CN206806991U - 一种接地方式自识别的配电网母线保护装置 - Google Patents

一种接地方式自识别的配电网母线保护装置 Download PDF

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殷志
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俞力珉
仲伟宽
杨光中
徐刚
陈韬
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Abstract

本实用新型公开了一种接地方式自识别的配电网母线保护装置，其中，包括：采集电路，用于分别采集当前母线线路的电气量特征，其中，电气量特征包括当前母线零序差动电流和当前母线零序电压；判断电路，用于根据当前母线线路中的电气量特征判断当前母线线路的接地方式是否为中性点经小电阻接地方式；零序差动保护电路，用于当所述当前母线线路的接地方式为在中性点经小电阻接地方式时，启动零序差动保护并输出控制信号以控制当前母线线路的开关的关断。本实用新型提供的接地方式自识别的配电网母线保护装置解决了当接地方式发生改变时不能对配电网母线进行保护的问题。

Description

一种接地方式自识别的配电网母线保护装置
技术领域
本实用新型涉及电力系统继电保护领域，尤其涉及一种接地方式自识别的配电网母线保护装置。
背景技术
目前中压配电网接地方式通常根据接地电容电流大小的不同采用中性点不接地系统、中性点经消弧线圈接地系统或中性点经小电阻接地系统。当配电线路发生单相接地故障时，中性点不接地系统或经消弧线圈系统无需切除故障，可以继续运行1.5到2小时，而中性点经小电阻接地系统需立即切除故障，否则将造成小电阻装置烧毁。
当前配电网站所内母线保护通常采用分相差动保护原理，电网发生故障后任一相别差流超过定值则切除故障，而这样会带来以下问题：
(1)对于中性点经小电阻接地系统，由于接地电阻器的存在，通常把接地电流限制在一个较低水平，因此对于分相差动保护，为实现在小电流接地系统下对单相故障的保护，需要降低分相差动保护定值，这将对母线差动保护可靠运行带来风险，某一条重负荷线路电流互感器(CT)断线等情况可能造成保护误动。
(2)母线保护无法自动识别配电网接地方式，若接地方式由中性点不接地系统或经消弧线圈接地系统改为经小电阻接地系统，则无法自动降低分相差动保护定值，造成母线发生单相接地后母线保护拒动；若接地方式由中性点经小电阻接地系统改为中性点不接地系统或者经消弧线圈接地系统，则无法自动提高分相差动保护定值，降低运行风险。
(3)某个配电站所两段母线可能由两个接地方式不同的变电站供电，母线保护通常仅能设置一套分相差动动作定值，不利于实现不同接地方式下对于单相接地下差异化的继电保护方式。
当前的中性点不接地系统或者经消弧线圈接地系统站所内母线保护通常采用差动保护原理，如图1所示，正常运行方式A站与B站独立运行，A站为中性点经消弧线圈接地系统，母线分相差动保护定值较高，母线单相故障不跳闸；B站为中性点经小电阻接地系统，母线分相差动保护定值较低，母线单相故障分相差动保护动作跳闸。当运行方式调整为B站为电源点带A站串供运行，若A站母线发生单相接地故障，则A站母线保护装置无法立即动作切除故障，将经延时由B1开关线路保护切除故障。这样原本可以由A站开关快速切除故障，结果需要B1开关经一段时间延时方可切除故障，停电范围也随之扩大，A站内母线故障通常为主设备故障，切除时间明显变长对于设备安全非常不利。
因此，当接地方式发生改变时如何能够对配电网母线进行保护成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种接地方式自识别的配电网母线保护装置，以解决现有技术中的问题。
作为本实用新型的一个方面，提供一种接地方式自识别的配电网母线保护装置，其中，所述接地方式自识别的配电网母线保护装置包括：
采集电路，所述采集电路用于分别采集当前母线线路的电气量特征，其中，所述电气量特征包括当前母线零序差动电流和当前母线零序电压；
判断电路，所述判断电路与所述采集电路连接，用于根据当前母线线路中的所述电气量特征判断所述当前母线线路的接地方式是否为中性点经小电阻接地方式；
零序差动保护电路，所述零序差动保护电路与所述判断电路连接，用于当所述当前母线线路的接地方式为所述在中性点经小电阻接地方式时，启动零序差动保护并输出控制信号以控制所述当前母线线路的开关的关断。
优选地，所述判断电路包括：零序差动电流值判断电路，
所述零序差动电流值判断电路用于判断所述当前母线零序差动电流是否大于第一阈值，当所述当前母线零序差动电流大于第一阈值时，确定当前母线线路的接地方式为所述中性点经小电阻接地方式。
优选地，所述第一阈值为10A。
优选地，所述判断电路包括：零序差动电流相位判断电路，
所述零序差动电流相位判断电路用于判断所述当前母线零序差动电流与所述当前母线零序电压的相位关系，当所述当前母线零序差动电流与所述当前母线零序电压同相位时，确定当前母线线路的接线方式为所述中性点经小电阻接地方式。
优选地，所述零序差动保护电路包括零序差动保护启动电路和输出控制电路，
所述零序差动保护启动电路用于当所述当前母线零序差动电流大于启动零序差动保护值时，启动所述零序差动保护并发出输出信号；
所述输出控制电路与所述零序差动保护启动电路连接，用于根据所述输出信号输出控制信号以控制所述当前母线线路的开关的关断。
本实用新型提供的接地方式自识别的配电网母线保护装置，通过采集电路采集到当前母线零序差动电流和当前母线零序电压，判断电路根据当前母线零序差动电流和当前母线零序电压判断出当前线路的接地方式是否为中性点经小电阻接地方式，当为中性点经小电阻接地方式时，零序差动保护电路启动零序差动保护功能，通过本实用新型提供的这种保护装置能够根据电气量特征自动识别当前母线线路的接地方式，然后根据接地方式进行相应的零序差动保护，解决了当接地方式发生改变时不能对母线线路进行保护的问题。
附图说明
附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1为现有技术的线路接地方式示意图。
图2为本实用新型提供的接地方式自识别的配电网母线保护装置的结构示意图。
图3为本实用新型提供的零序保护启用区示意图。
图4为本实用新型提供的配电网站所主接线图。
图5为本实用新型提供的接地方式自识别的配电网母线保护装置的工作原理图。
图6为本实用新型提供的接地方式自识别的配电网母线保护方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
作为本实用新型的第一个方面，提供一种接地方式自识别的配电网母线保护装置，如图2所示，其中，所述接地方式自识别的配电网母线保护装置10包括：
采集电路100，所述采集电路100用于分别采集当前母线线路的电气量特征，其中，所述电气量特征包括当前母线零序差动电流和当前母线零序电压；
判断电路110，所述判断电路110与所述采集电路100连接，用于根据当前母线线路中的所述电气量特征判断所述当前母线线路的接地方式是否为中性点经小电阻接地方式；
零序差动保护电路120，所述零序差动保护电路120与所述判断电路110连接，用于当所述当前母线线路的接地方式为所述在中性点经小电阻接地方式时，启动零序差动保护并输出控制信号以控制所述当前母线线路的开关的关断。
本实用新型提供的接地方式自识别的配电网母线保护装置，通过采集电路采集到当前母线零序差动电流和当前母线零序电压，判断电路根据当前母线零序差动电流和当前母线零序电压判断出当前线路的接地方式是否为中性点经小电阻接地方式，当为中性点经小电阻接地方式时，零序差动保护电路启动零序差动保护功能，通过本实用新型提供的这种保护装置能够根据电气量特征自动识别当前母线线路的接地方式，然后根据接地方式进行相应的零序差动保护，解决了当接地方式发生改变时不能对母线线路进行保护的问题。
作为所述判断电路110的一种具体实施方式，所述判断电路110包括：零序差动电流值判断电路，所述零序差动电流值判断电路用于判断所述当前母线零序差动电流是否大于第一阈值，当所述当前母线零序差动电流大于第一阈值时，确定当前母线线路的接地方式为所述中性点经小电阻接地方式。
具体地，中性点接地方式故障母线零序差动电流通常较大，但通常不超过所述第一阈值，否则规程规定需改为中性点经消弧线圈接地系统，中性点经消弧线圈接地方式单相故障下故障母线零序差动电流很小(中性点经消弧线圈运行在略过补偿状态下)，中性点经消弧线圈接地方式单相故障下非故障母线没有零序差动电流，中性点经小电阻接地方式下故障母线零序差动电流较大。
优选地，所述第一阈值为10A。
作为所述判断电路110的另一种具体地实施方式，所述判断电路110包括：零序差动电流相位判断电路，所述零序差动电流相位判断电路用于判断所述当前母线零序差动电流与所述当前母线零序电压的相位关系，当所述当前母线零序差动电流与所述当前母线零序电压同相位时，确定当前母线线路的接线方式为所述中性点经小电阻接地方式。
具体地，中性点不接地方式单相故障下故障母线零序差动电流滞后母线零序电压约90°，非故障母线没有零序差动电流；中性点经消弧线圈接地方式故障母线零序差动电流超前母线零序电压约90°，非故障母线没有零序差动电流；中性点经小电阻接地系统故障母线零序差动电流与零序电压同相位。
作为所述零序差动保护电路120的具体实施方式，所述零序差动保护电路120包括零序差动保护启动电路和输出控制电路，所述零序差动保护启动电路用于当所述当前母线零序差动电流大于启动零序差动保护值时，启动所述零序差动保护并发出输出信号；所述输出控制电路与所述零序差动保护启动电路连接，用于根据所述输出信号输出控制信号以控制所述当前母线线路的开关的关断。
需要说明的是，为了增强线路的可靠性，通常在所述零序差动保护电路120与开关直接设置出口回路，所述出口回路能够增强馈供线路的抗干扰能力，从而提高馈供线路的可靠性。
还需要说明的是，所述零序差动保护电路120通常还包括继电器，所述输出控制电路输出的控制信号能够控制所述继电器的导通，所述继电器导通后能够将所述控制信号传输至所述当前母线线路的开关处，从而控制所述开关的关断。
作为所述零序差动保护启动电路的具体实施方式，当开启了所述零序差动保护时所述零序差动电流需满足下述条件：
(1)I10cd＞Iqdh，
其中，I10cd为所述零序差动电流，Iqdh为所述启动零序差动保护值，Iqdh的值的选取对于所述中性点不接地方式一般取15A，对于所述中性点经消弧线圈接地方式一般取1.05倍消弧线圈额定电流。若电网中存在多种可能的运行方式，则按照1.05倍最大容量消弧线圈额定电流选取。
(2)I10cd＞I0ezd且
其中，I10cd为所述零序差动电流，I0ezd为所述中性点经小电阻接地方式下母线线路保护最末端零序保护值，U0为所述零序电压。相应的零序差动保护启用区如图3所示。
另外，如图4所示为配电网站所主接线图，所述接地方式自识别的母线保护装置再配电网站所主接线图中的连接关系由图4可以看出，其中，I母零序差动保护动作方程为：
II母零序差动保护动作方程为：
上述公式中Ii10为I母进线零序电流，Ii20为II母进线零序电流，If0为分段开关零序电流，Ij0为装置所在I母第j条出线零序电流，m为I母出线总数，Ik0为装置所在II母第k条出线零序电流，n为II母出线总数，Iopo为零序差动保护启动值，按躲过最大零序不平衡电流整定，S为制动系数，按躲过区外故障最大零序不平衡电流整定，所有电流以流入母线为正方向。
满足上述公式后，母线零序差动保护功能动作，立即无延时跳开进线及分段开关或者故障母线上所有开关(按照现场要求选择)。例如对于I母故障，母线零序差动保护功能动作后跳开1号进线开关、分段开关以及I母上所连所有出线开关。
如图5所示，为所述接地方式自识别的配电网母线保护装置的工作原理图，(以I母为例，II母类似)，设置接地方式自识别功能，当所述当前线路的接地方式发生改变时，可以由预定条件判断接地方式从而确定零序保护的投入与退出。
具体地，如图5所示，为提高配电网母线保护运行可靠性和适应性，在母线保护中基于原有的分相差动保护新增零序差动保护。各种接地方式下分相差动保护定值取统一大值，仅用于保护各类相间短路故障，对于单相接地故障由零序差动保护切除。零序差动保护按母线段设置，若分段开关在分位，可以按照系统接地方式分别启用或者停用。若分段开关在合位，若两段母线零序差动保护任一启用则两段零序差动保护功能全部启用。
进一步具体地，当系统发生故障保护启动后，若满足分相差动动作方程，则保护按预定设置跳开I母相应开关；
当系统发生故障保护启动后，若I母零序差动固定投入，或II母零序差动固定投入且分段开关在合位，同时满足I母零序差动保护动作方程，则保护按预定设置跳开I母相应开关；
当系统发生故障保护启动后，若I母接地方式自适应功能投入，经逻辑判断为经小电阻接地方式，同时满足I母零序差动保护动作方程，则保护按预定设置跳开I母相应开关。
作为本实用新型的第二个方面，如图6所示，提供一种接地方式自识别的配电网母线保护方法，其中，所述接地方式自识别的配电网母线保护方法包括：
S110、分别采集当前母线线路的电气量特征，其中，所述电气量特征包括当前母线零序差动电流和当前母线零序电压；
S120、根据当前母线线路中的所述电气量特征判断所述当前母线线路的接地方式是否为中性点经小电阻接地方式；
S130、当所述当前母线线路的接地方式为所述在中性点经小电阻接地方式时，启动零序差动保护并输出控制信号以控制所述当前母线线路的开关的关断。
本实用新型提供的接地方式自识别的配电网母线保护方法，通过采集到当前电路的当前母线零序差动电流和当前母线零序电压，根据当前母线零序差动电流和当前母线零序电压判断出当前母线的接地方式是否为中性点经小电阻接地方式，当为中性点经小电阻接地方式时，启动零序差动保护功能，通过本实用新型提供的这种保护方法能够根据电气量特征自动识别配电网母线的接地方式，然后根据接地方式进行相应的零序差动保护，解决了当接地方式发生改变时不能对配电网母线进行保护的问题。
作为一种具体地实施方式，所述根据当前母线线路中的所述电气量特征判断所述当前母线线路的接地方式是否为中性点经小电阻接地方式的步骤包括：
判断所述当前母线零序差动电流是否大于第一阈值，当所述当前母线零序差动电流大于第一阈值时，确定当前母线线路的接地方式为所述中性点经小电阻接地方式。
作为另一种具体地实施方式，所述根据当前母线线路中的所述电气量特征判断所述当前母线线路的接地方式是否为中性点经小电阻接地方式的步骤包括：
判断所述当前母线零序差动电流与所述当前母线零序电压的相位关系，当所述当前母线零序差动电流与所述当前母线零序电压同相位时，确定当前母线线路的接线方式为所述中性点经小电阻接地方式。
可以理解的是，上述两种具体地实施方式，均是判断当前母线线路的接线方式的判据，通过上述任意一种判据都可以判断出当前母线线路的接线方式是否为中性点经小电阻接地方式。
具体地，所述当所述当前母线线路的接地方式为所述在中性点经小电阻接地方式时，启动零序差动保护并输出控制信号以控制所述当前母线线路的开关的关断的步骤包括：
当所述当前母线零序差动电流大于启动零序差动保护值时，启动所述零序差动保护并发出输出信号；
根据所述输出信号输出控制信号以控制所述当前母线线路的开关的关断。
关于接地方式自识别的配电网母线保护方法的具体实施方式可以参照前文中关于接地方式自识别的配电网母线保护保护装置的描述，此处不再赘述。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种接地方式自识别的配电网母线保护装置，其特征在于，所述接地方式自识别的配电网母线保护装置包括：
采集电路，所述采集电路用于分别采集当前母线线路的电气量特征，其中，所述电气量特征包括当前母线零序差动电流和当前母线零序电压；
判断电路，所述判断电路与所述采集电路连接，用于根据当前母线线路中的所述电气量特征判断所述当前母线线路的接地方式是否为中性点经小电阻接地方式；
零序差动保护电路，所述零序差动保护电路与所述判断电路连接，用于当所述当前母线线路的接地方式为所述在中性点经小电阻接地方式时，启动零序差动保护并输出控制信号以控制所述当前母线线路的开关的关断。
2.根据权利要求1所述的接地方式自识别的配电网母线保护装置，其特征在于，所述判断电路包括：零序差动电流值判断电路，
所述零序差动电流值判断电路用于判断所述当前母线零序差动电流是否大于第一阈值，当所述当前母线零序差动电流大于第一阈值时，确定当前母线线路的接地方式为所述中性点经小电阻接地方式。
3.根据权利要求2所述的接地方式自识别的配电网母线保护装置，其特征在于，所述第一阈值为10A。
4.根据权利要求1所述的接地方式自识别的配电网母线保护装置，其特征在于，所述判断电路包括：零序差动电流相位判断电路，
所述零序差动电流相位判断电路用于判断所述当前母线零序差动电流与所述当前母线零序电压的相位关系，当所述当前母线零序差动电流与所述当前母线零序电压同相位时，确定当前母线线路的接线方式为所述中性点经小电阻接地方式。
5.根据权利要求1所述的接地方式自识别的配电网母线保护装置，其特征在于，所述零序差动保护电路包括零序差动保护启动电路和输出控制电路，
所述零序差动保护启动电路用于当所述当前母线零序差动电流大于启动零序差动保护值时，启动所述零序差动保护并发出输出信号；
所述输出控制电路与所述零序差动保护启动电路连接，用于根据所述输出信号输出控制信号以控制所述当前母线线路的开关的关断。
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CN107204609A (zh) * 2017-06-20 2017-09-26 国网江苏省电力公司无锡供电公司 一种接地方式自识别的配电网母线保护装置及方法

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