一种基于补偿阻尼方式的主动干预型保安消弧方法

摘要

本发明为一种基于补偿阻尼方式的主动干预型保安消弧方法，该方法通过补偿阻尼支路把中性点不接地电网转变为经中电阻接地电网。通过比检测与比较补偿支路电流的方法可快速判断稳定的单相接地故障。通过改变补偿阻尼支路电阻的方法解决了高阻接地的接地选线灵敏度和故障性质的差异化判断问题。

说明书

技术领域

本发明为配电网单相接地的故障性质的快速判断与处理领域，主要用于配电网故障相接地消弧方式的主动干预保安消弧装置故障处理。

背景技术

主动干预保安消弧装置是以中性点不接地电网为基础，而中性点不接地电网由于各种内过电压频繁生，特别是电磁式电压互感器铁磁谐振过电压频繁发生，而在装置动作过程中产生的操作过电压作为扰动因素激发电磁式电压互感器铁磁谐振会影响装置判断和电网安全。2017年产品验证试验时某些产品引起漯河试验站多次PT谐振己经得到证明。以至于某些产品在试验时对实验场或变电站的电压互感器的消谐措施提出特殊的要求，这实际上是要求电网去满足适应厂家的产品，而不是厂家的产品去满足适应电网，这是不合适的。另外在配电网中性点不接地、经消弧线圈接地和经电阻接地方式中，中性点不接地的内过电压水平是最高的。如果主动干预型保安消弧装置要在电网中得到普及，必须要解决内过电压问题，特别是铁磁谐振过电压的保护问题。

发明内容

针对上述问题，发明了一种基于补偿阻尼方式的主动干预型保安消弧方法，通过接地变压器引出电网中性点，在中性点对地之间接入补偿阻尼支路，把中性点不接地转变为中性点经中电阻接地。正常运行时QF1合闸，QF2断开，装置运行于中电阻接地状态，对配电网的内过电压进行阻尼。这种方式对内过电压保护，特别对防止电磁式电压互感器铁磁谐振是非常有效的。因为在零序回路中阻尼电阻与电磁式电压互感器的激磁阻抗是并联的，电阻的阻值在500--1000Ω，而电磁式电压互感器的激磁阻抗在数十kΩ，差了几个数量级，电磁式电压互感器受到阻尼电阻的制约根本谐振不起来，所以补偿阻尼型主动干预保安消弧装置不需要对变电站的消谐措施提任何要求，都不会发生电磁式电压互感器引起的铁磁谐振过电压。

由于补偿阻尼电阻的存在把电网由中性点不接地方式转变为中电阻接地方式还会有效限制电网的弧光接地过电压、操作过电压等内过电压，保证了电网的安全。

基于补偿阻尼方式的主动干预型保安消弧装置由接地变压器JDB、前置断路器QF₀、三相电压互感器TV₁、中性点电压互感器TV₂、补偿阻尼支路投切开关QF₁、阻尼电阻R₁和R₂、阻尼电阻切换开关QF₂、补偿阻尼支路电流互感器TA₁、故障相接地开关QF_a、QF_b、QF_c、转移接地电流互感器TA₂和装置控制系统以及安装在各馈线的零序电流互感器构成。装置在配电网正常运行时QF1合闸，QF2断开，装置运行于中电阻接地状态，对配电网的内过电压进行阻尼。在配电网发生永久性单相接地故障，且长时间不能切除故障线路时断开QF₁退出补偿阻尼电阻。在接地故障消失，装置复归时QF₁合闸，投入补偿阻尼支路，运行于中电阻接地状态，对配电网的内过电压进行阻尼。

当配电网在时间段ΔT1内中性点位移电压U_N稳定达到定值ΔU_N≥δ、补偿阻尼支路电流I_B的增量ΔI_B≥I_η，任一馈线零序电流的阻性分量的增量ΔI_0icosФ≥I_β时，判定配电网发生了稳定的单相接地故障，否则为非稳定单相接地故障。δ为配电网中性点位移电压的增量定值、I_η为补偿阻尼支路电流的增量定值、I_β为馈线零序电流的阻性分量的增量定值、ΔT1为判断稳定接地的时间段、Ф为中性点位移电压U_N与馈线零序电流I_0i的相位角。

在判断配电网发生了稳定的单相接地故障后，根据中性点位移电压U_N进行故障分区，当U_N≥U_L为低阻接地故障，U_N<U_L为高阻接地故障，U_L为低阻接地与高阻接地中性点位移电压的分界值。对于低阻接地故障，通过采集各馈线零序电流值，用零序电流比辐法，选出零序电流最大的馈线为发生单相接地的线路。对于高阻接地故障，特别是不对称配电网的高阻接地故障，将QF2合闸，将补偿阻尼支路由中电阻变为低电阻，向故障回路提供较大的补偿阻性电流，检测各馈线中零序电流的阻性分量的增量ΔI_max0icosФ最大的馈线即为接地故障馈线。

在判断配电网发生了稳定的单相接地故障后，采用分区式选相方法选出接地故障相，并选定接地故障线路后把故障相接地开关对地合闸，转移故障电流，钳制故障点电位，对故障进行消弧处理。

在故障相接地开关对地合闸时间达ΔT2后，断开故障相对地开关，对故障性质进行判断，对于低阻接地故障，通过比较中性点位移电压U_N与故障恢复电压的标准值U_H的方法进行故障性质判断，若U_N<U_H，为瞬时性故障，且故障已恢复，装置复归；若U_N≥U_H，则为永久性故障；对高阻接地故障，通过比较接地故障馈线零序电流阻性分量增量的方法进行判断，若接地故障馈线零序电流阻性分量的增量ΔI_max0icosФ<I_H，则为瞬时性接地故障，且故障已恢复，装置复归；若接地故障馈线零序电流阻性分量增量ΔI_max0icosФ≥I_H，则为永久性接地故障。

对高阻接地故障也可以通过比较故障前后补偿支路电流的变化进行故障性质判断，若发生接地故障前的补偿支路电流为I_B0，发生接地故障后的补偿支路电流为I_BG，在断开故障相对地开关后补偿支路电流的电流I_B<fI_B0，则为瞬时性接地故障，且故障已恢复，装置复归；若I_B≥fI_B0，则为永久故障，f为补偿支路电流的电流系数，一般取1.1-1.3。

在判断配电网发生接永久性接地故障后，可立即发出跳闸令切除故障馈线实现故障的快速隔离，在永久性接地故障切除，故障特征信号消失后装置复归；如配电网不允许立即切除故障馈线，应立即将故障相对地开关再次对地合闸，钳制故障点电位为低电位，直到故障处理后，收到复归指令后装置复归。

补偿阻尼支路R1与R2串联后为中电阻，串联后的阻值应满足阻尼配电网铁磁谐振过电压和操作过电压的需要，一般为500-800Ω，R2为低电阻，一般为50-100Ω，电阻的通流容量按金属性接地时计算，通流时间按故障相开关第一次对地合闸时间计算。

本发明具有下述优点：

1、本发明通过补偿阻尼支路把中性点不接地方式转变为经中电阻接地方式，实现有有效的内过电压保护，完全防止了铁磁谐振过电压、操作过电压等内过电压，对电网的危害。

2、本发明通过补偿阻尼支路补偿电流的检测可快速排除非单相接地故障，可快速对故障类型进行诊断，防误处理，可防止危及电网安全事故发生。

3、本发明通过补偿阻尼支路补偿电流的检测与比较的方法，可有效解决高阻接地，特别是不对称配电网的高阻接地故障时的接地选线灵敏度。

4、本发明通过补偿阻尼支路补偿电流的检测与比较的方法，可有效解决高阻接地，特别是不对称配电网的高阻接地故障时的故障性质判断。

附图说明

图1为装置构成图，由接地变压器JDB、前置断路器QF₀、三相电压互感器TV₁、中性点电压互感器TV₂、补偿阻尼支路投切开关QF₁、阻尼电阻R₁和R₂、阻尼电阻切换开关QF₂、补偿阻尼支路电流互感器TA₁、故障相接地开关QF_a、QF_b、QF_c、转移接地电流互感器TA₂和装置控制系统以及安装在各馈线的零序电流互感器构成。

具体实施方式

装置在配电网正常运行时QF1合闸，QF2断开，装置运行于中电阻接地状态，对配电网的内过电压进行阻尼。在配电网发生永久性单相接地故障，且长时间不能切除故障线路时断开QF₁退出补偿阻尼电阻，在接地故障消失，装置复归时QF₁合闸，投入补偿阻尼支路，运行于中电阻接地状态，对配电网的内过电压进行阻尼。

当配电网在时间段ΔT1内中性点位移电压U_N稳定达到定值ΔU_N≥δ、补偿阻尼支路电流I_B的增量ΔI_B≥I_η，任一馈线零序电流的阻性分量的增量ΔI_0icosФ≥I_β时，判定配电网发生了稳定的单相接地故障，否则为非稳定单相接地故障；δ为配电网中性点位移电压的增量定值、I_η为补偿阻尼支路电流的增量定值、I_β为馈线零序电流的阻性分量的增量定值、ΔT1为判断稳定接地的时间段、Ф为中性点位移电压U_N与馈线零序电流I_0i的相位角。

在判断配电网发生了稳定的单相接地故障后，根据中性点位移电压U_N进行故障分区，当U_N≥U_L为低阻接地故障，U_N<U_L为高阻接地故障，U_L为低阻接地与高阻接地中性点位移电压的分界值；对于低阻接地故障，通过采集各馈线零序电流值，用零序电流比辐法，选出零序电流最大的馈线为发生单相接地的线路；对于高阻接地故障，特别是不对称配电网的高阻接地故障，将QF2合闸，将补偿阻尼支路由中电阻变为低电阻，向故障回路提供较大的补偿阻性电流，检测各馈线中零序电流的阻性分量的增量ΔI_max0icosФ最大的馈线即为接地故障馈线。

在判断配电网发生了稳定的单相接地故障后，采用分区式选相方法选出接地故障相，并选定接地故障线路后把故障相接地开关对地合闸，转移故障电流，钳制故障点电位，对故障进行消弧处理。

在故障相接地开关对地合闸时间达ΔT2后，断开故障相对地开关，对故障性质进行判断，对于低阻接地故障，通过比较中性点位移电压U_N与故障恢复电压的标准值U_H的方法进行故障性质判断，若U_N<U_H，为瞬时性故障，且故障已恢复，装置复归；若U_N≥U_H，则为永久性故障；对高阻接地故障，通过比较接地故障馈线零序电流阻性分量增量的方法进行判断，若接地故障馈线零序电流阻性分量的增量ΔI_max0icosФ<I_H，则为瞬时性接地故障，且故障已恢复，装置复归；若接地故障馈线零序电流阻性分量增量ΔI_max0icosФ≥I_H，则为永久性接地故障。

对高阻接地故障也可以通过比较故障前后补偿支路电流的变化进行故障性质判断，若发生接地故障前的补偿支路电流为I_B0，发生接地故障后的补偿支路电流为I_BG，在断开故障相对地开关后补偿支路电流的电流I_B<fI_B0，则为瞬时性接地故障，且故障已恢复，装置复归；若I_B≥fI_B0，则为永久故障，f为补偿支路电流的电流系数，一般取1.1-1.3。

在判断配电网发生接永久性接地故障后，可立即发出跳闸令切除故障馈线实现故障的快速隔离，在永久性接地故障切除，故障特征信号消失后装置复归；如配电网不允许立即切除故障馈线，应立即将故障相对地开关再次对地合闸，钳制故障点电位为低电位，直到故障处理后，收到复归指令后装置复归。

补偿阻尼支路R1与R2串联后为中电阻，串联后的阻值应满足阻尼配电网铁磁谐振过电压和操作过电压的需要，一般为500-800Ω，R2为低电阻，一般为50-100Ω，电阻的通流容量按金属性接地时计算，通流时间按故障相开关第一次对地合闸时间计算。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰也应视为本发明的保护范围。