CN104638635A - 电力网中性点有源电阻接地方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电力网中性点接地有源电阻方法。该方法通过在中性点小接地方式电力网的三相母线和地之间装设电力电子换流组件以及相应的检测、控制组件实现，电力网发生单相接地故障时，电力电子换流组件产生电流，使通过接地点的阻性电流接近于某设定值，启动继电保护装置切除故障线路和接地点，避免长时间产生接地电弧，替代中性点接地变压器和接地电阻。

Description

电力网中性点有源电阻接地方法
技术领域
本发明涉及电力技术领域，具体的说涉及一种电网中性点接地有源电阻方法。
背景技术
三相交流电力***中性点，即星形连接的变压器和电机的中性点，与大地之间的电气连接方式，称为电网中性点接地方式。中性点接地方式涉及电网的安全可靠性、经济性，直接影响设备绝缘水平的选择、***过电压水平及继电保护方式、通讯干扰等。
110kV及以上电网一般采用大电流接地方式，即中性点有效接地方式，这样中性点电位固定为地电位，发生单相接地故障时，非故障相电压升高不会超过1.4倍运行相电压；暂态过电压水平也较低；故障电流很大，继电保护能迅速动作于跳闸，切除故障，***设备承受过电压时间较短。在实际运行中，为降低单相接地电流，部分变压器采用不接地方式。
3～66 kV配电网一般采用小电流接地方式，中性点不接地或经过消弧线圈和高阻抗接地的三相***，当某一相发生接地故障时，由于不能构成短路回路，接地故障电流往往比负荷电流小得多，即中性点非有效接地方式。这种方式电网允许带单相接地故障短时运行，供电质量较好。在我国一般认为                                                ***属于小电流接地***电力网，美国和西欧一般把的***归属于小电流接地***。
中性点小电流接地方式主要可分为以下三种：不接地、经消弧线圈接地及经电阻接地。我国电气设备设计规范中规定35kV电网如果单相接地电容电流大于10A，3kV～10kV电网如果接地电容电流大于30A，都需要采用中性点经消弧线圈接地方式。随着供电网络的发展，特别是采用电缆线路的用户日益增加，使得***单相接地电容电流不断增加，导致电网内单相接地故障发展为事故的可能性增加。为了避免单相接地故障扩大，配电网采用中性点经电阻接地方式，配合继电保护快速切除故障线路日渐增多，我国《城市电网规划设计导则》（施行）第59条中规定“35kV、10kV城网，当电缆线路较长、***电容电流较大时，也可以采用电阻方式”。 
中性点经电阻接地是在电网中性点与大地之间串联接入电阻器，当发生单相接地故障时，线路接地点产生较大的零序电流，零序保护作用于跳闸，切除故障线路及故障点，快速恢复***正常运行状态。适当选择接地电阻器的阻值，可以泄放单相接地电弧后半波的能量，减少电弧重燃的可能性，抑制电网过电压，提高继电保护装置的灵敏度，从而有效保护***正常运行。这种接地方式使线路的跳闸次数增加，影响用户的正常供电，用户供电的可靠性下降，但在具有备用电源特别是以电缆供电的电网中，可保证整个电网的可靠运行，应用日益广泛，特别是欧洲和中国的工业园区。
中性点电阻接地***一般采用星形或曲折星形接法的接地变压器接入电网，电阻器接入接地变压器中性点，电阻器需要短时承受接地故障的电压电流，应具有相应的容量和散热元件，电阻箱需要专门设计制造。
发明内容
本发明提供一种适用于3～66kV电力网、易于实现的电力电子技术，可实现电力网单相接地故障快速提供接地点恒定阻性电流的先进方法，替代现有中性点电阻接地技术。在电力网发生单相接地故障后可以快速提供接地点阻性电流，并保持电流恒定，从而快速启动继电保护跳闸，切除故障线路，以减少电弧燃烧时间限制***过电压。
本发明解决技术问题所采取的技术方案是：在中性点不接地的电力网的三相母线和接地网之间设置三相四桥臂电力电子换流组件以及相应的检测组件、控制组件来实现接地点阻性电流的产生。
本发明的一种电力网中性点有源电阻接地方法具体包括以下内容：检测组件监测电力网电压电流变化，当判断电力网发生单相接地故障时，控制电力电子换流组件对故障相和地之间输出恒定阻性电流,提供接地点阻性电流，从而使继电保护装置启动跳闸，切除故障线路和接地点，替代中性点接地变压器和接地电阻。相当于在接地相与地之间增加交流恒流源，恒流源能量来源于电力网。
与现有技术相比本发明方法的有益效果是：
1、发挥电力电子组件调整快速的特点，快速提供接地阻性电流。
2、通过接地点电流反馈，使通过接地点的电流接近恒定，恒定的接地电流会使该线路继电保护灵敏度提高，保证继电保护正确动作。
3、静止电力电子设备可靠性较高，安装简单，易模块化。
4、降低损耗，提高设备利用率。
附图说明
图1为电力网有源电阻接地方法的原理图。
图2为电力网有源电阻接地方法的电路图。
图3为电力网有源电阻接地方法的等效图。
图4为电力网有源电阻接地方法的控制图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
本发明的电力网中性点有源电阻接地方法，可以应用在3～66kV电力网,用来提供单相接地故障后接地点的恒定阻性电流, 实现快速切除故障线路的功能。
其具体实现过程为：
1．确定有源电阻电路结构
由于提供3～66kV电力网中对地阻性电流需要产生对接地网的零序电流，且电流的幅值、相位、频率要求一定范围内可调。本发明方法中，三相四桥臂结构电力电子换流组件共用直流母线，四个桥臂输出端分别接三相母线和接地网，电力电子换流器件选用高频全控型器件。
（1）电力电子换流组件
在本发明中，所述的三相四桥臂电力电子换流组件应当选择高频全控型器件。可选择的高频全控型器件包括IGBT、IGCT、GTO、MOSFET等器件。
如图2所示，以电压型全控器件IGBT组成换流组件为例，该组件可以产生任意波形的电流，可实现需要工频恒定电流，以补偿电弧电阻和***电压的不稳定性。
三相四桥臂电力电子换流组件的容量应满足接地阻性电流大小的要求，一般在10～1000A之间选择，具体容量取决于继电保护***的配置和灵敏度要求。
（2）单相接地时有源电阻接地原理
如图3所示，以A相线路金属性接地为例，检测组件检测到A相电压为零，控制组件发出指令，控制A相及接地桥臂逆变，B、C两相桥臂整流运行，产生A相对地阻性工频电流，逆变能量取自电网，通过B、C两相桥臂提供给直流母线。
如图1所示，A相及接地桥臂可等效为恒流源，使通过A相接地点的电流接近于某一设定值。
2．电力网状态识别
电力网电容电流有源补偿设备在工作时，实时监测电网三相电压、电流，根据电压电流变化判断电网状态。
电力网正常运行时，由于三相对地参数不平衡，如三相线路不换位或换位不完全等，引起的***三相对地电压不平衡状态会同时伴随零序电压出现，且电压不平衡度在***内基本相同。而由***不对称负荷等引起的不平衡无功电流产生的不平衡电压不会伴随零序电压出现。
单相接地故障时，根据故障点过渡电阻不同，电力网中性点电压（零序电压）在0到相电压之间变化。
根据上述电压电流特征，可以识别***所处状态。
3．确定有源接地电阻的控制过程
本发明内容需要控制阻性电流恒定，控制部分需要增加零序电压检测及反馈控制元件，开发新的检测控制算法。
如图4所示的一种控制方案，以A相接地说明有源接地控制原理。
母线电压互感器1接于***母线9，三相桥臂11、12、13接于母线9，接地桥臂10接接地网0。定值输入单元5可以根据零序电流保护定值设定接地电流值。
电力网接地检测组件2通过电压互感器1提供的三相电压判断***正常、PT断线或单相接地，电网正常时自动复归，PT断线报警后人工复归。当检测到单相接地后，发送报警信号，接地选相和电压合成单元4合成接地相电压Uan为逆变接地电流提供相位角，接地桥臂10与接地网0之间加入接地电流互感器8检测接地反馈电流，定值输入单元5设定接地电流值，以上三种信号通过比较器6控制PWM调制器7输出驱动脉冲控制四个桥臂10、11、12和13运行。同时，接地选相和电压合成单元4选出故障相提供选相信号，闭锁B相桥臂12和C相桥臂13驱动脉冲，B相和C相桥臂形成全桥整流，直接从电网提供直流母线电源；驱动A相桥臂11和接地桥臂10组成全桥逆变，提供故障点阻性电流。通过比较器6加入反馈电流，克服故障点接地电阻影响，保证接地电流恒定，提高零序保护动作正确率。
图4中，电流波形为理想的补偿工频电容电流，以A相电压相位为基准相位。
如果其它相接地，通过单元4提供不同的接地相电压和选相输出，可以方便的控制不同的相桥臂输出电阻性接地电流。

Claims (9)

1.一种电力网中性点有源电阻接地方法，其特征在于，在电力网的三相母线和大地之间装设三相四桥臂电力电子换流组件以及相应的检测、控制组件来产生接地点阻性电流，提供零序保护启动电流。
2.按照权利要求1所述的电力网中性点有源电阻接地方法，其特征在于，当判断电力网发生单相接地故障时，通过控制电力电子换流组件对故障相和地之间输出恒定阻性电流,替代中性点接地变压器和接地电阻。
3.按照权利要求2所述的电力网中性点有源电阻接地方法，其特征在于，具体实现过程为：检测电力网电压电流变化，当判断电力网发生单相接地故障时，控制电力电子组件产生预设的阻性电流提供给接地点，使通过接地点的电流接近恒定，从而使零序继电保护装置启动跳闸，快速切除故障线路和接地点。
4.按照权利要求1、2或3所述的电力网中性点有源电阻接地方法，其特征在于，所述的三相四桥臂电力电子换流组件共用直流母线，四个桥臂分别接三相母线和接地网。
5.按照权利要求4所述的电力网中性点有源电阻接地方法，其特征在于，所述的电力电子换流器件选用高频全控型器件。
6.按照权利要求5所述的电力网中性点有源电阻接地方法，其特征在于，所述的三相四桥臂电力电子换流组件的容量满足接地点跳闸电流的要求。
7.按照权利要求5所述的电力网中性点有源电阻接地方法，其特征在于，实现有源电阻接地的原理为：以A相线路金属性接地为例，检测组件检测到A相电压为零，控制组件发出指令，控制A相及接地桥臂逆变，B、C两相桥臂整流运行，产生A相对地阻性工频电流，逆变能量取自电网，通过B、C两相桥臂提供给直流母线。
8.按照权利要求5所述的电力网中性点有源电阻接地方法，其特征在于，所述的有源电阻接地方法的一种控制方案为：
母线电压互感器（1）接于***母线（9），三相桥臂（11）、（12）、（13）接于母线（9），接地桥臂（10）接接地网（0）；定值输入单元（5）根据零序电流保护定值设定接地电流值；
电力网接地检测组件（2）通过电压互感器（1）提供的三相电压判断***正常、PT断线或单相接地，电网正常时自动复归，PT断线报警后人工复归；当检测到单相接地后，发送报警信号，接地选相和电压合成单元（4）合成接地相电压Uan为逆变接地电流提供相位角，接地桥臂（10）与接地网（0）之间加入接地电流互感器（8）检测接地反馈电流，定值输入单元（5）设定接地电流值；以上三种信号通过比较器（6）控制PWM调制器（7）输出驱动脉冲控制四个桥臂（10）、（11）、（12）和（13）运行；同时，接地选相和电压合成单元（4）选出故障相提供选相信号，闭锁B相桥臂（12）和C相桥臂（13）驱动脉冲，B相和C相桥臂形成全桥整流，从电网直接提供直流母线电源；驱动A相桥臂（11）和接地桥臂（10）组成全桥逆变，提供故障点阻性电流；通过比较器（6）加入反馈电流，克服故障点接地电阻影响，保证接地电流恒定，提高零序保护动作正确率。
9.按照权利要求1所述的电力网中性点有源电阻接地方法，其特征在于，所述的电力网是指3～66kV电力网。
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