CN206960591U - 一种接地故障相快速判断模块及消弧消谐装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供接地故障相快速判断模块及及消弧消谐装置，接地故障相快速判断模块包括：相位故障判断单元，与配电电网连接且检测配电电网中是否存在相位接地故障；故障相位判断单元，与相位故障判断单元连接根据相位故障判断单元检测的电器参数判决故障相位所在相位线；其中，所述相位故障判断单元检测的电器参数包括中性点电压、各相电压变化参数，以及各相接地点电阻参数。具有选相时间短，方便排除故障的优点。

Description

一种接地故障相快速判断模块及消弧消谐装置

技术领域

本实用新型涉及供电检测技术领域，特别涉及一种接地故障相快速判断模块及消弧消谐装置。

背景技术

现有的配电电网的故障相判断过程复杂，选相时间过长不利于消弧消谐以快速解决故障。

实用新型内容

为解决现有技术选相时间过长的问题，本实用新型提供一种接地故障相快速判断模块及消弧消谐装置以快速选相以便于进行消消弧消谐排除故障。

本实用新型提供一种接地故障相快速判断模块，其包括：相位故障判断单元，与配电电网连接且检测配电电网中是否存在相位接地故障；

故障相位判断单元，与相位故障判断单元连接根据相位故障判断单元检测的电器参数判决故障相位所在相位线；

其中，所述相位故障判断单元检测的电器参数包括中性点电压、各相电压变化参数，以及各相接地点电阻参数。

优选地，所述故障相位判断单元包括第一故障判决部，所述第一故障判断部与所述相位故障判断单元连接且检测中性点电压以及各相电压，检测三相电压中任一相电压存在接近0且另外两相电压升高至接近线电压时，则判决该故障为小电阻接地故障，且判断输出电压在暂态过程很快降低到接近0的相别为接地故障相。

优选地，所述故障相位判断单元包括第二故障判决部，所述第二故障判决部与所述相位故障判断单元连接且检测中性点电压以及各相电压，检测到三相电压均在系统电压的5％-10％时，则判断为大电阻接地故障，且判断输出电压稳态值最高相的滞后相为接地故障相。

本实用新型还提供一种消弧消谐装置，其包括用于配电电网供电的母线，隔离开关，分相控制快速开关，电压互感器，电流互感器，高压融断器，过电压保护器，自限流抑制器以及微机综合控制器；

所述隔离开关的前端与所述母线连接，所述隔离开关的后端与分相控制快速开关的前端及高压融断器的前端分别连接，所述分相控制快速开关后端经所述电流互感器接地，所述分相控制快速开关的控制端与所述微机综合控制器连接，所述高压融断器的后端经所述电压互感器与所述微机综合控制器连接，所述高压融断器的后端经所述过电压保护器接地；

所述微机综合控制器内设置有配电网单相接地故障相快速判断模块，其包括：

相位故障判断单元，与配电电网连接且检测配电电网中是否存在相位接地故障；

故障相位判断单元，与故障相位判断模块连接根据相位故障判断单元检测的电器参数判决故障相位所在相位线；

其中，所述相位故障判断单元检测的电器参数包括中性点电压、各相电压变化参数，以及各相接地点电阻参数。

优选地，，所述微机综合控制器与所述供电电网的馈线快速控制开关通信连接。

相较于现有技术，本实用新型通过电电网连接且检测配电电网中是否存在相位接地故障；故障相位判断单元，与相位故障判断单元连接根据相位故障判断单元检测的电器参数判决故障相位所在相位线；具有选相时间短，方便排除故障的优点。

附图说明

为更清楚地说明背景技术或本实用新型的技术方案，下面对现有技术或具体实施方式中结合使用的附图作简单地介绍；显而易见地，以下结合具体实施方式的附图仅是用于方便理解本实用新型实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；

图1是本实用新型接地故障相快速判断模块的结构示意图；

图2是本实用新型接地故障相快速判断模块的一具体实施例的电网示意图；

图3(a)是中性点不接地系统单相接地故障示意图和等效电路示意图；

图3(b)是图3(a)的戴维南等效电路示意图；

图4(a)是中性点不接地系统A相接地故障时小电阻接地故障原理示意图；

图4(b)是中性点不接地系统A相接地故障时电压相量关系；

图5是典型配电网络结构示意图；

图6变压器的Π型等值计算电路；

图7是配电网单相接地故障仿真模型图；

图8(a)是时小电阻接地故障前后母线电压波形；

图8(b)是时小电阻接地故障前后母线电压波形；

图8(c)是时小电阻接地故障前后母线电压波形；

图8(d)是时小电阻接地故障前后母线电压波形；

图9是大电阻接地故障前后母线电压波形示意图；

图10是本实用新型实施例的快速开关型消弧消谐装置结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1和图2，图1是本实用新型接地故障相快速判断模块的结构示意图，图2是本实用新型接地故障相快速判断模块的一具体实施例的电网示意图。本实用新型提供一种接地故障相快速判断模块，其包括相位故障判断单元13，与配电电网11连接且检测配电电网中是否存在相位接地故障；故障相位判断单元15，与相位故障判断单元连接根据相位故障判断单元13检测的电器参数判决故障相位所在相位线；

其中，所述相位故障判断单元13检测的电器参数包括中性点电压、各相电压变化参数，以及各相接地点电阻参数。

进一步地，所述故障相位判断单元15包括第一故障判决部151，所述第一故障判断部151与所述相位故障判断单元11连接且检测中性点电压以及各相电压，检测三相电压中任一相电压存在接近0且另外两相电压升高至接近线电压时，则判决该故障为小电阻接地故障，且判断输出出电压在暂态过程很快降低到接近0的相别为接地故障相。所述故障相位判断单元15包括第二故障判决部153，所述第二故障判决部153与所述相位故障判断单元13连接且检测中性点电压以及各相电压，检测到三相电压均在系统电压的5％-10％时，则判断为大电阻接地故障，且判断输出电压稳态值最高相的滞后相为接地故障相。

上述接地故障相快速判断模块实现原理如下：假设配电电网线路发生单相接地故障时故障电阻为Rf，如图3(a)示。系统正常运行时，三相电压对称，中性点O为零电势，即当A相发生单相接地故障时，中性点电压会发生偏移，节点电压方程有

则中性点电压为

从Rf看进去的戴维南等效电路如图3(b)所示，A相对地电压为

由上式可知相量构成直角三角形，电压相量关系如图4(a)所示。中性点O′的运动轨迹为以为直径的右半圆上，中性点电压与故障电阻Rf有关。

当接地故障电阻较小时，如图4(a)所示，故障相电压很小，接地故障发生时，故障相电压会迅速降低到接近0，由此可保证在3ms内迅速判断出故障相。

当接地故障电阻较大时，如图4(b)所示，三相电压均较大，若仍以故障相电压最低来判断很容易导致误判，此时可根据故障相前一相电压最大来判断，即图4(b)所示C相，在Rf变化过程中，C相电压始终保持为三相中最大，由此可得出电压最高相的滞后相即为故障相。

接地故障相快速判断模块的具体实施步骤：

1.根据实际典型配电网系统参数确定仿真系统参数：

以简单配电网络为例，系统简图如图5所示。

主变T变比为110/10kV，YY型接线，高压侧接无限大电源，额定容量31.5MVA，空载损耗31.05kW，短路损耗190kW，空载电流0.67％，短路电压10.5％。

系统出线有三种不同线路条件：架空线路L1长度10km，电缆线路L2长度10km，混联线路L3中架空线路长10km，电缆线路长5km。

架空线：导线型号LGJ-70/10，外径11.40mm，20℃直流电阻(不大于)0.42171；线路杆塔采用Z型杆塔，呼高8m。

电缆：交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆YJV8.7/10kV，导体标称截面1导体标称截面1，绝缘厚度4.5mm，护套厚度1.8mm，电缆近似外径30mm。

2.确定短路点电阻大小：

查阅资料，将配电网单相接地故障中的接地媒介等效为某数值接地电阻，针对小电阻接地故障的情况，故障电阻取10障；针对大电阻接地故障的情况，故障电阻取1500Ω。

3.建立仿真模型：

变压器采用Π型等值模型，如图6所示。忽略励磁支路，将变压器二次绕组的电阻和漏抗折算到一次绕组侧并和一次绕组的电阻和漏抗合并，用等值阻抗RT+jXT来表示，因为需要求出变压器副方的实际电流和电压，因此采用不计励磁支路的星型等值电路和理想变压器串联的电路模拟。并将RT、XT归算至高压侧：

电力线路采用自动计算参数的架空线路/电缆模型(LCC)来模拟。

实际系统负荷差异较大，但是对单相接地故障电流影响不大，因此对负荷进行简化处理，负荷阻抗统一采用ZL＝400+j20较，在模型中采用星形连接的RLC模块模拟。

设置混联线路架空线和电缆线路连接处发生单相接地故障，故障接地电阻直接用工 频电阻模拟，利用时控开关模拟接地故障，开关闭合及表示发生故障。

由此，建立典型配电网络单相接地故障仿真模型如图7所示。

4.仿真分析小电阻接地故障时电压变化情况：

设置混联线路A相相位分别为0°、60°、90°、120°时发生发生单相接地故障，故障前后母线电压波形如图8所示。

如图8(a)所示，A相在t＝0.015s时，即时发生故障，故障前A相电压为0，因此暂态过程不明显，A相电压故障后立即变为以很低的电压幅值波动，而非故障相同样马上沿线电压上升，电压值远大于故障相电压，可在3ms内直接由电压最低相判断出故障相。

如图8(b)～(d)所示，A相电压故障前不为0，故障时电压有暂态过程，但是暂态过程很快结束，故障相电压在很短的时间内降低到很低，而非故障相电压同样在很短的时间内变为以线电压运行。以A相在t＝0.02s时，即时发生故障为例，A相电压在t＝0.023s时已降低为0.7kV，而B相和C相电压分别为7.9kV和-6.1kV，均远大于故障相电压，即可实现3ms内完成故障相判断。

5.仿真分析大电阻接地故障时电压变化情况：

当故障电阻较大时，得到故障前后母线电压波形如图9所示。三相电压均较高，且几乎没有暂态过程，只能根据稳态电压值判断，而且根据图9所示，故障A相和非故障B相电压非常接近，若仅依据故障相电压最低来判断就很容易造成误判，特别是接地电阻更大时，A相有可能超过B相。因此需要结合故障相前一相，即C相电压最高来判断故障相，提高大电阻接地故障时选相的准确率。

6.分析结果，整定故障选相条件：

依据上述仿真结果，小电阻接地故障时故障相判断时间可控制在3ms以内，接地电阻较大时利用电压最高相的滞后相为故障相这一特征可以准确的完成选相判断。

7.实际应用方案设计：

在实际应用中，该配电电网11单相接地故障相快速判断方法将用于快速开关型消弧消谐装置，如图10所示。在实际电路中，母线侧的消弧消谐装置主要由隔离开关GN、分相控制的快速开关JZ、电压互感器PT、高压熔断器RD、过电压保护器TBP、自限流抑制器DR和微机综合控制器KZ组成，馈线终端设备为远程通信功能的分相控制的快速开关。

单相接地故障相快速判断方法程序置于微机综合控制器KZ中作为快速开关型消弧消谐装置的故障选相模块，负责完成快速且准确的故障选相功能，是装置快速开关准确动作的前提。

当被保护的系统发生单相接地故障时，故障选相模块根据判断结果发出母线快速开 关控制信号，控制母线故障相快速开关合闸，直接金属性接地，由于变电站地网电阻远小于故障点电阻，可使系统由不稳定的弧光接地快速转变成为稳定的金属性接地，故障点电弧电流迅速将为0，电弧熄灭，同时钳制故障相的对地电压，抑制电弧的重燃，达到完全消除电弧故障的目的。

结合上述的接地故障相快速判断模块实现原理，同时再请参阅图10。本实用新型还提供一种消弧消谐装置，其包括用于配电电网供电的母线，隔离开关GN，分相控制快速开关JZ，电压互感器PT，电流互感器CT，高压融断器RD，过电压保护器TBP，自限流抑制器DR以及微机综合控制器KZ；

所述隔离开关GN的前端与所述母线连接，所述隔离开关GN的后端与分相控制快速开关JZ的前端及高压融断器RD的前端分别连接，所述分相控制快速开关JZ后端经所述电流互感器CT接地，所述分相控制快速开关JZ的控制端与所述微机综合控制器KZ连接，所述高压融断器RD的后端经所述电压互感器PT与所述微机综合控制器KZ连接，所述高压融断器RD的后端经所述过电压保护器TBP接地。所述微机综合控制器与所述供电电网的馈线快速控制开关通信连接。所述微机综合控制器内设置有上述的配电网单相接地故障相快速判断模块。

相较于现有技术，本实用新型通过配电电网11连接且检测配电电网中是否存在相位接地故障；故障相位判断单元，与相位故障判断单元连接根据相位故障判断单元检测的电器参数判决故障相位所在相位线；具有选相时间短，方便排除故障的优点。

本部分采用具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想，在不脱离本实用新型原理的情况下，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

Claims (5)

1.一种接地故障相快速判断模块，其特征在于，其包括：

相位故障判断单元，与配电电网连接且检测配电电网中是否存在相位接地故障；

故障相位判断单元，与相位故障判断单元连接根据相位故障判断单元检测的电器参数判决故障相位所在相位线；

其中，所述相位故障判断单元检测的电器参数包括中性点电压、各相电压变化参数，以及各相接地点电阻参数。

2.根据权利要求1所述的接地故障相快速判断模块，其特征在于，

所述故障相位判断单元包括第一故障判决部，所述第一故障判断部与所述相位故障判断单元连接且检测中性点电压以及各相电压，检测三相电压中任一相电压存在接近0且另外两相电压升高至接近线电压时，则判决该故障为小电阻接地故障，且判断输出电压在暂态过程很快降低到接近0的相别为接地故障相。

3.根据权利要求1所述的接地故障相快速判断模块，其特征在于，所述故障相位判断单元包括第二故障判决部，所述第二故障判决部与所述相位故障判断单元连接且检测中性点电压以及各相电压，检测到三相电压均在系统电压的5％-10％时，则判断为大电阻接地故障，且判断输出电压稳态值最高相的滞后相为接地故障相。

4.一种消弧消谐装置，其特征在于，其包括用于配电电网供电的母线，隔离开关，分相控制快速开关，电压互感器，电流互感器，高压融断器，过电压保护器，自限流抑制器以及微机综合控制器；

所述隔离开关的前端与所述母线连接，所述隔离开关的后端与分相控制快速开关的前端及高压融断器的前端分别连接，所述分相控制快速开关后端经所述电流互感器接地，所述分相控制快速开关的控制端与所述微机综合控制器连接，所述高压融断器的后端经所述电压互感器与所述微机综合控制器连接，所述高压融断器的后端经所述过电压保护器接地；

所述微机综合控制器内设置有配电网单相接地故障相快速判断模块，其包括：

相位故障判断单元，与配电电网连接且检测配电电网中是否存在相位接地故障；

故障相位判断单元，与故障相位判断模块连接根据相位故障判断单元检测的电器参数判决故障相位所在相位线；

其中，所述相位故障判断单元检测的电器参数包括中性点电压、各相电压变化参数，以及各相接地点电阻参数。

5.根据权利要求4所述的消弧消谐装置，其特征在于，所述微机综合控制器与所述供电电网的馈线快速控制开关通信连接。