104的工作时间稍作延迟，例如，设定可控电阻104的工作时间为1.2秒。在接地变零序保护动作前自动切掉可控电阻104，由短时可控电抗器102对配电网继续进行补偿。此时系统变为等效于消弧线圈接地系统，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而将可控电阻一直投入。

本实施例以系统的理念，将短时可控电抗器和可控电阻(小电阻)两种接地方案进行联合使用，扬长避短，优势互补。对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，提高了系统的稳定性、安全性与可靠性。

参看图4，是本实用新型提供的10kV电网中性点联合接地装置的第二实施例的结构示意图。

如图4所示，所述的10kV电网中性点联合接地装置包括接地变压器401、短时可控电抗器402、断路器403、可控电阻404、故障识别控制器405和风扇406。

本实施例在第一实施例的基础上，进一步地，还包括与所述故障识别控制器405连接的风扇406。其中，接地变压器401、短时可控电抗器402、断路器403、可控电阻404、故障识别控制器405的工作原理与第一实施例相应的器件的工作原理相同，在此不再赘述。其中，风扇406主要用于在接地发生后立即启动，直到判断接地结束后持续运行某段时间后再关闭，以防止装置在发生接地故障时过热。短时可控电抗器402中设有可控硅，并且，

进一步地，在本实施例提供的10kV电网中性点联合接地装置中，所述故障识别控制器405还包括与所述开关量输入电路203连接的接地时钟电路206，从而实现对各个器件的计时。

在本实施例中，在对配电网接地故障进行识别控制时，需要接地时钟电路206的参与，来实现对是否对可控电阻(小电阻)404是否接入、何时接地结束等进行判断。

具体地，对可控电阻404的判断操作主要包括：

(1)电阻投入的判断

当接地过程中如果接地延迟时间到达小电阻投入延时，则关闭可控硅停止消弧线圈补偿，并控制闭合高压接触器投入小电阻。在控制器发送投入小电阻的命令后，监测两台高压接触器的辅助节点，如发出投入命令1s后仍然未收到辅助节点变位则判断为高压接触器故障；同理，在发出分小电阻命令后未收到辅助节点变位也可判断为高压接触器故障。

(2)接地结束判断

接地结束判断流程分两种情况：

接地结束判断①：接地时间小于小电阻投入延时，则接地结束的判断借鉴KZ型控制器的算法，以电压降落及波形变化进行判断；

接地结束判断②：投入小电阻后，则只需跟踪中性点电压幅值的变化，当连续两次计算中性点电压小于设定值(如300V)时即为接地结束，控制高压接触器延时分开小电阻，返回正常运行状态。

(3)间歇接地的处理

任何情况下，消弧线圈的单次补偿的持续时间不允许超过“消弧额定时间”，超过时间后，则关闭输出。3分钟内如果发生5次或以上的接地故障，则第5次接地后“冷却时间”开始生效，冷却时间内的接地，一律不补偿，直接投电阻跳闸。

(4)小电阻投入后，接地未结束的处理

接触器返回节点表明电阻投入成功后，计时开始，到达“电阻额定时间”后，强制分断小电阻。

(5)消弧故障时的处理

当出现“主板故障、同步异常、触发异常、滤波异常”等任一故障时，一旦发生接地，直接投电阻跳闸。

在本实施例中，故障识别控制器405实时跟踪配电网对地电容的变化，当检测到接地变压器401中性点电压有ΔU(ΔU<1V)的变化时，系统在1秒内测量出配电网当时的对地容抗。装置测量完成后，通过显示屏幕显示电容电流，表示当发生单相金属性接地时接地点将流过的电容电流。

在本实用新型实施例中，智能化地自动跟踪配电网的变化，并测量配电网的电容电流。通过计时电路来判断各个电路的工作状态。故障识别控制器自动识别电网系统中永久性接地故障并选线跳闸，或者自动识别瞬时性故障的产生和消失，并快速启动和退出短时可控电抗器的补偿，自动实现小电阻的投切。因此，本实用新型实施例提供的中性点联合装置融合了小电阻接地技术和消弧线圈接地技术的优点，既能有效补偿瞬时性接地故障、大大降低线路跳闸率，又能迅速隔离永久性接地故障。装置中的短时可控电抗器(等效于消弧线圈)快速补偿由瞬时性单相接地故障产生的电容电流，迅速消除故障，无须跳闸；由装置中的可控电阻处理永久性单相接地故障，通过跳闸，快速准确地隔离故障线路。而在带有架空线出线的配网系统中，大部分单相接地故障是瞬时性接地故障，这些故障经过装置补偿后可自行消失，无需跳闸；而永久性接地故障应快速隔离排除，防止故障扩大为相间短路。

采用本实用新型实施例提供的10kV电网中性点接地联合装置综合处理电网单相接地故障，既发扬了消弧接地与小电阻接地的优点，同时又避免了它们的缺点，具有可对配电网的接地故障情况智能识别与灵活控制的优点，提高了配电网供电的可靠性与稳定性。

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 (7)

1.一种10kV电网中性点联合接地装置，其特征在于，包括：接地变压器、短时可控电抗器、断路器、可控电阻、故障识别控制器；

所述接地变压器设有10kV电网中性点，且所述接地变压器的一端与10kV电网连接，另一端与所述断路器和所述短时可控电抗器连接；

所述短时可控电抗器包括一次绕组、二次绕组和可控硅电路；所述一次绕组作为工作绕组接入所述10kV电网中性点，所述二次绕组作为控制绕组与所述可控硅电路连接；

所述可控电阻的一端接地，另一端与所述断路器连接，通过所述断路器的开关切换实现对所述可控电阻投入电网或从电网中切除；

所述故障识别控制器包括控制屏，以及与所述控制屏依次连接的模拟量输入电路、开关量输入电路、脉冲输出电路和开关量输出电路。

2.如权利要求1所述的10kV电网中性点联合接地装置，其特征在于，所述可控硅电路包括两个反向并接的晶闸管。

3.如权利要求1所述的10kV电网中性点联合接地装置，其特征在于，所述装置还包括与所述故障识别控制器连接的风扇。

4.如权利要求1所述的10kV电网中性点联合接地装置，其特征在于，所述断路器还与所述故障识别控制器连接。

5.如权利要求4所述的10kV电网中性点联合接地装置，其特征在于，所述断路器包括合闸回路和跳闸回路；

所述合闸回路与所述故障识别控制器中的开关量输入电路连接；

所述跳闸回路与所述故障识别控制器中的开关量输出电路连接。

6.如权利要求5所述的10kV电网中性点联合接地装置，其特征在于，所述开关量输入电路包括一个或多个开入节点；所述脉冲输出电路设有控制脉冲输出端；所述开关量输出电路包括一个或多个开出节点。

7.如权利要求1所述的10kV电网中性点联合接地装置，其特征在于，所述故障识别控制器还包括与所述开关量输入电路连接的接地时钟电路。