專利名稱：穩(wěn)態(tài)零序電流助增裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)中接地故障檢測技術(shù)，尤其涉及一種中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)用的穩(wěn)態(tài)零序電流助增裝置及方法。
背景技術(shù)：
目前，對(duì)于運(yùn)行的配電系統(tǒng)，由于系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地，發(fā)生單相接地故障后不形成短路回路，只有系統(tǒng)分布電容引起的很小的零序電流。國內(nèi)外各種查找單相接地故障的裝置就是根據(jù)這些比較小的量作為判斷依據(jù)，誤判率比較大。對(duì)此，目前尚無準(zhǔn)確可靠的微機(jī)選線裝置能動(dòng)作于跳閘。
國內(nèi)外高校和廠家推出三種類型的接地選線定位裝置，分別是反應(yīng)單相接地故障暫態(tài)量的選線定位裝置、反應(yīng)單相接地故障穩(wěn)態(tài)量的選線定位裝置、利用“注入法”原理構(gòu)成的選線定位裝置。前兩種現(xiàn)有技術(shù)的缺陷為對(duì)于反映故障暫態(tài)量的選線定位方法，有故障電氣量存在時(shí)間短不易采集故障數(shù)據(jù)的缺陷；對(duì)于反映故障穩(wěn)態(tài)量的選線定位方法，存在電氣量幅值偏小的缺陷，由于故障分量幅值太小，造成判據(jù)失靈，降低了裝置的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決目前對(duì)于利用故障信號(hào)穩(wěn)態(tài)分量選線和定位的方法存在系統(tǒng)自身故障電氣量幅值偏小不易檢測的缺陷，提供一種具有在電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，瞬間放大故障信號(hào)穩(wěn)態(tài)分量，使基于單相接地故障穩(wěn)態(tài)量的選線定位裝置準(zhǔn)確動(dòng)作，達(dá)到定位和選線目的等優(yōu)點(diǎn)的穩(wěn)態(tài)零序電流助增裝置及方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種穩(wěn)態(tài)零序電流助增裝置，它包括被保護(hù)配電系統(tǒng)的母線，所述母線上安裝穩(wěn)態(tài)零序電流助增裝置，該裝置還與電壓互感器連接，電壓互感器則與母線連接；助增裝置由電力電容器組、投切開關(guān)和控制裝置組成，控制裝置監(jiān)測配電系統(tǒng)是否發(fā)生單相接地故障，電力電容器組則對(duì)接地電流進(jìn)行助增，并由控制裝置通過投切開關(guān)控制電力電容器組的投切。
所述電力電容器組包括在母線的每一相上設(shè)置的至少一個(gè)電容器，它們構(gòu)成電容器組，每個(gè)電容器的一端分別與各自的投切開關(guān)串聯(lián)，另一端接地。
所述控制裝置由三相電壓、零序電壓采集裝置、單相接地故障判斷裝置和開關(guān)投切驅(qū)動(dòng)裝置組成，監(jiān)測配電系統(tǒng)三相電壓和零序電壓并判斷系統(tǒng)是否發(fā)生單相接地故障，從而控制電力電容器的投切；其中，三相電壓、零序電壓采集裝置由電壓變送器、RC低通濾波、由運(yùn)算放大器構(gòu)成的預(yù)處理電路和A/D轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成；單相接地故障判斷裝置由AT89C52單片機(jī)構(gòu)成；開關(guān)投切驅(qū)動(dòng)裝置由繼電器驅(qū)動(dòng)電路和控制繼電器構(gòu)成。
所述各投切開關(guān)組成一組控制開關(guān)，它們接在母線與各自相應(yīng)的電容器之間，根據(jù)控制裝置的命令投切電力電容器組。
一種采用穩(wěn)態(tài)零序電流助增裝置的助增方法，它的方法為，(1)配電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，投切開關(guān)斷開，電力電容器組不投入，控制裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測母線電壓和系統(tǒng)零序電壓，并判斷系統(tǒng)是否發(fā)生單相接地故障；(2)若沒有單相接地故障發(fā)生，重復(fù)步驟(1)；若有，立即將投切開關(guān)閉合，把電力電容器組投入故障系統(tǒng)，以增大故障零序電流；(3)繼續(xù)監(jiān)測母線電壓和系統(tǒng)零序電壓，并判斷單相接地故障是否存在；(4)若故障依然存在，繼續(xù)進(jìn)行步驟(3)的操作；(5)若故障已解除，將投切開關(guān)斷開，把電力電容器組從系統(tǒng)中切除；(6)然后返回到步驟(1)重新進(jìn)行上述操作。
本發(fā)明的工作過程為對(duì)于運(yùn)行的配電系統(tǒng)，由本裝置的控制部分實(shí)時(shí)監(jiān)測母線的三相電壓和系統(tǒng)零序電壓，并實(shí)時(shí)判斷配電系統(tǒng)是否發(fā)生單相接地故障。配電系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，投切開關(guān)K是斷開的，該裝置不投入。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，由控制部分將投切開關(guān)K閉合，穩(wěn)態(tài)零序電流助增裝置迅速投入到故障系統(tǒng)中，使故障零序電流瞬間得到放大，故障被找到后由控制部分立即將投切開關(guān)K斷開，該裝置從系統(tǒng)中退出，不會(huì)對(duì)配電系統(tǒng)的運(yùn)行造成不利影響。
本發(fā)明的有益效果是(1)可以與基于穩(wěn)態(tài)故障量的單相接地故障選線和定位保護(hù)聯(lián)用，當(dāng)小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，通過穩(wěn)態(tài)零序電流助增裝置人為地增加故障穩(wěn)態(tài)零序電流，瞬間放大的故障零序電流使故障線路與非故障線路的零序故障電流差距增大，從而使基于故障穩(wěn)態(tài)量的單相接地故障選線與定位保護(hù)的動(dòng)作準(zhǔn)確率得到提高。(2)提高了基于穩(wěn)態(tài)故障量的單相接地故障選線和定位保護(hù)的抗過渡電阻能力，由于人為增加了故障零序電流，加強(qiáng)了故障點(diǎn)的故障程度，相應(yīng)的提高了抗過渡電阻的能力。(3)對(duì)裝有高壓熔斷器的出線，增大了的故障零序電流使高壓熔斷器迅速熔斷，可將接地故障迅速隔離。
總之該裝置能夠有效地提高基于穩(wěn)態(tài)故障量的單相接地故障選線和定位保護(hù)的動(dòng)作準(zhǔn)確率；對(duì)裝有高壓熔斷器的線路，能將故障迅速隔離，縮短故障處理時(shí)間。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為助增方法流程圖。
其中，1、母線，2、電容器，3、控制裝置，4、投切開關(guān)，5、三相電壓、零序電壓采集裝置，6、單相接地故障判斷裝置，7、開關(guān)投切驅(qū)動(dòng)裝置，8、電壓互感器。
具體實(shí)施例實(shí)施例1圖1中，在受保護(hù)的配電系統(tǒng)的中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)母線1的每一相上連接電容器2，每一電容器2與其相應(yīng)的投切開關(guān)4串聯(lián)，電容器2的另一端接地，全部的電容器2組成電力電容器組?？刂蒲b置3用于監(jiān)測配電系統(tǒng)是否發(fā)生單相接地故障，并控制投切開關(guān)4的投切，如圖2所示。控制裝置4包括三相電壓、零序電壓采集裝置5、單相接地故障判斷裝置6和開關(guān)投切驅(qū)動(dòng)裝置7組成，用以監(jiān)測配電系統(tǒng)三相電壓和零序電壓并判斷系統(tǒng)是否發(fā)生單相接地故障，從而控制電力電容器組的投切；其中，三相電壓、零序電壓采集裝置5由電壓變送器、RC低通濾波、由運(yùn)算放大器構(gòu)成的預(yù)處理電路和A/DD轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成；單相接地故障判斷裝置6由AT89C52單片機(jī)構(gòu)成；開關(guān)投切驅(qū)動(dòng)裝置7由繼電器驅(qū)動(dòng)電路和控制繼電器構(gòu)成?？刂蒲b置3還與電壓互感器8連接，電壓互感器8的一端與母線1連接。
本發(fā)明的助增方法如圖3所示(1)配電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，投切開關(guān)斷開，電力電容器組不投入，控制裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測母線電壓和系統(tǒng)零序電壓，并判斷系統(tǒng)是否發(fā)生單相接地故障；(2)若沒有單相接地故障發(fā)生，重復(fù)步驟(1)；若有，立即將投切開關(guān)閉合，把電力電容器組投入故障系統(tǒng)，以增大故障零序電流；(3)繼續(xù)監(jiān)測母線電壓和系統(tǒng)零序電壓，并判斷單相接地故障是否存在；(4)若故障依然存在，繼續(xù)進(jìn)行步驟(3)的操作；(5)若故障已解除，將投切開關(guān)斷開，把電力電容器組從系統(tǒng)中切除；(6)然后返回到步驟(1)重新進(jìn)行上述操作。
圖1中，假設(shè)線路II的C相發(fā)生單相接地故障，故障線路零序電流等于非故障線路I的零序電流和助增裝置產(chǎn)生的零序電流之和，助增裝置產(chǎn)生的零序電流即為人為增加的零序電流，該電流比系統(tǒng)本身的零序電流大得多，可以根據(jù)實(shí)際需要計(jì)算出所加電流的大小?？梢?，人為增加的故障零序電流使故障線路中流過的故障電流大大增加，而非故障線路中仍然是分布電容引起的故障零序電流，從而拉大了故障線路與非故障線路之間的差距，能夠提高利用故障信號(hào)穩(wěn)態(tài)分量選線和定位保護(hù)的判斷準(zhǔn)確率。
以某采油廠35kV/6kV變電所為例，它有2臺(tái)6300kVA主變，YΔ-11接線，Uk％＝7.5％，6kV母線帶有8條出線，出線參數(shù)及負(fù)荷情況如下表1表1

其中，導(dǎo)線型號(hào)為LGJ-70，水平排列，間距0.45m。助增裝置中每相電力電容器容量80kVar，過渡電阻0～3kΩ。
對(duì)比結(jié)果1號(hào)出線3km處發(fā)生單相接地故障數(shù)據(jù)如表2表2 1#出線3km處發(fā)生單相接地故障仿真數(shù)據(jù)

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，故障線路的零序電流在助增后過渡電阻較小時(shí)明顯增大，過渡電阻較大時(shí)也有增大，但增大幅度較小。
由于穩(wěn)態(tài)零序電流助增裝置在系統(tǒng)故障時(shí)，人為的增加了故障零序電流，即提供了足夠大的接地電流，目前油井變壓器的高壓熔斷器熔絲一般在3A-5A，所以金屬性接地時(shí)，由于零序電流助增裝置瞬間增大了故障零序電流，高壓熔斷器熔絲會(huì)迅速熔斷，將接地故障隔離。這已經(jīng)成為臨盤油田電網(wǎng)的接地故障查找的獨(dú)特方法。
權(quán)利要求
1.一種穩(wěn)態(tài)零序電流助增裝置，它包括被保護(hù)配電系統(tǒng)的母線，其特征是所述母線上安裝穩(wěn)態(tài)零序電流助增裝置，該裝置還與電壓互感器連接，電壓互感器則與母線連接；助增裝置由電力電容器組、投切開關(guān)和控制裝置組成，控制裝置監(jiān)測配電系統(tǒng)是否發(fā)生單相接地故障，電力電容器組則對(duì)接地電流進(jìn)行助增，并由控制裝置通過投切開關(guān)控制電力電容器組的投切。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)態(tài)零序電流助增裝置，其特征是所述電力電容器組包括在母線的每一相上設(shè)置的至少一個(gè)電容器，它們構(gòu)成電容器組，每個(gè)電容器的一端分別與各自的投切開關(guān)串聯(lián)，另一端接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)態(tài)零序電流助增裝置，其特征是所述控制裝置由三相電壓、零序電壓采集裝置、單相接地故障判斷裝置和開關(guān)投切驅(qū)動(dòng)裝置組成，監(jiān)測配電系統(tǒng)三相電壓和零序電壓并判斷系統(tǒng)是否發(fā)生單相接地故障，從而控制電力電容器的投切；其中，三相電壓、零序電壓采集裝置由電壓變送器、RC低通濾波、由運(yùn)算放大器構(gòu)成的預(yù)處理電路和A/D轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成；單相接地故障判斷裝置由AT89C52單片機(jī)構(gòu)成；開關(guān)投切驅(qū)動(dòng)裝置由繼電器驅(qū)動(dòng)電路和控制繼電器構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)態(tài)零序電流助增裝置，其特征是所述各投切開關(guān)組成一組控制開關(guān)，它們接在母線與各自相應(yīng)的電容器之間，根據(jù)控制裝置的命令投切電力電容器組。
5.一種采用權(quán)利要求1所述穩(wěn)態(tài)零序電流助增裝置的助增方法，其特征是它的方法為，(1)配電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，投切開關(guān)斷開，電力電容器組不投入，控制裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測母線電壓和系統(tǒng)零序電壓，并判斷系統(tǒng)是否發(fā)生單相接地故障；(2)若沒有單相接地故障發(fā)生，重復(fù)步驟(1)；若有，立即將投切開關(guān)閉合，把電力電容器組投入故障系統(tǒng)，以增大故障零序電流；(3)繼續(xù)監(jiān)測母線電壓和系統(tǒng)零序電壓，并判斷單相接地故障是否存在；(4)若故障依然存在，繼續(xù)進(jìn)行步驟(3)的操作；(5)若故障已解除，將投切開關(guān)斷開，把電力電容器組從系統(tǒng)中切除；(6)然后返回到步驟(1)重新進(jìn)行上述操作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種穩(wěn)態(tài)零序電流助增裝置及方法。它解決了目前對(duì)于利用故障信號(hào)穩(wěn)態(tài)分量選線和定位的方法存在系統(tǒng)自身故障電氣量幅值偏小不易檢測的缺陷，具有在電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，瞬間放大故障信號(hào)穩(wěn)態(tài)分量，使基于單相接地故障穩(wěn)態(tài)量的選線定位裝置準(zhǔn)確動(dòng)作，達(dá)到定位和選線目的等優(yōu)點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)為它包括被保護(hù)配電系統(tǒng)的母線，所述母線上安裝穩(wěn)態(tài)零序電流助增裝置，該裝置還與電壓互感器連接，電壓互感器則與母線連接；助增裝置由電力電容器組、投切開關(guān)和控制裝置組成，控制裝置監(jiān)測配電系統(tǒng)是否發(fā)生單相接地故障，電力電容器組則對(duì)接地電流進(jìn)行助增，并由控制裝置通過投切開關(guān)控制電力電容器組的投切。
文檔編號(hào)H02H7/26GK101055986SQ20071001572
公開日2007年10月17日 申請(qǐng)日期2007年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月10日
發(fā)明者張慧芬, 高志鵬, 張恩平, 熊敏, 曹方起, 曾慶輝, 王興華 申請(qǐng)人:濟(jì)南大學(xué)