專利名稱：電力輸配電系統(tǒng)過電壓限制及小電流接地選線綜合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電力輸配電系統(tǒng)配套裝置，特別涉及電力輸配電系統(tǒng)過電壓限制及接地選線的裝置，具體為電力輸配電系統(tǒng)過電壓限制及小電流接地選線綜合裝置。
背景技術(shù)：
電力輸配電系統(tǒng)，尤其是高壓電力輸配電系統(tǒng)(3-35KV)大都采用中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)。中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)中，除雷電過電壓外，由單相電弧接地及系統(tǒng)諧振引起的過電壓最為頻繁，并且這類過電壓有較高的幅值和較長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間，如果該類過電壓不能進(jìn)行有效的限制，將會(huì)對(duì)該類電網(wǎng)的供用電設(shè)備產(chǎn)生積累性損傷，并且可能在外絕緣薄弱點(diǎn)造成對(duì)地發(fā)生擊穿或相間閃絡(luò)，從而引發(fā)短路事故等。
目前，限制弧光接地過電壓的主要措施仍是將電網(wǎng)的中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地。但消弧線圈并不能消除間歇性電弧接地過電壓，也不能限制過電壓的幅值，甚至在某些情況下，因消弧線圈的存在，電弧重燃可能在恢復(fù)電壓最大這一最不利時(shí)刻才發(fā)生，使弧光接地過電壓升高。消弧線圈不能補(bǔ)償接地電流中的高頻分量和有功分量，高頻性的間歇電弧接地仍然存在；在有功分量大于一定值時(shí)，故障點(diǎn)接地電弧同樣不能自熄。消弧線圈對(duì)限制諧振引起的過電壓不起任何作用，而且在斷線或高壓側(cè)出現(xiàn)零序電壓和零序電流時(shí)極有可能引發(fā)鐵磁諧振。實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)也證明，在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的3～35kv配電網(wǎng)中，由電弧和諧振引發(fā)的事故仍時(shí)有發(fā)生。
專利號(hào)為99229228.x的中國專利公開了一種“三相電力電網(wǎng)非直接接地系統(tǒng)過電壓限制器”。其采取了將間歇性電弧接地轉(zhuǎn)變?yōu)槟妇€金屬性直接接地的消弧措施，但該過電壓限制器在母線接地和斷開的瞬間造成對(duì)系統(tǒng)的沖擊，特別是斷開接地母線瞬間產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓，使在絕緣水平下降由過電壓沖擊引起的單相間歇電弧接地仍然可能再次發(fā)生，而且在接地?cái)嚅_后，健全相對(duì)地電容上多余的存儲(chǔ)電荷將通過互感器的繞組放電，造成繞組的瞬間磁飽和，仍會(huì)激發(fā)鐵磁諧振。
電氣設(shè)備總是具有電感或電容屬性。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行操作或發(fā)生故障時(shí)，這些電感、電容元件形成振蕩回路，產(chǎn)生諧振，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的諧振過電壓，危及電氣設(shè)備絕緣，諧振持續(xù)的過電流甚至燒毀小容量電感元件設(shè)備，其持續(xù)特性造成選擇過電壓保護(hù)措施困難。
目前國外(國內(nèi)也有少數(shù)地區(qū)開始采用)對(duì)此類電網(wǎng)采取中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地來抑制這兩種過電壓，但這種系統(tǒng)在發(fā)生單相接地時(shí)，不論單相接地故障是瞬間的、還是永久性的，都直接將故障接地線路切除，而電力系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，單相接地故障絕大多數(shù)是瞬間的，特別是架空線路構(gòu)成的電網(wǎng)，這樣必然造成停電事故的急劇增多，明顯降低了供電可靠性。
中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)存在的另一個(gè)問題是接地保護(hù)選擇性差，現(xiàn)有的小電流選線裝置一般是采用比較零序電流的幅值和相位的方法進(jìn)行選線，在零序電流較小時(shí)準(zhǔn)確性不高，特別是經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，在饋線長(zhǎng)度相差很大的情況下，其誤判率更高。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和問題，提供一種電力輸配電系統(tǒng)過電壓限制及小電流接地選線綜合裝置，并只以提供該裝置的硬件結(jié)構(gòu)為目的。該裝置使中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)，在各種運(yùn)行方式下，均能有效的限制單相間歇性電弧接地及諧振引起的過電壓，對(duì)永久性的單相金屬性接地，無論系統(tǒng)電容電流的大小，均能準(zhǔn)確的選線。
本實(shí)用新型是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的電力輸配電系統(tǒng)過電壓限制及小電流接地選線綜合裝置，包含由控制器WZK控制其帶電、失電狀態(tài)的單相高壓真空開關(guān)，單相高壓真空開關(guān)為四個(gè)，四個(gè)單相高壓真空開關(guān)的常開觸點(diǎn)呈星型連接，其中三個(gè)端頭分別接于系統(tǒng)三相母線之上，另外一端接在大地；四個(gè)單相高壓真空開關(guān)的常開觸點(diǎn)兩端分別并聯(lián)有高能非線性電阻。接在系統(tǒng)母線上的三個(gè)常開觸點(diǎn)并聯(lián)的高能非線性電阻的保護(hù)動(dòng)作值相同，與一端接地的常開觸點(diǎn)并聯(lián)的高能非線性電阻保護(hù)動(dòng)作值較低。所述高能非線性電阻為高能氧化鋅材料組成的大功率電阻。當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生由于真空斷路器操作引起的操作過電壓時(shí)，四個(gè)高壓真空開關(guān)的常開觸點(diǎn)不動(dòng)作，四只高能非線性電阻組成一個(gè)星型連接的高能量的過電壓保護(hù)器，將會(huì)對(duì)由于真空開關(guān)操作引起的過電壓進(jìn)行限制；在發(fā)生間歇電弧接地過電壓時(shí)，通過閉合故障相的高壓真空開關(guān)的常開觸點(diǎn)，使故障相直接接入接地相的高能非線性電阻，通過接地相的高能非線性電阻泄放接地引起的電磁能量、限制接地相的恢復(fù)電壓，故障點(diǎn)因恢復(fù)電壓被限制得較低電弧不能重燃而消??；在發(fā)生穩(wěn)定性電弧接地過電壓時(shí)，通過閉合故障相及接地相的高壓真空開關(guān)的常開觸點(diǎn)，使故障相轉(zhuǎn)變成金屬性接地，從而限制接地相的恢復(fù)電壓，消除弧光接地故障。在系統(tǒng)發(fā)生單相金屬性接地故障時(shí)，通過閉合任一健全相的高壓真空開關(guān)，人為增加系統(tǒng)的故障電流，使接地點(diǎn)的故障電流大大增大，從而使微機(jī)控制器能夠準(zhǔn)確地選出故障線路。
像現(xiàn)有的過電壓限制器一樣，本實(shí)用新型所述的綜合裝置也包含連接于三相母線與控制器輸入端之間的電壓互感器，用于采集系統(tǒng)的電壓信號(hào)作為控制器的輸入信號(hào)，而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。電壓互感器的二次邊帶有輔助繞組，并將輔助繞組連接成開口三角繞組，開口三角繞組連接到控制器的信號(hào)輸入端，主要用來完成對(duì)系統(tǒng)電壓的監(jiān)測(cè)；在系統(tǒng)發(fā)生諧振故障時(shí)，通過控制器輸出節(jié)點(diǎn)，瞬間短接電壓互感器的開口三角繞組，破壞系統(tǒng)的諧振參數(shù)，消除諧振。
所述的控制器WZK的作用，是以電壓互感器采集的系統(tǒng)電壓作為輸入信號(hào)，相應(yīng)地控制各高壓真空開關(guān)動(dòng)作，來達(dá)到過電壓限制和接地選線的目的。實(shí)現(xiàn)該功能的控制器的結(jié)構(gòu)是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知且容易實(shí)現(xiàn)的。如可采用各種邏輯電路構(gòu)成，也可以單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。
本實(shí)用新型所述的綜合裝置能夠有效的抑制3～35kv中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)單相間歇電弧接地及諧振引起的過電壓，能夠確保分支線路單相接地時(shí)準(zhǔn)確選線，其消弧和選線的機(jī)理與電網(wǎng)電容電流的大小無關(guān)，因而不受電網(wǎng)運(yùn)行方式的改變和電網(wǎng)擴(kuò)大的影響，大網(wǎng)小網(wǎng)均可使用，整個(gè)裝置可組成一臺(tái)高壓柜，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，安裝、調(diào)試方便，價(jià)格低廉，使用安全，可廣泛用于3～35kv變電站和發(fā)電廠的高壓廠用系統(tǒng)，原裝有消弧線圈的系統(tǒng)同樣可用。


圖1為本實(shí)用新型所述綜合裝置的電路原理圖；圖2為電壓互感器的具體接線電路原理圖；具體實(shí)施方式
電力輸配電系統(tǒng)過電壓限制及小電流接地選線綜合裝置，包含由控制器WZK控制其帶電、失電狀態(tài)的單相高壓真空開關(guān)，單相高壓真空開關(guān)為四個(gè)，四個(gè)單相高壓真空開關(guān)的常開觸點(diǎn)KA、KB、KC、KD呈星型連接，其中三個(gè)端頭分別接于系統(tǒng)三相母線之上，另外一端接在大地；四個(gè)單相高壓真空開關(guān)的常開觸點(diǎn)KA、KB、KC、KD兩端分別并聯(lián)有高能非線性電阻RA、RB、RC、RD。還包含連接于三相母線與控制器WZK輸入端之間的電壓互感器TV，電壓互感器的二次邊帶有輔助繞組，并將輔助繞組連接成開口三角繞組，開口三角繞組連接到控制器WZK的信號(hào)輸入端。所述的電壓互感器TV由三臺(tái)單相電壓互感器構(gòu)成，三只單相電壓互感器的一次和二次邊均采用星型連接，將二次邊的三相輔助繞組三角形連接但不閉合而形成開口三角繞組；該電壓互感器的特點(diǎn)是線性范圍寬、相移小，即使在系統(tǒng)發(fā)生最嚴(yán)重的弧光接地過電壓時(shí)，也能保證其輸出信號(hào)的幅值和相位的準(zhǔn)確性。控制器WZK采用以單片機(jī)為核心的硬件結(jié)構(gòu)(輔以精心設(shè)計(jì)的軟件)；裝置還包含高壓隔離開關(guān)QS1，作為本裝置與電力系統(tǒng)連接的主要部件，可通過該元件實(shí)現(xiàn)本裝置與系統(tǒng)的通斷；還包含高壓熔斷器2，作為本裝置的后備保護(hù)單元，主要用來保護(hù)電壓互感器的安全運(yùn)行；還包含快速熔斷器5，作為本裝置的主要后備保護(hù)單元，特點(diǎn)在于開斷時(shí)間短(＜2ms)，開斷容量大(＞63KA)，主要用來防止裝置的內(nèi)部短路故障。
工作時(shí)，由電壓互感器提供動(dòng)作信號(hào)，完成對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。單片機(jī)控制器在相應(yīng)軟件支持下，根據(jù)電壓互感器提供的三相電壓Ua、Ub、Uc及零序電壓Uz瞬時(shí)值的變化進(jìn)行判斷(Un為共公接線端)，并根據(jù)判斷的結(jié)果，發(fā)出相應(yīng)的指令，令四只高壓真空開關(guān)動(dòng)作。若是由于真空開關(guān)操作引起的操作過電壓，單片機(jī)控制器不會(huì)發(fā)出任何指令；在發(fā)生間歇電弧接地過電壓時(shí)，通過閉合故障相的高壓真空開關(guān)的常開觸點(diǎn)KA或KB或KC，使故障相接入動(dòng)作值較低的高能非線性電阻RD，泄放接地引起的電磁能量，限制接地相的恢復(fù)電壓，故障點(diǎn)因恢復(fù)電壓被限制得較低，電弧不能重燃而消弧。在發(fā)生穩(wěn)定性電弧接地過電壓時(shí)，通過閉合故障相的高壓真空開關(guān)的常開觸點(diǎn)KA或KB或KC及接地相的高壓真空開關(guān)的常開觸點(diǎn)KD，使故障相轉(zhuǎn)變成金屬性接地，從而限制接地相的恢復(fù)電壓，消除弧光接地故障；在系統(tǒng)發(fā)生諧振故障時(shí)，通過裝置的單片機(jī)控制器輸出節(jié)點(diǎn)KG，瞬間短接裝置中的電壓互感器的開口三角繞組(附圖2)，破壞系統(tǒng)的諧振參數(shù)，消除諧振；在系統(tǒng)發(fā)生單相金屬性接地故障時(shí)，通過閉合任一健全相的高壓真空開關(guān)(假如是A相發(fā)生接地，閉合B相或者C相的真空開關(guān))，這時(shí)系統(tǒng)變成了兩相短路故障，系統(tǒng)的故障電流將大大增大，人為增加系統(tǒng)的故障電流，使接地點(diǎn)的故障電流大大增大，在整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中，只有故障線路的電流最大，從而使微機(jī)控制器能夠準(zhǔn)確地選出故障線路。由于兩相線路是通過非線性電阻RD短接的，由于非線性電阻RD具有限流特性，所以不需考慮系統(tǒng)的安全運(yùn)行問題。
權(quán)利要求1.一種電力輸配電系統(tǒng)過電壓限制及小電流接地選線綜合裝置，包含由控制器(WZK)控制其帶電、失電狀態(tài)的單相高壓真空開關(guān)，其特征為單相高壓真空開關(guān)為四個(gè)，四個(gè)單相高壓真空開關(guān)的常開觸點(diǎn)(KA、KB、KC、KD)呈星型連接，其中三個(gè)端頭分別接于系統(tǒng)三相母線之上，另外一端接在大地；四個(gè)單相高壓真空開關(guān)的常開觸點(diǎn)(KA、KB、KC、KD)兩端分別并聯(lián)有高能非線性電阻(RA、RB、RC、RD)。
2.如權(quán)利要求1所述的電力輸配電系統(tǒng)過電壓限制及小電流接地選線綜合裝置，其特征為還包含連接于三相母線與控制器(WZK)輸入端之間的電壓互感器(TV)，電壓互感器的二次邊帶有輔助繞組，并將輔助繞組連接成開口三角繞組，開口三角繞組連接到控制器(WZK)的信號(hào)輸入端。
3.如權(quán)利要求2所述的電力輸配電系統(tǒng)過電壓限制及小電流接地選線綜合裝置，其特征為電壓互感器(TV)由三臺(tái)單相電壓互感器構(gòu)成，三只單相電壓互感器的一次和二次邊均采用星型連接，將二次邊的三相輔助繞組三角形連接但不閉合而形成開口三角繞組。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的電力輸配電系統(tǒng)過電壓限制及小電流接地選線綜合裝置，其特征為控制器(WZK)采用以單片機(jī)為核心的硬件結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實(shí)用新型為電力輸配電系統(tǒng)過電壓限制及小電流接地選線綜合裝置，涉及電力輸配電系統(tǒng)配套裝置。該電力輸配電系統(tǒng)過電壓限制及小電流接地選線綜合裝置包含由控制器WZK控制其帶電、失電狀態(tài)的單相高壓真空開關(guān)，單相高壓真空開關(guān)為四個(gè)，四個(gè)單相高壓真空開關(guān)的常開觸點(diǎn)呈星型連接，其中三個(gè)端頭分別接于系統(tǒng)三相母線之上，另外一端接在大地；四個(gè)單相高壓真空開關(guān)的常開觸點(diǎn)兩端分別并聯(lián)有高能非線性電阻。本實(shí)用新型所述的綜合裝置能夠有效的抑制3～35kv中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)單相間歇電弧接地及諧振引起的過電壓，能夠確保分支線路單相接地時(shí)準(zhǔn)確選線，可廣泛用于3～35kv變電站和發(fā)電廠的高壓廠用系統(tǒng)，原裝有消弧線圈的系統(tǒng)同樣可用。
文檔編號(hào)H02H9/08GK2884641SQ200620024059
公開日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2006年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月8日
發(fā)明者張樹仁 申請(qǐng)人:張樹仁