CN112909910A - 一种配电网接地故障消弧方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种配电网接地故障消弧方法及其装置，所述方法包括：S1：将调压器一侧的两个端子分别连接Z型接地变压器二次侧引出的2个端子得到与故障相对中性点电压反向的电压，并利用升压变压器升压后将故障相电压抑制到熄弧电压以下；其中，所述Z型接地变压器接入配电网，所述Z型接地变压器的移相绕组末端星型连接形成中性点O且二次侧A、B、C三相引出接线的端子，所述二次侧引出的端子供调压器一侧的端子选择性连接，所述调压器另一侧的端子与升压变压器电连接，所述升压变压器另一侧与中性点O电连接。本发明通过所述装置及方法可以有效地将故障相电压抑制到熄弧电压以下从而将熄灭故障点电弧，同时中性点所加电压取自于配电网，不需要额外电源，节省成本。
Description
技术领域
本发明属于配电网故障处理技术领域，具体涉及一种配电网接地故障消弧方法及其装置。
背景技术
我国6-66kV配电网拓扑结构复杂且与用户紧密相连，由于线路周围环境与地形等原因影响，配电网单相接地故障频发，占配电网总故障比例的85％以上。当发生单相接地故障时，故障点存在较大的故障电流引起故障电弧，电弧的间歇重燃极易引起过电压，如不及时处理会造成设备烧毁甚至人员伤亡。因此，我国配电网一般采用消弧线圈接地方式，通过对故障电流中的容性电流进行补偿从而减小故障电流防止起弧。在配电网建设初期，由于电网对地电容电流与对地电导电流较小，单相接地故障电流能够被消弧线圈有效减小到熄弧电流以下，多数接地电弧可自行熄灭。但随着配电网的不断扩大以及电缆线路的增加，故障电流中的有功电流与谐波电流含量增加并且无法被消弧线圈有效补偿，以致故障点电弧无法自行熄灭，严重影响配电网的安全供电。配电网接地故障可靠消弧，有助于进一步提升配电网的安全性和可靠性，推进我国智能配电网的建设水平。
现有的消弧方法包括：一种是传统的使用消弧线圈消弧的方法。在配电网中性点加装消弧线圈，通过消弧线圈产生感性电流对故障点的点容性电流进行补偿，这种方法的应用最为广泛。但这类方法由于无法连续调节消弧线圈电感值以匹配配电网的电容电流，因此故障点的消弧效果并不受控制，并且无法补偿故障电流中的有功和谐波分量，往往需要辅助其他方法对故障电流中的有功和谐波分量进行补偿；另一种方法是利用电力电子技术的有源消弧方法。故障发生后，利用电力电子电源向中性点注入零序电流柔性调控故障相电压从而实现故障消弧。但这一方法需要外加电力电子设备及独立电源设备，注入电流调控过程复杂，稳定性和可靠性难以保证，且电力电子设备成本高昂，仅有少部分配电网采用。
针对上述问题，亟需提供一种不需要外加独立电源设备，成本更低以及能够有效将故障相对地电压抑制到熄弧电压以下从而实现故障点的可靠熄弧。
发明内容
本发明的目的是提供一种配电网接地故障消弧方法及其装置，能够将故障相对地电压抑制到熄弧电压以下从而熄灭故障点电弧，期间无需外加独立电源，成本较低，同时不需要考虑配电网对地电容对电源容量的影响，应用不受配电网容量的影响。
一方面，本发明提供一种配电网接地故障消弧方法，包括：S1：将调压器一侧的两个端子分别连接Z型接地变压器二次侧引出的2个端子得到与故障相对中性点电压反向的电压，并利用升压变压器升压后将故障相电压抑制到熄弧电压以下；
其中，所述Z型接地变压器接入配电网，所述Z型接地变压器的移相绕组末端星型连接形成中性点O且二次侧A、B、C三相引出接线的端子，所述二次侧引出的端子供调压器一侧的端子选择性连接，所述调压器另一侧的端子与升压变压器电连接，所述升压变压器另一侧一端与中性点O电连接，另一端与地端连接。
【本发明提供的所述消弧方法可以有效地抑制故障相电压抑制到熄弧电压以下，可靠熄灭故障点电弧，且中性点所加电压取自于配电网，不需要额外利用或者增设独立电源，成本较低。】
进一步优选，步骤S1具体过程为：根据故障相以及所述Z型接地变压器的接线方式确定调压器一侧的两个端子与所述二次侧引出的端子的连接关系，如下：
若Z型接地变压器的接线方式为ZNY11，所述调压器一侧的一个端子连接所述二次侧引出的端子中故障相对应的端子，另一个端子连接所述二次侧引出的端子中超前故障相120°的相对应的端子；
若Z型接地变压器的接线方式为ZNY1，所述调压器一侧的一个端子连接所述二次侧引出的端子中故障相对应的端子，另一个端子连接所述二次侧引出的端子中滞后故障相120°的相对应的端子。
进一步优选，所述Z型接地变压器一次侧和二次侧的变比为N1:N2，所述调压器初始状态的变比为
所述升压变压器的变比为
进一步优选，执行步骤S1之后，还包括如下步骤：
S2：延时预设时长t；
S3：连续改变所述调压器的变比，并监测配电网的零序导纳相角是否发生变化，若所述零序导纳相角随所述调压器的变比改变而变化，故障未消失；若所述零序导纳相角随所述调压器的变比改变而不变化，故障消失。
进一步优选，若故障未消失，将所述调压器的变比恢复为初始状态，等待接地故障处理；
若所述零序导纳相角随所述调压器的变比改变而不变化，断开调压器与Z型接地变压器之间的连接，将所述调压器的变比恢复为初始状态，故障消失，配电网正常运行。
【本发明通过研究发现，当故障未消失时，配电网零序导纳相角随调压器的变比而改变；当故障消失后，配电网零序导纳相角与变比无关，因此不随调压器变比改变。因此基于该研究发现，本发明设置了故障是否消失的自主识别机制，能够主动识别故障是否消失。尤其是针对现有一种消弧方式：使用开关设备强制抑制故障相电压为0。这种方法的典型应用是“消弧柜”，故障发生后采用断路器直接将接地故障相在母线处短路，抑制故障相电压为0，从而实现接地故障消弧效果，母线短路一定时间后断开开关，若故障消失则恢复正常，否则再次闭合开关等待故障处理。对于永久性故障，这种方法需要连续将母线接地两次，对原故障点造成冲击，二次接地期间的延误甚至造成故障进一步扩大，不利于***安全。而本发明是通过改变调压器的变比来进行处理的，因此，在识别故障消失过程中可以平滑的降低中性点电压，不会出现故障相电压突增导致故障电流突然增加的情况，不会造成故障进一步扩大。】
进一步优选，所述调压器上设有碳刷，所述碳刷可沿调压器线圈的表面滑动改变所述调压器的变比。
进一步优选，所述调压器的变比改变后表示为：
k为比例系数，0≤k≤1。
进一步优选，所述Z型接地变压器二次侧A、B、C三相中每一相引出两个接线的端子构成两组端子，每一组端子包括三个端子，分别对应A、B、C三相；
所述调压器一侧的两个端子各自分别对应一组端子，并各自在对应一组端子中选择性连接。
进一步优选，所述升压变压器一侧与所述调压器电连接，另一侧上一个端子接地，一个端子连接中性点O。
第二方面，本发明提供一种配电网接地故障消弧装置，包括：Z型接地变压器、调压器和升压变压器，其中，所述Z型接地变压器接入配电网，所述Z型接地变压器的移相绕组末端星型连接形成中性点O且二次侧A、B、C三相引出接线的端子，所述二次侧引出的端子供调压器一侧的端子选择性连接，所述调压器另一侧的端子与升压变压器电连接，所述升压变压器另一侧一端与中性点O电连接，另一端与地端连接；
其中，故障消弧时将调压器一侧的两个端子分别连接Z型接地变压器二次侧引出的2个端子得到与故障相对中性点电压反向的电压，并利用升压变压器升压后将故障相电压抑制到熄弧电压以下。
进一步优选，故障消弧时，若Z型接地变压器的接线方式为ZNY11，所述调压器一侧的一个端子连接所述二次侧引出的端子中故障相对应的端子，另一个端子连接所述二次侧引出的端子中超前故障相120°的相对应的端子；
若Z型接地变压器的接线方式为ZNY1，所述调压器一侧的一个端子连接所述二次侧引出的端子中故障相对应的端子，另一个端子连接所述二次侧引出的端子中滞后故障相120°的相对应的端子；
所述Z型接地变压器一次侧和二次侧的变比为N1:N2，所述调压器初始状态的变比为
所述升压变压器的变比为
进一步优选，所述调压器上设有碳刷，所述碳刷可沿调压器线圈的表面滑动改变所述调压器的变比。
有益效果
本发明提供的一种配电网接地故障消弧方法在Z型接地变压器低压侧的每一相上引出端子，通过将调压器两端与Z型接地变压器的端子中的对应相进行连接得到与故障相对中性点电压反向的电压，经过升压变压器进一步升压后将故障相电压抑制到熄弧电压以下实现接地故障消弧，由于该接地故障消弧方法在中性点所加电压取自配电网，因此，无需外加独立电源，成本较低，同时不需要考虑配电网对地电容对电源容量的影响，应用不受配电网容量的影响，应用前景广阔。
附图说明
图1是本发明实施例提供的配电网接地故障消弧***的示意图；
图2是本发明实施例提供的配电网接地故障消弧方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1：
本发明实施例提供的应用一种配电网接地故障消弧方法的***如图1所示，
为配电网A、B、C三相对地电压；g为配电网相对地电导；C为配电网相对地电容；Rf为过渡电阻；YO为中性点接地导纳；
为配电网的零序电流；
为故障电流；T1为Z型接地变压器，接线形式为ZNY11，Z型接地变压器的一次侧由匝数相等、绕向相同的线圈反向串联而成，移相绕组末端星型连接形成中性点O，中性点O串联接地导纳Yn后接地，
为Z型接地变压器移相绕组的A、B、C三相电压，一次侧与二次侧的变比为N1:N2，x1、x2(x＝a,b,c)分别为Z型接地变压器二次侧A、B、C三相引出的两个端子，
为Z型接地变压器二次侧输出的A、B、C三相电压；T2为调压器，变比为
调压器带有碳刷可沿线圈的表面滑动，从而连续地改变变比，当碳刷沿线圈表面滑动时，调压器的变比可以表示为
其中0≤k≤1；T3为升压变压器，升压变压器的变比为
需要说明的是，本实施例中Z型接地变压器的接地方式是ZNY11，其他可行的实施例中其接线方式是不限于此，譬如ZNY1。且其他可行的实施例中也不限于Z型接地变压器二次侧A、B、C三相引出2组端子，譬如，1组或更多组都是可以实现本发明所述构思。
基于本实施例中的***结构，Z型接地变压器一次绕组与移相绕组电压存在如下关系：
Z型接地变压器二次侧的三相电压
为：
配电网三相对中性点O的电压分别为：
其中，
分别为配电网三相对中性点电压；
为方向算子，表示逆时针旋转330°；
分别表示配电网三相电源电动势，三者大小相等，
超前
120°，
滞后
120°。
当调压器两端K1与K2分别与Z型接地变压器二次侧的第一组和第二组中的端子相连时，本实施例中存在以下几种连接形式：c1+a2、a1+b2以及b1+c2，对应调压器低压侧电压
为：
调压器高压侧电压
为：
经升压变压器T3升压后，对应的中性点电压
为：
其中，当调压器的碳刷处于原始位置时，k＝1，调压器高压侧输出电压最大，中性点电压最大。
而当配电网A相发生单相接地故障时，故障电流为：
将调压器两端K1与K2分别连接第一组端子中的C相和第二组端子中的A相，也即K1与K2分别连接到c1与a2，此时调压器的碳刷处于原始位置(k＝1)，由式(3)和式(6)可知，此时A相对地电压为：
由式(7)、(8)可得，当A相发生单相接地故障时将调压器两端K1与K2分别连接到c1与a2，故障电流将被抑制到0，从而实现故障消弧。
类似的，将调压器碳刷滑至原始位置，当B相发生单相接地故障时，将调压器两端K1与K2分别连接到a1与b2，即可实现故障电流全补偿；当C相发生单相接地故障时，将调压器两端K1与K2分别连接到b1与c2，即可实现故障电流全补偿。
综上可知，当Z型接地变压器的接线方式为ZNY11时，调压器两端K1与K2一个连接二次侧引出的端子中故障相对应的端子，另一个连接二次侧引出的端子中超前故障相120°的相对应的端子；在其他可行的实施例中，当Z型接地变压器的接线方式为ZNY11时，调压器两端K1与K2一个连接二次侧引出的端子中故障相对应的端子，另一个连接二次侧引出的端子中滞后故障相120°的相对应的端子。
故障电流全补偿后延时一定时间t后，滑动调压器碳刷，监测配电网零序导纳相角是否发生变化，若不发生变化，判断故障已经消失，恢复各开关及碳刷至原始位置，配电网恢复正常运行；否则恢复碳刷至原始位置，继续进行接地故障消弧，等待故障处理。
所述配电网零序导纳为配电网的零序电流与中性点电压的比值。
假设
相发生单相接地故障，此时经调压器调压后中性点电压为
当故障未消失时，配电网的零序导纳为：
故障未消失时配电网的零序导纳相角为：
配电网故障消失后，配电网的零序导纳为：
故障消失后配电网的零序导纳相角为：
由式(10)和(12)可以看出，当故障未消失时，配电网零序导纳相角随调压器碳刷的移动而改变；当故障消失后，配电网零序导纳相角与调压器碳刷位置无关，因此不随调压器碳刷的移动改变。而调压器碳刷的移动改变的是调压器的变比，与k有关，故存在如下结论：若所述零序导纳相角随所述调压器的变比改变而变化，故障未消失；若所述零序导纳相角随所述调压器的变比改变而不变化，故障消失。
基于上述原理性推理，本发明实施例提供的所述方法包括如下步骤：
1)根据故障相将调压器两端分别连接端子x1和y2，其中y为故障相对应的相，x为超前故障相120°对应的相；
2)延时一定时间t；
3)滑动调压器碳刷改变中性点电压；
4)监测配电网零序导纳相角是否变化；
5)若零序导纳相角变化，恢复调压器碳刷至原始位置，等待接地故障处理；
6)若零序导纳相角不变，断开调压器与Z型接地变压器之间的连接，恢复碳刷至原始位置，配电网恢复正常运行。
在一些实施例中，执行步骤1)后即可将故障相电压抑制到熄弧电压以下。
在一些实施例中，可以选择其他可调节变比的调压器。
综上所述，本发明所述方法及装置所提配电网自取电与调压器无极调压配合的接地故障消弧***能够有效将故障相电压抑制到熄弧电压以下，并可以主动识别故障是否消失。中性点所加电压取自配电网，无需外加独立电源设备。
需要强调的是，本发明所述的实例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明不限于具体实施方式中所述的实例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，不脱离本发明宗旨和范围的，不论是修改还是替换，同样属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种配电网接地故障消弧方法，其特征在于：包括：S1：将调压器一侧的两个端子分别连接Z型接地变压器二次侧引出的2个端子得到与故障相对中性点电压反向的电压，并利用升压变压器升压后将故障相电压抑制到熄弧电压以下；
其中，所述Z型接地变压器接入配电网，所述Z型接地变压器的移相绕组末端星型连接形成中性点O且二次侧A、B、C三相引出接线的端子，所述二次侧引出的端子供调压器一侧的端子选择性连接，所述调压器另一侧的端子与升压变压器电连接，所述升压变压器另一侧一端与中性点O电连接，另一端与地端连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S1具体过程为：根据故障相以及所述Z型接地变压器的接线方式确定调压器一侧的两个端子与所述二次侧引出的端子的连接关系，如下：
若Z型接地变压器的接线方式为ZNY11，所述调压器一侧的一个端子连接所述二次侧引出的端子中故障相对应的端子，另一个端子连接所述二次侧引出的端子中超前故障相120°的相对应的端子；
若Z型接地变压器的接线方式为ZNY1，所述调压器一侧的一个端子连接所述二次侧引出的端子中故障相对应的端子，另一个端子连接所述二次侧引出的端子中滞后故障相120°的相对应的端子。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：执行步骤S1之后，还包括如下步骤：
S2：延时预设时长t；
S3：连续改变所述调压器的变比，并监测配电网的零序导纳相角是否发生变化；
若所述零序导纳相角随所述调压器的变比改变而变化，故障未消失；若所述零序导纳相角随所述调压器的变比改变而不变化，故障消失。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：若故障未消失，将所述调压器的变比恢复为初始状态，等待接地故障处理；
若所述零序导纳相角随所述调压器的变比改变而不变化，断开调压器与Z型接地变压器之间的连接，故障消失，配电网正常运行。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述调压器上设有碳刷，所述碳刷可沿调压器线圈的表面滑动改变所述调压器的变比。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述Z型接地变压器一次侧和二次侧的变比为N1:N2，所述调压器初始状态的变比为
所述升压变压器的变比为
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述Z型接地变压器二次侧A、B、C三相中每一相引出两个接线的端子构成两组端子，每一组端子包括三个端子，分别对应A、B、C三相；
所述调压器一侧的两个端子各自分别对应一组端子，并各自在对应一组端子中选择性连接。
8.一种配电网接地故障消弧装置，其特征在于：包括：Z型接地变压器、调压器和升压变压器，其中，所述Z型接地变压器接入配电网，所述Z型接地变压器的移相绕组末端星型连接形成中性点O且二次侧A、B、C三相引出接线的端子，所述二次侧引出的端子供调压器一侧的端子选择性连接，所述调压器另一侧的端子与升压变压器电连接，所述升压变压器另一侧一端与中性点O电连接，另一端与地端连接；
其中，故障消弧时将调压器一侧的两个端子分别连接Z型接地变压器二次侧引出的2个端子得到与故障相对中性点电压反向的电压，并利用升压变压器升压后将故障相电压抑制到熄弧电压以下。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征碍于：故障消弧时，若Z型接地变压器的接线方式为ZNY11，所述调压器一侧的一个端子连接所述二次侧引出的端子中故障相对应的端子，另一个端子连接所述二次侧引出的端子中超前故障相120°的相对应的端子；
若Z型接地变压器的接线方式为ZNY1，所述调压器一侧的一个端子连接所述二次侧引出的端子中故障相对应的端子，另一个端子连接所述二次侧引出的端子中滞后故障相120°的相对应的端子；
其中，所述Z型接地变压器一次侧和二次侧的变比为N1:N2，所述调压器初始状态的变比为
所述升压变压器的变比为
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：所述调压器上设有碳刷，所述碳刷可沿调压器线圈的表面滑动改变所述调压器的变比。
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