專利名稱：船舶岸電系統(tǒng)單相接地故障選擇性切除方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種供電裝置單相接地故障有選擇性切除的方法，主要用于船舶岸電 系統(tǒng)，可以在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)有選擇性的快速切除故障。
背景技術(shù)：
船舶交流供電系統(tǒng)通常采用三相三線制IT系統(tǒng)，供電連續(xù)性高，但需降壓變壓器 才能獲得單相220V電源，增加了建設(shè)及維修成本。而三相四線制直接接地系統(tǒng)，不需降壓 變壓器便可獲得單相220V電源，經(jīng)濟(jì)性好。由于港口碼頭單相用電負(fù)荷量大，故大都采用 三相四線制直接接地系統(tǒng)，投資小，但供電連續(xù)性不高。船舶靠岸時(shí)如直接引接岸電，船舶 外殼與地相連，船舶岸電系統(tǒng)即為直接接地系統(tǒng)，無論是船舶發(fā)生單相接地故障(經(jīng)常發(fā) 生)，還是碼頭發(fā)生單相接地故障，故障電流很大，導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生短路跳間；且跳間選擇性 差，有可能擴(kuò)大停電范圍，而且巨大的短路電流會(huì)燒蝕斷路器觸頭。此種情況在船舶大修時(shí) 發(fā)生的概率較大，對(duì)于供電連續(xù)性要求較高的船舶岸電系統(tǒng)是不允許的。針對(duì)上述情況，基于長(zhǎng)期以來對(duì)供電系統(tǒng)故障檢測(cè)及故障切除的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)船舶 及港口碼頭供電系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了用于船舶岸電系統(tǒng)的單相接地故障選擇性切除方案。 根據(jù)保護(hù)的要求及常用的供配電系統(tǒng)接地方式，選擇在供電系統(tǒng)中性點(diǎn)與地之間接入可變 電抗器，使系統(tǒng)成為小電流接地系統(tǒng)，系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后通過控制可變電抗器切換 接入系統(tǒng)的電抗值，使斷路器有選擇性的跳閘，快速切除故障，保證系統(tǒng)供電的連續(xù)可靠 性。但在系統(tǒng)發(fā)生接地故障后，如不控制可變電抗器動(dòng)作時(shí)刻，會(huì)造成斷路器誤動(dòng)作 或不動(dòng)作。本發(fā)明是為找出控制可變電抗器動(dòng)作的最佳時(shí)刻，使相應(yīng)等級(jí)的斷路器正確動(dòng) 作；同時(shí)為解決故障切除過程中電弧燒蝕動(dòng)作斷路器觸頭的情況，本發(fā)明在可變電抗器相 應(yīng)位置接入熔斷器，在供電回路上相應(yīng)斷路器完全斷開前，相應(yīng)的熔斷器熔斷，系統(tǒng)恢復(fù)初 始狀態(tài)，既切除故障又避免斷路器觸頭燒蝕。本方案之所以能在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí) 快速可靠的切除故障，并避免動(dòng)作斷路器觸頭燒蝕，可變電抗器動(dòng)作時(shí)刻角的選擇和在可 變電抗器相應(yīng)位置接入熔斷器很重要，在該時(shí)刻角范圍內(nèi)控制可變電抗器動(dòng)作，既能可靠 切除接地故障又避免斷路器觸頭燒蝕。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提出一種船舶岸電單相接地故障后選擇性切除的方法，通過監(jiān) 測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)相線接地故障，在適當(dāng)時(shí)刻控制可變電抗器動(dòng)作，在符合要求的時(shí)刻角范圍內(nèi) 控制可變電抗器動(dòng)作，快速可靠切除故障，保證供電系統(tǒng)安全可靠，以降低碼頭供電系統(tǒng)向 靠港船舶供電的成本。同時(shí)在斷路器完全斷開前，與可變電抗器相連的熔斷器熔斷，避免斷 路器觸頭燒蝕。本發(fā)明的技術(shù)方案是船舶岸電系統(tǒng)單相接地故障選擇性切除方法，在系統(tǒng)中性 點(diǎn)與地之間設(shè)置可變電抗器，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，根據(jù)中性點(diǎn)對(duì)地電壓升高來判斷是否發(fā)生單相接地故障。在本發(fā)明所述的時(shí)刻角范圍內(nèi)控制可變電抗器動(dòng)作，在單相接地故障發(fā)生后，中 性點(diǎn)對(duì)地電壓變化的一個(gè)周波內(nèi)，在時(shí)刻角％的如下范圍內(nèi)控制可變電抗器動(dòng)作，
O0 <φ0< 50°
105° <φ0 <230°
2850 <φ0<360°即控制可變電抗器，使電抗值逐漸減小，通過逐漸增大短路電流來觸發(fā)相應(yīng)斷路 器的瞬動(dòng)脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作，從而切除故障。在斷路器完全斷開前，與可變電抗器相應(yīng)位置相連的熔斷器熔斷，使系統(tǒng)恢復(fù)小 電流接地狀態(tài)，避免斷路器觸頭燒蝕。系統(tǒng)發(fā)生單相接地后，若仍按中性點(diǎn)直接接地，則短路跳閘無選擇性。在中性點(diǎn)與 地之間接入可變電抗器，通過監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到中性點(diǎn)對(duì)地電壓的變化，適時(shí)發(fā)出控制信號(hào) 控制可變電抗器動(dòng)作，從而增大短路電流，觸發(fā)接地故障相的斷路器的瞬動(dòng)脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作， 切除故障，同時(shí)與可變電抗器相連接的熔斷器在斷路器完全斷開前熔斷，避免斷路器觸頭 燒燭。船舶岸電單相接地故障選擇性切除的方法，借助于先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)，使系統(tǒng)的中 性點(diǎn)通過可變電抗器接地，利用斷路器瞬動(dòng)脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作電流極差較大的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)斷路 器有選擇性的跳閘。以監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集故障信息為基礎(chǔ)，短路模型為理論，系統(tǒng)改良為根本。本發(fā)明的關(guān)鍵是找出控制可變電抗器動(dòng)作的最佳時(shí)刻，在該時(shí)刻范圍內(nèi)控制可變 電抗器動(dòng)作，既能可靠切除短路故障又避免斷路器觸頭燒蝕。由圖1可知系統(tǒng)發(fā)生單相短路后短路電流變化特征如下
Uh UU
Kt)= , m Β η(ω + φ0-φ) + β 一m ^ιη(φ0-φ)]
ψο + ( + Χ)rO + ^oVrO + (χο + Χ)式中沴=arctan^^
rO式中i為短路電流，A和&為線路電阻與電抗，X為單相接地故障時(shí)通過中性點(diǎn) 接入系統(tǒng)的可變電抗器，％為中性點(diǎn)對(duì)地電壓變化的一個(gè)周波內(nèi)控制可變電抗器動(dòng)作的時(shí) 刻角，ω表示電路系統(tǒng)的頻率，K合閘表示系統(tǒng)接地后控制可變電抗器動(dòng)作。由上式可知電流i⑴的大小主要由％決定。通過分析驗(yàn)證，在單相短路后，中性點(diǎn)對(duì)地電壓變化的一個(gè)周波內(nèi)，在時(shí)刻角％的 如下范圍內(nèi)控制可變電抗器動(dòng)作，其產(chǎn)生的瞬時(shí)電流能觸發(fā)斷路器瞬動(dòng)脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作，可 靠切除故障
O0 <φ0< 50°105° <φ0 <230°
2850 < ^0 <360°本發(fā)明所述船舶岸電單相接地故障選擇性切除的方法是系統(tǒng)發(fā)生單相接地后中 性點(diǎn)對(duì)地電壓升高，易于監(jiān)測(cè)，斷路器瞬動(dòng)脫扣機(jī)構(gòu)瞬時(shí)動(dòng)作電流級(jí)差較大，短路后在本發(fā) 明所述時(shí)刻角范圍內(nèi)控制可變電抗器動(dòng)作，在短路后可實(shí)現(xiàn)斷路器有選擇性的跳閘，快速 切除故障，同時(shí)在斷路器完全斷開前，相應(yīng)熔斷器熔斷，避免斷路器觸頭燒蝕。本發(fā)明技術(shù)方案是確定可變電抗器動(dòng)作的時(shí)刻角。若系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障，無 時(shí)間選擇性的控制可變電抗器進(jìn)行動(dòng)作，則會(huì)發(fā)生所述熔斷器熔斷但相應(yīng)斷路器沒斷開； 或所述斷路器斷開而相應(yīng)熔斷器沒熔斷的情況，沒有達(dá)到選擇性切除故障的目的。所以本 發(fā)明關(guān)鍵是確定合適的控制可變電抗器動(dòng)作的時(shí)刻，使得在此時(shí)間范圍內(nèi)控制可變電抗器 動(dòng)作，斷路器可靠斷開，相應(yīng)熔斷器及時(shí)熔斷，既保證系統(tǒng)供電可靠性，又避免斷路器觸頭 燒燭。本發(fā)明的有益效果是在本發(fā)明所述的時(shí)刻角范圍內(nèi)控制可變電抗器動(dòng)作，能可 靠切除故障，主要有如下特點(diǎn)本發(fā)明故障切除機(jī)制基于短路電流變化，在短路后不同時(shí)刻控制可變電抗器動(dòng) 作，短路電流不同。在所述時(shí)刻角范圍內(nèi)控制可變電抗器動(dòng)作，能可靠切除接地故障。通過 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)相線接地故障，在適當(dāng)時(shí)刻控制可變電抗器動(dòng)作，在符合要求的時(shí)刻角范圍 內(nèi)控制可變電抗器動(dòng)作，快速切除故障，保證供電系統(tǒng)安全可靠，降低碼頭供電系統(tǒng)向靠港 船舶供電的成本。同時(shí)在斷路器完全斷開前，與可變電抗器相連的熔斷器熔斷，避免斷路器 觸頭燒蝕。本發(fā)明能使斷路器瞬動(dòng)脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作有選擇性，切除系統(tǒng)單相接地故障。本發(fā)明由監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集故障信息，控制可變電抗器動(dòng)作，在符合要求的時(shí)刻角范 圍內(nèi)控制可變電抗器動(dòng)作，快速切除故障。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，目的明確，動(dòng)作靈敏，能夠有效 排除系統(tǒng)單相接地故障，經(jīng)濟(jì)節(jié)能。


圖1單相接地故障系統(tǒng)等效2是本發(fā)明船舶岸電系統(tǒng)單相接地故障模型3是本發(fā)明符合要求的時(shí)刻角示意圖(陰影部分)
具體實(shí)施方案船舶岸電單相接地故障選擇性切除方案，根據(jù)供電系統(tǒng)發(fā)生單相接地后中性點(diǎn)對(duì) 地電壓升高來判斷是否發(fā)生單相接地故障，且中性點(diǎn)對(duì)地電壓易于監(jiān)測(cè)，能準(zhǔn)確判斷系統(tǒng) 是否發(fā)生單相接地故障。在系統(tǒng)中性點(diǎn)與地之間設(shè)置可變電抗器，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，在本發(fā)明 所述的時(shí)刻角范圍內(nèi)控制可變電抗器動(dòng)作，通過增大短路電流來觸動(dòng)相應(yīng)斷路器的瞬動(dòng)脫 扣機(jī)構(gòu)，從而切除故障，同時(shí)在斷路器完全斷開前，與可變電抗器相應(yīng)位置相連的熔斷器熔 斷，使系統(tǒng)恢復(fù)小電流接地系統(tǒng)，避免斷路器觸頭燒蝕。
系統(tǒng)發(fā)生單相接地，若還是按中性點(diǎn)直接接地，則短路跳閘無選擇性或越級(jí)跳閘。在中性點(diǎn)與地之間接入可變電抗器，通過監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到中性點(diǎn)對(duì)地電壓的變化，適時(shí)發(fā) 出控制信號(hào)控制可變電抗器動(dòng)作，從而增大短路電流，觸發(fā)斷路器瞬動(dòng)脫扣機(jī)構(gòu)，切除故 障，同時(shí)與可變電抗器相連接的熔斷器在斷路器完全斷開前熔斷，避免斷路器觸頭燒蝕。該方案的關(guān)鍵是確定適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻角，在該時(shí)刻角范圍內(nèi)控制可變電抗器動(dòng)作，既 能切除接地故障又避免斷路器觸頭燒蝕。根據(jù)系統(tǒng)單相接地故障后，短路電流變化，由下式可知
權(quán)利要求
1.船舶岸電系統(tǒng)單相接地故障選擇性切除方法，其特征是在系統(tǒng)中性點(diǎn)與地之間設(shè)置 可變電抗器。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，根據(jù)船舶岸電系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，中性點(diǎn) 對(duì)地電壓升高來判斷是否發(fā)生單相接地故障，在單相接地故障發(fā)生后，中性點(diǎn)對(duì)地電壓變化的一個(gè)周波內(nèi)，在時(shí)刻角％的如下范圍 內(nèi)控制可變電抗器動(dòng)作，O0 <φ0< 50° 105° <φ0 <230° 2850 <φ0<360°即控制可變電抗器，使電抗值逐漸減小，通過逐漸增大短路電流來觸發(fā)相應(yīng)斷路器的 瞬動(dòng)脫扣機(jī)構(gòu)，從而切除故障。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶岸電系統(tǒng)單相接地故障選擇性切除方法，其特征是在斷 路器完全斷開前，與可變電抗器相應(yīng)位置相連的熔斷器熔斷，使系統(tǒng)恢復(fù)小電流接地狀態(tài)， 避免斷路器觸頭燒蝕。
全文摘要
船舶岸電系統(tǒng)單相接地故障選擇性切除方法，在系統(tǒng)中性點(diǎn)與地之間設(shè)置可變電抗器。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，根據(jù)船舶岸電系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，中性點(diǎn)對(duì)地電壓升高來判斷是否發(fā)生單相接地故障，在單相接地故障發(fā)生后，中性點(diǎn)對(duì)地電壓變化的一個(gè)周波內(nèi)，在時(shí)刻角的如下范圍內(nèi)控制可變電抗器動(dòng)作，即控制可變電抗器，使電抗值逐漸減小，通過逐漸增大短路電流來觸發(fā)相應(yīng)斷路器的瞬動(dòng)脫扣機(jī)構(gòu)，從而切除故障；在斷路器完全斷開前，與可變電抗器相應(yīng)位置相連的熔斷器熔斷，使系統(tǒng)恢復(fù)小電流接地狀態(tài)，避免斷路器觸頭燒蝕。
文檔編號(hào)H02H7/26GK102142674SQ20111002818
公開日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者葉小松, 吳振飛, 唐友懷, 徐曄, 沈巍, 王金全, 邢鳴, 馬濤 申請(qǐng)人:江蘇鎮(zhèn)安電力設(shè)備有限公司, 王金全