中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)配電網(wǎng)單相接地線路保護(hù)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)配電網(wǎng)單相接地線路保護(hù)裝置，一個(gè)安裝在中性點(diǎn)消弧線圈接地端的受控直流電源和安裝在每條配電線路出口端的直流電流檢測(cè)器。所述受控直流電源串聯(lián)在中性點(diǎn)消弧線圈接地端的接線點(diǎn)11和接線點(diǎn)12之間，包括隔直流電容C、控制開關(guān)K、限流電阻R、穩(wěn)壓模塊、電源變壓器T、二極管D1和D2；所述直流電流檢測(cè)器包括供電電源+Vc、直流電流傳感器和比較器。本實(shí)用新型的線路保護(hù)裝置可以準(zhǔn)確的確定出具體的故障線路，并發(fā)出接地信號(hào)，根據(jù)實(shí)際線路具體要求，觸發(fā)后續(xù)保護(hù)發(fā)出報(bào)警信號(hào)或是直接跳閘斷電，在避免人為介入的操作前提下保證了可靠性。
【專利說明】中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)配電網(wǎng)單相接地線路保護(hù)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及配電線路繼電保護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接 地系統(tǒng)配電網(wǎng)單相接地線路保護(hù)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在電力系統(tǒng)中，66KV以下配電網(wǎng)常采用中性點(diǎn)非直接接地運(yùn)行方式。對(duì)于中性點(diǎn) 非接地配電網(wǎng)，當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)流過故障點(diǎn)的電流為全電網(wǎng)非故障相零序電流的總和， 也就是全網(wǎng)的電容電流。若此電流數(shù)值很大，就會(huì)在接地點(diǎn)燃起電弧，引起間歇性弧光過電 壓，造成非故障相絕緣破壞，從而發(fā)展為相間故障或多點(diǎn)接地故障，導(dǎo)致事故擴(kuò)大。因此， 當(dāng)22?66kV配電網(wǎng)單相接地時(shí)，故障點(diǎn)的零序電容電流總和若大于10A，10kV配電網(wǎng)大于 20A，3?6kV配電網(wǎng)大于30A，則其電源中性點(diǎn)應(yīng)采取經(jīng)消弧線圈接地方式。
[0003] 在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地配電網(wǎng)中，一般采用消弧線圈電感電流來補(bǔ)償全電網(wǎng)電 容電流，補(bǔ)償方式為過補(bǔ)償。這種情況下，當(dāng)線路發(fā)生單相接地時(shí)，無法采用零序功率方向 保護(hù)來選擇故障線路，而且由于殘余電流不大，采用零序電流保護(hù)也很難滿足靈敏性要求。 因此在這類配電網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)接地保護(hù)很困難。
[0004] 在中性點(diǎn)非直接接地配電網(wǎng)中發(fā)生單相接地時(shí)，由于接地故障電流很小，而且三 相之間線電壓仍然保持對(duì)稱，所以對(duì)負(fù)荷供電影響極小，因此在一般情況下允許存在一個(gè) 接地點(diǎn)情況下繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間（1?2小時(shí)）而不必立即跳閘。但是發(fā)生單相接地后，非 接地的另外兩相對(duì)地電壓升高倍，為防止擴(kuò)大故障，保護(hù)應(yīng)及時(shí)發(fā)出信號(hào)，以便值班運(yùn) 行人員采取措施及時(shí)解除故障。因此，在中性點(diǎn)非直接接地配電網(wǎng)中發(fā)生單相接地時(shí)，一般 只要求繼電保護(hù)裝置能發(fā)出預(yù)告信號(hào)而不必跳閘。但對(duì)人身和設(shè)備的安全造成危險(xiǎn)時(shí)，應(yīng) 動(dòng)作于斷路器跳閘。
[0005] 對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地配電網(wǎng)，配電網(wǎng)為多線路時(shí)（實(shí)際運(yùn)行中幾乎都是這 樣)，當(dāng)配電網(wǎng)中任一條線路發(fā)生單相接地時(shí)，全電網(wǎng)都會(huì)出現(xiàn)零序電壓，這時(shí)利用零序電 壓保護(hù)可以發(fā)出告警信號(hào)。但是它發(fā)出的是沒有選擇出具體故障線路的告警信號(hào)，為找出 故障線路，必須由值班人員順序短時(shí)斷開各條線路，并繼之以自動(dòng)重合閘將斷開線路重新 投入運(yùn)行。當(dāng)斷開某一線路，零序電壓信號(hào)消失，就說明該線路即是故障線路。以上操作也 稱選線操作。
[0006] 采用選線操作方式，會(huì)造成線路短時(shí)停電，來回操作斷路器會(huì)降低斷路器的使用 壽命，也會(huì)造成意外事故的發(fā)生，如果有些線路不容許停電的話，選線操作就不能進(jìn)行。
[0007] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提出本實(shí)用新型。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0008] 有鑒于此，本實(shí)用新型提供一種中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)配電網(wǎng)單相接地線路 保護(hù)裝置，通過接入受控直流電源和直流電流檢測(cè)器準(zhǔn)確地確定出具體的故障線路并發(fā)出 接地信號(hào)，在避免人為介入的操作前提下保證了可靠性。
[0009] -種中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)配電網(wǎng)單相接地線路保護(hù)裝置，包括一個(gè)安裝在 中性點(diǎn)消弧線圈接地端的受控直流電源和安裝在每條配電線路出口端的直流電流檢測(cè)器。
[0010] 所述受控直流電源包括隔直流電容C、控制開關(guān)K、限流電阻R、二極管D1和D2、穩(wěn) 壓模塊以及電源變壓器T，所述隔直流電容C的兩端分別通過控制開關(guān)K與限流電阻R的 一端以及穩(wěn)壓模塊的直流輸出接地端相連接，所述限流電阻R的另一端分別與所述二極管 D1和D2的陰極端連接；所述二極管D1和D2的陽極端分別與穩(wěn)壓模塊的直流輸出接地端 和直流輸出陽極端相連接；所述穩(wěn)壓模塊的交流輸入端通過電源變壓器T與220V交流電相 連接。
[0011] 所述直流電流檢測(cè)器包括供電電源+VC、直流電流傳感器和比較器；所述直流電 流傳感器的信號(hào)輸出端一方面與所述比較器的信號(hào)輸入端連接，所述比較器的輸出端輸出 接地信號(hào)；所述直流電流傳感器的信號(hào)輸出端另一方面直接輸出檢測(cè)到的泄露直流電流 值；所述直流電流傳感器和比較器的工作電源與所述供電電源+VC相連接。
[0012] 所述受控直流電源串聯(lián)在中性點(diǎn)消弧線圈接地端的接線點(diǎn)11和接線點(diǎn)12之間。
[0013] 所述直流電流傳感器為霍爾直流電流傳感器。
[0014] 所述控制開關(guān)K與配電網(wǎng)的零序電壓保護(hù)相連接。
[0015] 所述控制開關(guān)K同時(shí)作為實(shí)驗(yàn)開關(guān)手動(dòng)控制。
[0016] 本實(shí)用新型產(chǎn)生的有益效果是：
[0017] 一種中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)配電網(wǎng)單相接地線路保護(hù)裝置，可以準(zhǔn)確地確定 出具體的故障線路并發(fā)出接地信號(hào)，以便后續(xù)保護(hù)裝置動(dòng)作，或者根據(jù)實(shí)際線路具體要求 發(fā)出報(bào)警信號(hào)或是直接跳閘斷電。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，能夠更完整更好地理解本實(shí)用新型。此處所說明的附圖用來 提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí) 用新型的不當(dāng)限定，其中：
[0019] 圖l_a為本實(shí)用新型中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)配電網(wǎng)單相接地線路保護(hù)裝置 的單電源多線路配電網(wǎng)；
[0020] 圖Ι-b為圖Ι-a的A、B和C相的電壓和電流的相量圖；
[0021] 圖2為本實(shí)用新型中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)配電網(wǎng)單相接地線路保護(hù)裝置在 配電網(wǎng)中安裝示意圖；
[0022] 圖3為本實(shí)用新型中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)配電網(wǎng)單相接地線路保護(hù)裝置的 直流電流檢測(cè)器在電纜線路出線處安裝示意圖；
[0023] 圖4為本實(shí)用新型中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)配電網(wǎng)單相接地線路保護(hù)裝置的 受控直流電源結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖5為本實(shí)用新型中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)配電網(wǎng)單相接地線路保護(hù)裝置的 直流電流檢測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 圖中：1、受控直流電源（11、12)接線點(diǎn)13、隔直流電容C 14、控制開關(guān)K 15、限流 電阻R 16、二極管D1 17、二極管D2 18、穩(wěn)壓模塊19、電源變壓器T 2、直流電流檢測(cè)器21、直 流電流傳感器22、比較器3、電纜頭31、電源端32、磁環(huán)。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。當(dāng)結(jié)合附 圖考慮時(shí)，能夠更完整更好地理解本實(shí)用新型以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點(diǎn)，但此處 所說明的附圖用來提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本實(shí)用新型的一部分，本實(shí)用新 型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。
[0027] 首先，本實(shí)用新型的具體工作原理為：圖l_a所示的中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的單 電源多線路配電網(wǎng)，電源側(cè)及每條線路對(duì)地等值電容分別為Cp (^、(^2、(^3，以集中電容表 示。設(shè)線路WL3的A相接地短路，忽略負(fù)荷電流及電容電流在線路阻抗上的電壓降，則配電 網(wǎng)所有線路和電源的A相對(duì)地電壓均為零，各元件A相對(duì)地電容電流也都為零。消弧線圈 為L(zhǎng)。當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，各元件的B相和C相對(duì)地電壓和電容電流升高倍，這時(shí)配電網(wǎng) 的電容電流分布如圖Ι-a所示，各元件B相和C相對(duì)地電容電流通過大地、故障點(diǎn)、電源、消 弧線圈和本元件構(gòu)成回路，相量圖如圖Ι-b所示。
[0028] 在零序電壓A作用下，消弧線圈有一電感電流^經(jīng)接地點(diǎn)流回消弧線圈。設(shè)消弧 線圈的電感值為L(zhǎng)，則電感電流為：
[0029] 4=^7 = -/與 （1) j(〇L (〇L
[0030] 通過接地點(diǎn)的總電流4為：
[0031] i￡=ic.-iL ( 2 )
[0032] 艮p :
[0033] 4 =(3) MOL
[0034] 式中為全電網(wǎng)每相對(duì)地電容的總和，為全電網(wǎng)對(duì)地電容電流的總和，ω 的數(shù)值為314。
[0035] 由上式可知，選擇合適的電感，可使單相接地時(shí)流經(jīng)故障點(diǎn)的總電流減小，甚至 為零，這樣就可以降低因電容電流而產(chǎn)生的電弧的強(qiáng)度，因此稱該電感為消弧電感。但在實(shí) 際運(yùn)行中，采用的是過補(bǔ)償方式，也就是補(bǔ)償?shù)碾姼须娏鞔笥谌W(wǎng)的電容電流。
[0036] 由此可見，消弧線圈的作用是用電感電流來補(bǔ)償接地點(diǎn)的電容電流，以達(dá)到消除 或是減弱接地點(diǎn)電弧的目的。采用過補(bǔ)償方式，補(bǔ)償后由于接地電流很小，而且故障線路和 非故障線路的零序電流方向一致，所以當(dāng)某一線路發(fā)生單相接地時(shí)，無法采用零序功率方 向保護(hù)來選擇故障線路，而且由于殘余電流不大，采用零序電流保護(hù)也很難滿足靈敏性要 求。因此在這類配電網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)接地保護(hù)很困難，只能采用選線方式。
[0037] 實(shí)施例1
[0038] 如圖2所示的一種中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)配電網(wǎng)單相接地線路保護(hù)裝置，在 中性點(diǎn)消弧線圈接地端的兩個(gè)接線點(diǎn)（11、12)之間串聯(lián)接入受控直流電源1，直流電流檢 測(cè)器2安裝在每條配電電纜線路的電源出口端。將受控直流電源1接到接地端可以大幅降 低本實(shí)用新型的設(shè)備耐壓水平，降低成本，提高運(yùn)行可靠性。
[0039] 進(jìn)一步如圖3-5所示，安裝在電源端31的直流電流檢測(cè)器2包括供電電源+Vc、 直流電流傳感器21和比較器22,直流電流傳感器21的磁環(huán)32套在電纜端3上就可以檢 測(cè)到電纜中的直流電流。作為一種較佳實(shí)施例，直流電流傳感器21選用霍爾直流電流傳感 器，用于檢測(cè)配電電纜線路的直流電流分量，而比較器22則是用于將霍爾直流電流傳感器 檢測(cè)到的配電電纜線路的直流電流分量與比較器22內(nèi)部的直流電流門檻值相比較，如果 前者大于后者，則比較器22將輸出接地信號(hào)給后面的控制設(shè)備，發(fā)出報(bào)警提示信號(hào)或動(dòng)作 以保護(hù)跳閘。
[0040] 上述的比較器內(nèi)部的直流電流門檻值是可以調(diào)節(jié)的，而供電電源+VC可以使用普 通的直流電源。
[0041] 受控直流電源1的結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括隔直流電容13、控制開關(guān)14、限流電阻 15、穩(wěn)壓模塊18、電源變壓器19、220V交流電以及二極管D1和D2( 16、17)。其中二極管D1 及D2為直流電源保護(hù)元件，限流電阻R15和二極管D1和D2( 16、17)為直流電源保護(hù)元件， 用以保護(hù)穩(wěn)壓模塊18。其中穩(wěn)壓模塊18為常規(guī)穩(wěn)壓元件。
[0042] 控制開關(guān)14可以和系統(tǒng)中的零序電壓保護(hù)相連接，也可以作為實(shí)驗(yàn)開關(guān)使用。
[0043] 由于隔直流電容C與點(diǎn)弧線圈L串聯(lián)，所以當(dāng)中性點(diǎn)有零序電壓時(shí)，C上也有零序 分壓。選擇C的參數(shù)時(shí)，盡可能使C上的零序分壓降低。就本實(shí)用新型而言，當(dāng)中性點(diǎn)零序 電壓最大時(shí)，C上的零序分壓不超過15V。
[0044] 當(dāng)控制開關(guān)14和系統(tǒng)中的零序電壓保護(hù)相連接時(shí)，一旦配電網(wǎng)中有接地短路出 現(xiàn)并且如發(fā)出報(bào)警信號(hào)的零序電壓保護(hù)動(dòng)作，控制開關(guān)14將閉合，受控直流電源1的穩(wěn)壓 模塊18輸出的直流電壓的將加到隔直流電容C上，系統(tǒng)中有接地短路的線路將會(huì)有直流電 流流過，而系統(tǒng)中無接地短路的線路將沒有直流電流流過。
[0045] 電源變壓器19用于將220V交流電變壓成合適的電壓以便使受控直流電源1正常 工作。
[0046] 當(dāng)配電網(wǎng)中沒有發(fā)生單相接地故障時(shí)，配電網(wǎng)的零序電壓保護(hù)不動(dòng)作，本實(shí)用新 型的受控直流電源1不向系統(tǒng)中加入直流電壓，安裝在每條配電線路電源出口端的直流電 流檢測(cè)器2檢測(cè)不到直流分量，所以不發(fā)出接地信號(hào)。
[0047] 當(dāng)配電網(wǎng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)，如果配電網(wǎng)的零序電壓保護(hù)動(dòng)作，本實(shí)用新型 的受控直流電源1中的受控開關(guān)K閉合，向系統(tǒng)中加入直流電壓，安裝在故障配電線路電源 出口端的直流電流檢測(cè)器2檢測(cè)到直流分量，發(fā)出接地信號(hào)；而安裝在非故障配電線路電 源出口端的直流電流檢測(cè)器2則檢測(cè)不到直流分量，不發(fā)出接地信號(hào)。
[0048] 由于系統(tǒng)接線的多樣性，本實(shí)用新型的說明書附圖中給出的接線圖只是一個(gè)示意 圖，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過該接線示意圖完全清晰地理解系統(tǒng)接線的具體連接方 式。
[0049] 實(shí)施例2
[0050] 當(dāng)配電線路出口端采用的不是電纜線路時(shí)，則如圖3所示，安裝在每條配電電纜 線路出口端的一個(gè)直流電流檢測(cè)器2將變?yōu)榉謩e在每條配電線路的每相上安裝的三個(gè)直 流電流檢測(cè)器2,其余與實(shí)施例1 一致。
[0051] 實(shí)施例3
[0052] 圖4中的控制開關(guān)K14作為本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)開關(guān)使用時(shí)，不僅可以檢驗(yàn)整個(gè)保 護(hù)裝置的運(yùn)行狀況，還可以檢驗(yàn)整個(gè)配電網(wǎng)各條配電線路的對(duì)地泄露電流狀況，此外亦可 用實(shí)驗(yàn)方法整定本實(shí)用新型受控直流電源1的輸出電壓值以及直流電流檢測(cè)器2的動(dòng)作電 流值。
[0053] 當(dāng)配電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，手動(dòng)閉合控制開關(guān)K14,受控直流電源1的輸出電壓值加在 全網(wǎng)中，在每條配電電纜線路出口端的直流電流檢測(cè)器2將檢測(cè)到各自線路的泄露直流電 流值，將圖5中輸出的直流電流取出分析，即可判斷出配電網(wǎng)各條輸電線路的具體泄露電 流情況，以便及時(shí)采取措施。
[0054] 如上所述，對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)地說明，顯然，只要實(shí)質(zhì)上沒有脫離 本實(shí)用新型的發(fā)明點(diǎn)及效果、對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的變形，也均包含在本 實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)配電網(wǎng)單相接地線路保護(hù)裝置，其特征在于，包括 一個(gè)安裝在中性點(diǎn)消弧線圈接地端的受控直流電源和安裝在每條配電線路出口端的直流 電流檢測(cè)器，其中： 所述受控直流電源包括隔直流電容C、控制開關(guān)K、限流電阻R、二極管D1和D2、穩(wěn)壓模 塊以及電源變壓器T，所述隔直流電容C的兩端分別通過控制開關(guān)K與限流電阻R的一端 以及穩(wěn)壓模塊的直流輸出接地端相連接，所述限流電阻R的另一端分別與所述二極管D1和 D2的陰極端連接；所述二極管D1和D2的陽極端分別與穩(wěn)壓模塊的直流輸出接地端和直流 輸出陽極端相連接；所述穩(wěn)壓模塊的交流輸入端通過電源變壓器T與220V交流電相連接； 所述直流電流檢測(cè)器包括供電電源+Vc、直流電流傳感器和比較器；所述直流電流傳 感器的信號(hào)輸出端一方面與所述比較器的信號(hào)輸入端連接，所述比較器的輸出端輸出接地 信號(hào)；所述直流電流傳感器的信號(hào)輸出端另一方面直接輸出檢測(cè)到的泄露直流電流值；所 述直流電流傳感器和比較器的工作電源與所述供電電源+Vc相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)配電網(wǎng)單相接地線路保護(hù) 裝置，其特征在于，所述受控直流電源串聯(lián)在中性點(diǎn)消弧線圈接地端的第一接線點(diǎn)和第二 接線點(diǎn)之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)配電網(wǎng)單相接地線路保護(hù) 裝置，其特征在于，所述直流電流傳感器為霍爾直流電流傳感器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)配電網(wǎng)單相接地線路保護(hù) 裝置，其特征在于，所述控制開關(guān)K與配電網(wǎng)的零序電壓保護(hù)相連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)配電網(wǎng)單相接地線路保護(hù) 裝置，其特征在于，所述控制開關(guān)K同時(shí)作為實(shí)驗(yàn)開關(guān)手動(dòng)控制。
【文檔編號(hào)】H02H7/26GK203911463SQ201420106448
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月10日
【發(fā)明者】王瑋, 王英男, 劉平竹, 李睿, 任哲, 齊偉夫, 金鵬, 潘永超, 譚立佐 申請(qǐng)人:北京交大創(chuàng)新科技中心, 國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司沈陽供電公司