CN110148931B - 消弧线圈并联低电阻接地装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种消弧线圈并联低电阻接地装置及控制方法，该装置包括：消弧线圈装置、接地变压器、低电阻接地电阻器、低电阻投切开关及控制器；接地变压器的三相输入端接入电网，接地变压器的输出端与消弧线圈装置的输入端、低电阻投切开关的第一端连接；低电阻投切开关的第二端与低电阻接地电阻器的第一端连接；消弧线圈装置的输出端、低电阻接地电阻器的第二端接地；控制器与低电阻投切开关的控制端连接，用于识别故障点过渡电阻及过渡电阻，并根据故障点过渡电阻与临界过渡电阻控制低电阻接地电阻器的投切、控制消弧线圈补偿；通过识别故障点过渡电阻，控制低电阻接地电阻器是否再次投切，能够实现多次投切低电阻功能，满足实际故障工况要求。

Description

消弧线圈并联低电阻接地装置及控制方法
技术领域
本发明涉及消弧线圈并联低电阻接地技术领域，尤其涉及一种消弧线圈并联低电阻接地装置及控制方法。
背景技术
在电力***中，中性点接地方式是根据电网设备的绝缘水平、电容电流的大小来选择的。对于以架空线为主的配电网，一般采用中性点经消弧线圈接地方式；对于以电缆线路为主的城市配电网，单相接地故障电容电流较大的，多采用中性点经小电阻接地方式。但是，中性点经消弧线圈接地方式给永久性故障选线带来一定的困难，难以快速、准确地切除故障；中性点经小电阻接地方式无法区分瞬时接地故障与永久性接地故障，对所有单相接地均启动线路跳闸，增加了线路跳闸次数，影响了供电可靠性。采用消弧线圈并联小电阻的灵活接地方式可以结合消弧线圈消除瞬时性故障、小电阻快速隔离永久故障二者的优点，解决各自存在的问题，大大提高配电网的供电安全性和可靠性。目前消弧线圈并联小电阻的灵活接地控制装置已研制成功，已经在全国范围内普遍试用，取得了良好效果。
但是，目前，消弧线圈并联低电阻接地装置的工作原理还存在一定不足，主要是如果低电阻接地电阻器投入后故障未消失，则消弧线圈会继续补偿一定时间(一般＜2h)，而补偿时间范围内如果故障点范围扩大或故障点接地过渡电阻降低时，消弧线圈并联低电阻接地装置并不会再次投入低电阻接地电阻器隔离故障，无法处理实际故障工况。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种消弧线圈并联低电阻接地装置及控制方法，其能够实现多次投切低电阻功能，满足实际故障工况要求。
第一方面，本发明实施例提供了一种消弧线圈并联低电阻接地装置，包括：消弧线圈装置、接地变压器、低电阻接地电阻器、低电阻投切开关以及控制器；所述接地变压器的三相输入端用于接入电网，所述接地变压器的输出端与所述消弧线圈装置的输入端、所述低电阻投切开关的第一端连接；所述低电阻投切开关的第二端与所述低电阻接地电阻器的第一端连接；所述消弧线圈装置的输出端、所述低电阻接地电阻器的第二端接地；所述控制器与所述低电阻投切开关的控制端连接，用于识别故障点过渡电阻以及临界过渡电阻，并根据所述故障点过渡电阻与所述临界过渡电阻控制所述低电阻接地电阻器的投、切以及控制消弧线圈进行补偿。
优选地，所述接地变压器为Y型接线的三绕组变压器，其中，所述接地变压器的中性点与所述消弧线圈装置的输入端连接。
优选地，所述消弧线圈并联低电阻接地装置还包括与所述控制器连接的第一电压互感器、第二电压互感器；所述第一电压互感器用于接入电网母线，用于测量单相接地故障相的相电压；所述第二电压互感器接在所述接地变压器的中性点与所述消弧线圈装置的输入端之间，用于检测所述接地变压器的中性点处的电压。
优选地，所述消弧线圈并联低电阻接地装置还包括与所述控制器连接的电流互感器，所述电流互感器连接在所述消弧线圈装置的支路上，用于检测所述消弧线圈装置补偿时的补偿电流。
相对于现有技术，本发明实施例的有益效果在于：
所述消弧线圈并联低电阻接地装置，包括：消弧线圈装置、接地变压器、低电阻接地电阻器、低电阻投切开关以及控制器；所述接地变压器的三相输入端用于接入电网，所述接地变压器的输出端与所述消弧线圈装置的输入端、所述低电阻投切开关的第一端连接；所述低电阻投切开关的第二端与所述低电阻接地电阻器的第一端连接；所述消弧线圈装置的输出端、所述低电阻接地电阻器的第二端接地；所述控制器与所述低电阻投切开关的控制端连接，用于识别故障点过渡电阻以及过渡电阻控制，并根据所述故障点过渡电阻以及所述临界过渡电阻控制所述低电阻接地电阻器的投、切；通过识别出的故障点过渡电阻以及过渡电阻，控制所述低电阻接地电阻器是否再次投切，能够实现多次投切低电阻功能，满足实际故障工况要求。
第二方面，本发明实施例提供了一种消弧线圈并联低电阻接地装置的控制方法，采用如第一方面任一项所述的消弧线圈并联低电阻接地装置，包括以下步骤：
控制器控制低电阻接地电阻器投切；
获取所述低电阻接地电阻器投入后第一电压互感器检测到的相电压、第二电压互感器检测到的中性点处电压，消弧线圈装置检测到的电网出线的对地电容；
获取所述低电阻接地电阻器退出后电流互感器检测到的补偿电流；
根据所述相电压、中性点处电压、补偿电流以及对地电容，计算故障点过渡电阻；
根据预设的线路零序保护整定值、中性点处电压、补偿电流以及所述对地电容，计算临界过渡电阻；
根据所述故障点过渡电阻以及所述临界过渡电阻，判断是否再次投切所述低电阻接地电阻器；
当所述过渡电阻不大于所述临界过渡电阻时，控制所述低电阻接地电阻器再次投切。
优选地，所述根据所述相电压、中性点处电压、补偿电流以及对地电容，计算故障点过渡电阻，具体包括：
根据所述中性点处电压、补偿电流，计算消弧线圈电感；
根据所述中性点处电压、补偿电流、对地电容，计算消弧线圈补偿期间的故障线路零序电流；
根据所述相电压、消弧线圈电感、故障线路零序电流、对地电容，计算故障点过渡电阻。
优选地，所述根据预设的线路零序保护整定值、中性点处电压、补偿电流以及所述对地电容，计算临界过渡电阻，具体包括：
根据公式(1)，计算临界过渡电阻；
Figure BDA0002085547340000041
其中，w＝2πf＝314rad/s，L为消弧线圈电感，C为所述对地电容，R为所述低电阻接地电阻器的阻值，Iz为预设的线路零序保护整定值，Ux为所述相电压。
优选地，所述根据所述中性点处电压、补偿电流，计算消弧线圈电感，具体包括：
根据公式(2)，计算消弧线圈电感；
Figure BDA0002085547340000042
其中，U0为中性点处电压，IL为补偿电流。
优选地，所述根据所述中性点处电压、补偿电流、对地电容，计算消弧线圈补偿期间的故障线路零序电流，具体包括：
根据公式(3)，计算消弧线圈补偿期间的故障线路零序电流。
Figure BDA0002085547340000043
优选地，所述根据所述相电压、消弧线圈电感、故障线路零序电流、对地电容，计算故障点过渡电阻，具体包括：
根据公式(4)，计算故障点过渡电阻。
Figure BDA0002085547340000044
相对于现有技术，本发明实施例的有益效果在于：
所述消弧线圈并联低电阻接地装置的控制方法，通过在所述低电阻接地电阻器投入并退出后，监测故障点过渡电阻Rf，并当故障点过渡电阻Rf≤临界过渡电阻Rz，则装置再次投入低电阻接地电阻器，以切除故障线路；当故障点过渡电阻Rf＞临界过渡电阻Rz，则装置不投入低电阻接地电阻器，保持在消弧线圈补偿状态，能够避免在补偿时间范围内因故障点范围扩大或故障点接地过渡电阻降低时，传统消弧线圈并联低电阻接地装置并不会再次投入低电阻接地电阻器隔离故障的问题，能有效切除故障线路。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明第一实施例提供的消弧线圈并联低电阻接地装置的电路示意图；
图2是本发明第二实施例提供的消弧线圈并联低电阻接地装置的控制方法的流程图；
图3是线路故障示意图；
图4是低电阻接地电阻器投入后单相接地故障等效电路图；
图5是低电阻接地电阻器退出后单相接地故障等效电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1，本发明第一实施例提供了一种消弧线圈并联低电阻接地装置，包括：消弧线圈装置L、接地变压器1、低电阻接地电阻器R、低电阻投切开关K以及控制器2；所述接地变压器1的三相输入端用于接入电网，所述接地变压器1的输出端与所述消弧线圈装置L的输入端、所述低电阻投切开关的第一端连接；所述低电阻投切开关的第二端与所述低电阻接地电阻器R的第一端连接；所述消弧线圈装置L的输出端、所述低电阻接地电阻器R的第二端接地；所述控制器2与所述低电阻投切开关的控制端连接，用于识别故障点过渡电阻以及临界过渡电阻，并根据所述故障点过渡电阻与所述临界过渡电阻控制所述低电阻接地电阻器R的投、切以及控制消弧线圈进行补偿。
在一种可选的实施例中，所述接地变压器1为Y型接线的三绕组变压器，其中，所述接地变压器1的中性点与所述消弧线圈装置L的输入端连接。
在一种可选的实施例中，所述消弧线圈并联低电阻接地装置还包括与所述控制器2连接的第一电压互感器(图中未标识)、第二电压互感器(图中未标识)；所述第一电压互感器用于接入电网母线，用于测量单相接地故障相的相电压；所述第二电压互感器接在所述接地变压器1的中性点与所述消弧线圈装置L的输入端之间，用于检测所述接地变压器1的中性点处的电压。
在一种可选的实施例中，所述消弧线圈并联低电阻接地装置还包括与所述控制器2连接的电流互感器(图中未标识)，所述电流互感器连接在所述消弧线圈装置L的支路上，用于检测所述消弧线圈装置L补偿时的补偿电流。
进一步地，所述消弧线圈并联低电阻接地装置还包括与所述控制器2连接的显示模块(图中未标识)，用于显示故障点过渡电阻监测结果。
本装置在单相接地故障发生后，若低电阻第一次投入后故障未消除，则在后续消弧线圈补偿过程中，装置根据故障点过渡电阻监测结果决定是否再次投入低电阻，进而实现故障动态识别与隔离。所述消弧线圈并联低电阻接地装置的工作原理如下：
所述消弧线圈并联低电阻接地装置启动故障点过渡电阻监测识别功能，若监测到故障点过渡电阻小于或等于临界过渡电阻，则再次投入低电阻接地电阻器R以增大故障点接地电流触发继电保护装置动作，否则，继续保持消弧线圈补偿状态；若故障消失，则退出消弧线圈补偿状态。
相对于现有技术，本发明实施例的有益效果在于：
所述消弧线圈并联低电阻接地装置，包括：消弧线圈装置L、接地变压器1、低电阻接地电阻器R、低电阻投切开关以及控制器2；所述接地变压器1的三相输入端用于接入电网，所述接地变压器1的输出端与所述消弧线圈装置L的输入端、所述低电阻投切开关的第一端连接；所述低电阻投切开关的第二端与所述低电阻接地电阻器R的第一端连接；所述消弧线圈装置L的输出端、所述低电阻接地电阻器R的第二端接地；所述控制器2与所述低电阻投切开关的控制端连接，用于识别故障点过渡电阻以及过渡电阻控制，并根据所述故障点过渡电阻以及所述临界过渡电阻控制所述低电阻接地电阻器R的投、切；控制器2通过获取所述第一电压互感器测量的单相接地故障相的相电压、所述第二电压互感器检测的所述接地变压器1的中性点处的电压、所述电流互感器检测的所述消弧线圈装置L补偿时的补偿电流，识别出的故障点过渡电阻以及过渡电阻，并当故障点过渡电阻小于或等于临界过渡电阻时，控制所述低电阻接地电阻器R是否再次投切，能够实现多次投切低电阻功能，满足实际故障工况要求。
请参阅图2，本发明第二实施例提供了一种消弧线圈并联低电阻接地装置的控制方法，采用如第一方面任一项所述的消弧线圈并联低电阻接地装置，包括以下步骤：
S11：控制器控制低电阻接地电阻器投切；
在本发明实施例中，所述控制器可为电脑、手机、平板电脑、笔记本电脑、工控机或者服务器等计算设备，所述消弧线圈并联低电阻接地装置的控制方法可作为其中一个功能模块集成与所述控制器上，由所述控制器来执行。S12：获取所述低电阻接地电阻器投入后第一电压互感器检测到的相电压、第二电压互感器检测到的中性点处电压，消弧线圈装置检测到的电网出线的对地电容；
S13：获取所述低电阻接地电阻器退出后电流互感器检测到的补偿电流；
S14：根据所述相电压、中性点处电压、补偿电流以及对地电容，计算故障点过渡电阻；
S15：根据预设的线路零序保护整定值、中性点处电压、补偿电流以及所述对地电容，计算临界过渡电阻；
S16：根据所述故障点过渡电阻以及所述临界过渡电阻，判断是否再次投切所述低电阻接地电阻器；
S17：当所述过渡电阻不大于所述临界过渡电阻时，控制所述低电阻接地电阻器再次投切。
在发明实施例中，通过在所述低电阻接地电阻器投入并退出后，监测故障点过渡电阻Rf，并当故障点过渡电阻Rf≤临界过渡电阻Rz，则装置再次投入低电阻接地电阻器，以切除故障线路；当故障点过渡电阻Rf＞临界过渡电阻Rz，则装置不投入低电阻接地电阻器，保持在消弧线圈补偿状态，能够避免在补偿时间范围内因故障点范围扩大或故障点接地过渡电阻降低时，传统消弧线圈并联低电阻接地装置并不会再次投入低电阻接地电阻器隔离故障的问题，能有效切除故障线路。
在一种可选的实施例中，所述根据所述相电压、中性点处电压、补偿电流以及对地电容，计算故障点过渡电阻，具体包括：
根据所述中性点处电压、补偿电流，计算消弧线圈电感；
根据所述中性点处电压、补偿电流、对地电容，计算消弧线圈补偿期间的故障线路零序电流；
根据所述相电压、消弧线圈电感、故障线路零序电流、对地电容，计算故障点过渡电阻。
在对检测故障点过渡电阻的阻值之前，结合图3所示的消弧线圈并联低电阻接地装置下线路发生单相接地故障示意图、图4所示低电阻投入后单相接地故障等效电路图，对低电阻投入隔离故障的原理进行说明：
图3中，U为三相***电源，ASCPLR为消弧线圈并联低电阻接地装置，C为所有出线线路的对地电容，Rf为故障点的过渡等效电阻；当消弧线圈并联低电阻接地装置投入低电阻R后，得到图4所示的低电阻投入后单相接地故障等效电路，图中Ux为发生单相接地故障相的相电压；U0为中性点处的电压；Uf为故障接地点电压。
则根据公式(Ⅰ)可以计算出低电阻投入期间故障线路上的零序电流If为：
Figure BDA0002085547340000091
其中，w＝2πf，一般为314rad/s。假设线路零序保护整定值为Iz,则当If＜Iz时，低电阻接地电阻器投入时并不会隔离故障；由此可以得知要使得低电阻接地电阻器投入后能切除故障线路，则投入低电阻接地电阻器后，故障线路上的零序电流If应大于或等于线路零序保护整定值为Iz。因此可知投入低电阻接地电阻器并隔离故障线路的必要条件是：
Figure BDA0002085547340000092
其中，Rz为对应线路零序保护整定值Iz的临界过渡电阻。因此，若第一次投入低电阻接地电阻器后故障线路未消除，则只需要装置能对接地故障点过渡电阻Rf进行监测识别，当监测到Rf≤Rz时，即可再次投入低电阻接地电阻器，反之则不投入，继续保持消弧线圈补偿状态。
在一种可选的实施例中，所述根据预设的线路零序保护整定值、中性点处电压、补偿电流以及所述对地电容，计算临界过渡电阻，具体包括：
根据公式(1)，计算临界过渡电阻；
Figure BDA0002085547340000093
其中，w＝2πf＝314rad/s，L为消弧线圈电感，C为所述对地电容，R为所述低电阻接地电阻器的阻值，Iz为预设的线路零序保护整定值，Ux为所述相电压。
在一种可选的实施例中，所述根据所述中性点处电压、补偿电流，计算消弧线圈电感，具体包括：
根据公式(2)，计算消弧线圈电感；
Figure BDA0002085547340000101
其中，U0为中性点处电压，IL为补偿电流。
请参阅图5，其是低电阻接地电阻器退出后单相接地故障等效电路图，所述根据所述中性点处电压、补偿电流、对地电容，计算消弧线圈补偿期间的故障线路零序电流，具体包括：
根据公式(3)，计算消弧线圈补偿期间的故障线路零序电流。
Figure BDA0002085547340000102
在一种可选的实施例中，所述根据所述相电压、消弧线圈电感、故障线路零序电流、对地电容，计算故障点过渡电阻，具体包括：
根据公式(4)，计算故障点过渡电阻。
Figure BDA0002085547340000103
相对于现有技术，本发明实施例的有益效果在于：
通过在所述低电阻接地电阻器投入并退出后，监测故障点过渡电阻Rf，并当故障点过渡电阻Rf≤临界过渡电阻Rz，则装置再次投入低电阻接地电阻器，以切除故障线路；当故障点过渡电阻Rf＞临界过渡电阻Rz，则装置不投入低电阻接地电阻器，保持在消弧线圈补偿状态，能够避免在补偿时间范围内因故障点范围扩大或故障点接地过渡电阻降低时，传统消弧线圈并联低电阻接地装置并不会再次投入低电阻接地电阻器隔离故障的问题，能有有效切除故障线路。
以上所述是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种消弧线圈并联低电阻接地装置，其特征在于，包括：消弧线圈装置、接地变压器、低电阻接地电阻器、低电阻投切开关以及控制器；所述接地变压器的三相输入端用于接入电网，所述接地变压器的输出端与所述消弧线圈装置的输入端、所述低电阻投切开关的第一端连接；所述低电阻投切开关的第二端与所述低电阻接地电阻器的第一端连接；所述消弧线圈装置的输出端、所述低电阻接地电阻器的第二端接地；所述控制器与所述低电阻投切开关的控制端连接，用于识别故障点过渡电阻以及临界过渡电阻，并根据所述故障点过渡电阻与所述临界过渡电阻控制所述低电阻接地电阻器的投、切以及控制消弧线圈进行补偿；
其中，所述接地变压器为Y型接线的三绕组变压器，其中，所述接地变压器的中性点与所述消弧线圈装置的输入端连接；
所述消弧线圈并联低电阻接地装置还包括与所述控制器连接的第一电压互感器、第二电压互感器；所述第一电压互感器用于接入电网母线，用于测量单相接地故障相的相电压；所述第二电压互感器接在所述接地变压器的中性点与所述消弧线圈装置的输入端之间，用于检测所述接地变压器的中性点处的电压；
所述消弧线圈并联低电阻接地装置还包括与所述控制器连接的电流互感器，所述电流互感器连接在所述消弧线圈装置的支路上，用于检测所述消弧线圈装置补偿时的补偿电流。
2.一种消弧线圈并联低电阻接地装置的控制方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的消弧线圈并联低电阻接地装置，包括以下步骤：
控制器控制低电阻接地电阻器投切；
获取所述低电阻接地电阻器投入后第一电压互感器检测到的相电压、第二电压互感器检测到的中性点处电压，消弧线圈装置检测到的电网出线的对地电容；
获取所述低电阻接地电阻器退出后电流互感器检测到的补偿电流；
根据所述相电压、中性点处电压、补偿电流以及对地电容，计算故障点过渡电阻；
根据预设的线路零序保护整定值、中性点处电压、补偿电流以及所述对地电容，计算临界过渡电阻；
根据所述故障点过渡电阻以及所述临界过渡电阻，判断是否再次投切所述低电阻接地电阻器；
当所述过渡电阻不大于所述临界过渡电阻时，控制所述低电阻接地电阻器再次投切。
3.如权利要求2所述的消弧线圈并联低电阻接地装置的控制方法，其特征在于，所述根据所述相电压、中性点处电压、补偿电流以及对地电容，计算故障点过渡电阻，具体包括：
根据所述中性点处电压、补偿电流，计算消弧线圈电感；
根据所述中性点处电压、补偿电流、对地电容，计算消弧线圈补偿期间的故障线路零序电流；
根据所述相电压、消弧线圈电感、故障线路零序电流、对地电容，计算故障点过渡电阻。
4.如权利要求3所述的消弧线圈并联低电阻接地装置的控制方法，其特征在于，所述根据预设的线路零序保护整定值、中性点处电压、补偿电流以及所述对地电容，计算临界过渡电阻，具体包括：
根据公式(1)，计算临界过渡电阻；
Figure FDA0002677584270000021
其中，w＝2πf＝314rad/s，L为消弧线圈电感，C为所述对地电容，R为所述低电阻接地电阻器的阻值，Iz为预设的线路零序保护整定值，Ux为所述相电压。
5.如权利要求4所述的消弧线圈并联低电阻接地装置的控制方法，其特征在于，所述根据所述中性点处电压、补偿电流，计算消弧线圈电感，具体包括：
根据公式(2)，计算消弧线圈电感；
Figure FDA0002677584270000031
其中，U0为中性点处电压，IL为补偿电流。
6.如权利要求5所述的消弧线圈并联低电阻接地装置的控制方法，其特征在于，所述根据所述中性点处电压、补偿电流、对地电容，计算消弧线圈补偿期间的故障线路零序电流，具体包括：
根据公式(3)，计算消弧线圈补偿期间的故障线路零序电流；
Figure FDA0002677584270000032
7.如权利要求6所述的消弧线圈并联低电阻接地装置的控制方法，其特征在于，所述根据所述相电压、消弧线圈电感、故障线路零序电流、对地电容，计算故障点过渡电阻，具体包括：
根据公式(4)，计算故障点过渡电阻；
Figure FDA0002677584270000033
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