一种小接地电流系统消弧过压感电保护装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及小接地电流系统消弧过压感电保护装置。该装置通过分相断路器一端与变电站母线相连，一端经电抗式变压器与地网连接，分相断路器由单向接地保护控制单元通过控制驱动单元控制分合闸；电抗式变压器由一次线圈，电抗式变压器副二次线圈和电抗式变压器主二次线圈组成，一次线圈一端与分相断路器连接，另一端与地网相连；电抗式变压器副二次线圈，与单相接地保护控制单元的输入端连接，用于信号测量；电抗式变压器主二次线圈，通过一单相开关与一高频信号电源连接，耦合高频信号，单相开关由单向接地保护控制单元通过控制驱动单元控制。本实用新型改变系统接地方式，对人身感电实现保护；对故障点进行定位，在故障消失装置自动复归。
【专利说明】一种小接地电流系统消弧过压感电保护装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于变电站电力设施领域，尤其涉及一种针对中性点不直接接地系统的变电站电力设施，对人体和设备进行保护的装置。
【背景技术】
[0002]目前电力系统中一直在沿用消弧线圈的补偿技术，这种技术受全补偿谐振过电压的限制，故障点仍有残流和残弧，特别是当系统的接地电流很大时，由于残流随之增大，会使消弧线圈失去作用。故障定位技术只适用于停电状态或对接地故障无保护状态下使用。在对故障相实行有效保护情况下的定位技术，处于空白状态。
[0003]现有的技术中存在的问题如下:单相接地故障消弧技术:一直在沿用消弧线圈的补偿技术，这种技术受全补偿谐振过电压的限制，故障点仍有残流和残弧，特别是当系统的接地电流很大时，由于残流随之增大，会使消弧线圈失去作用。
[0004]人身感电保护技术:仅在380V/220V供电系统有漏电保护装置，但在3.3KV?66KV高压供电的小接地电流系统尚无此类保护装置。
[0005]接地选相技术:集金属、高阻、感性元件及间歇性接地的选相装置处于空白状态。
[0006]选线技术:目前投入系统运行的接地选线装置很多，但由于受接地程度及消弧线圈补偿度等因素影响，选线精度不高。间歇性接地过电压保护技术:处于空白状态。
[0007]故障定位技术:目前故障定位技术只适用于停电状态或对接地故障无保护状态下使用。在对故障相实行有效保护情况下的定位技术，处于空白状态。
实用新型内容
[0008]本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种减少了对电网造成的安全隐患，可故障地位，自动归位的小接地电流系统消弧过压感电保护装置。
[0009]本实用新型是这样实现的，一种小接地电流系统消弧过压感电保护装置，其特征在于，该装置包括分相断路器、电抗式变压器、单向接地保护控制单元、驱动单元、数据采集单元以及旁路开关；
[0010]分相断路器一端与变电站母线相连，另一端经电抗式变压器与地网连接，系统正常运行时分相断路器处于分闸状态，分相断路器由单向接地保护控制单元通过控制驱动单元控制分合闸；
[0011]电抗式变压器，由一次线圈，电抗式变压器副二次线圈和电抗式变压器主二次线圈组成，一次线圈一端与分相断路器连接，另一端与地网相连；电抗式变压器副二次线圈，与单相接地保护控制单元的输入端连接，用于信号测量；电抗式变压器主二次线圈，通过一单相开关与一高频信号电源连接，用于耦合高频信号，单相开关由单向接地保护控制单元通过控制驱动单元控制；
[0012]单向接地保护控制单元的输入端连接数据采集单元，数据采集单元用于与电网连接采集电网的电力信号。[0013]进一步地，该装置还包括手持式信号接受器，通过接受高频信号电源向电网系统注入特殊频率电流信号判断故障点。
[0014]进一步地，电抗式变压器的一次回路并联有一旁路开关组成的并联回路，系统正常下旁路开关为合闸状态，在电抗式变压器的一次线圈与地网之间设置有零序电流互感器，零序电流互感器的输出端与单向接地保护控制单元连接，单向接地保护控制单元通过接受的信号对旁路开关进行控制。
[0015]本实用新型与现有技术相比，有益效果在于:本实用新型以改变系统接地方式，由以往消弧线圈补偿电流消弧法变为转移电流消弧法为出发点，采用强迫故障相与大地等电位技术解决对人身感电无保护问题；采用电抗式变压器信号注入技术解决了在对故障相实行有效保护情况下，对故障点无法定位的问题；采用对故障相高频接地阻抗测量技术，解决故障消失装置自动复归的问题。除节资、节电效益外，还具有对人身触电的保护功能，对间歇性接地过电压的保护功能，对接地点实行无流、无弧的保护功能。会大大提高小电流接地系统的安全运行水平。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型实施例提供的电路结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0018]如图1所示，一种小接地电流系统消弧过压感电保护装置，该装置包括分相断路器2、电抗式变压器3、单向接地保护控制单元1、驱动单元、数据采集单元以及旁路开关K4 ；
[0019]分相断路器2 —端与变电站母线相连，另一端经电抗式变压器3与地网6连接，系统正常运行时分相断路器2处于分闸状态，分相断路器2由单向接地保护控制单元I通过控制驱动单元控制分合闸；是一将故障相与大地强迫等电位的执行元件，且相互之间设有电气与程序闭锁，任何情况下只允许一相断路器合闸。
[0020]电抗式变压器3，由一次线圈W1，电抗式变压器副二次线圈W2和电抗式变压器主二次线圈W3组成，一次线圈Wl —端与分相断路器2连接，另一端与地网6相连；电抗式变压器副二次线圈W2，与单相接地保护控制单元I的输入端连接，用于信号测量；电抗式变压器主二次线圈W3，通过一单相开关与一高频信号电源4连接，用于耦合高频信号，单相开关由单向接地保护控制单元通过控制驱动单元控制；电抗式变压器3采用双频电源工作的设备，在工频时是一个电抗器，阻抗小于I欧，主要用于熄弧和过压保护；在高频时是一变压器，主要用于在保证装置对故障相实行有效保护的情况下，向故障相注入高频电压。
[0021]单向接地保护控制单元I为控制核心部分，其输入端连接数据采集单元，数据采集单元用于与电网连接采集电网的电力信号。该装置还包括手持式信号接受器7，可检测高频信号电源注入系统的特殊频率信号，用于操作人员进行线路巡视，对故障进行定位。通过接受高频信号电源向电网系统注入特殊频率电流信号判断故障点。[0022]本实施例中，电抗式变压器的一次回路并联有一旁路开关K4组成的并联回路，系统正常下旁路开关为合闸状态，在电抗式变压器的一次线圈与地网之间设置有零序电流互感器5,零序电流互感器5的输出端与单向接地保护控制单元连接,单向接地保护控制单元通过接受的信号对旁路开关进行控制。
[0023]本实施例中，运行方式为:
[0024]单相接地保护控制单元通过数据采集单元实时采集变电所母线相、线电压、零序电压，根据零序电压与线电压的模角变化判断系统有无单相接地故障以及接地相别，当发生单相接地故障时，控制相应相别断路器(K1、K2、K3)在50ms内快速合闸，在相应相别断路器合闸后，强迫故障相对地等电位，实现人身感电保护，实现熄灭接地电弧，同时对人身感电提供有效保护，避免人身伤害事故发生。当接地性质为间歇性接地时，本装置可将不稳态接地转变为稳态金属接地，避免间歇性过电压的产生。
[0025]单相接地保护控制单元在分相断路器动作前后进行录波，根据各线路零序电流在分相断路器合闸前后的变化，采用接地转移特征方程，确定接地故障线路。
[0026]分相断路器合闸后，经过设定时间延时，单相接地保护控制单元控制旁路开关K4过零分闸，装置进入第二保护通道，同时启动高频信号电源，通过与信号电源相连的电抗式变压器主二次线圈W3向系统注入特殊频率高频电压，产生高频接地电流，单相接地保护控制单元采集电抗式变压器副二次线圈W2反馈的电压与电流信号，分离出其中注入的特殊频率高频信号，计算系统接地阻抗变化，如接地阻抗恢复至系统正常状态，判别接地故障消失，单相接地保护控制单元控制分相断路器2分闸，实现单相接地故障自动复归。
[0027]如接地故障长时间未能恢复，操作者持手持式信号接受器沿接地选线单元选择的故障回路进行巡视，查找故障点，手持式信号接受器显示接收信号由强变弱时，即为故障点，完成单相接地故障定位。
[0028]当系统发生单相接地故障时，系统等效电路为系统容抗Xe与接地电阻3Rj组成并联回路，其中UO为系统等效对地电压，Xe为系统对地容抗，它是个常数，可由接地转移时(即分相断路器K1、K2、K3闭合时)，由Xc=3U0/Ij求出。
[0029]单相接地保护控制器启动高频信号电源，由信号电源通过与其相联的电抗式变压器主二次线圈W3，向系统注入一个电流，此电流Is它沿着系统对地容抗_jXc与故障回路阻抗Rj组成的并联电路而构成回路，并在电抗式变压器一次线圈Wl两端产生一个电压Us，此电压经过电抗式变压器副二次线圈W2可以得到。通过单相接地控制单元采集反馈的高频信号电流Is和电压Us的值，并按回路电流方程可以求出流入故障回路的电流Ij，之后在根据故障回路的两端电压Us与流过的电流Ij，求出故障回路的阻抗。解此方程的实部为接地电阻Rj的值。
[0030]单相接地保护控制单元根据计算的接地电阻值，判断接地故障是否消失，当系统接地阻抗恢复至正常水平，分相接地保护控制单元控制分相断路器2分闸，实现单相接地故障保护自动复归。
[0031]单相接地故障定位过程:
[0032]当系统发生单相接地故障时，单相接地保护控制单元控制分相断路器2合闸，经过设定时间延时后，启动高频信号电源通过电抗式变压器主二次线圈W3向系统注入特殊频率电流信号，此电流经电抗式变压器一次线圈Wl耦合进入系统。此时电抗式变压器3、合闸相分相断路器2、母线、接地回路接地点通过大地形成回路，注入信号电流只沿该回路流动。并且注入信号电流存在于母线与线路单相接地故障点前，而接地故障点后线路无该电流存在。
[0033]操作人员持手持式信号接受器沿单相接地保护控制单元选择的接地线路，进行巡视，根据显示的信号数值变化判断接地点位置。当信号由强变弱，即为接地点位置，从而实现故障定位。
[0034]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种小接地电流系统消弧过压感电保护装置，其特征在于，该装置包括分相断路器、电抗式变压器、单向接地保护控制单元、驱动单元、数据采集单元以及旁路开关； 分相断路器一端与变电站母线相连，另一端经电抗式变压器与地网连接，系统正常运行时分相断路器处于分闸状态，分相断路器由单向接地保护控制单元通过控制驱动单元控制分合闸； 电抗式变压器，由一次线圈，电抗式变压器副二次线圈和电抗式变压器主二次线圈组成，一次线圈一端与分相断路器连接，另一端与地网相连；电抗式变压器副二次线圈，与单相接地保护控制单元的输入端连接，用于信号测量；电抗式变压器主二次线圈，通过一单相开关与一高频信号电源连接，用于耦合高频信号，单相开关由单向接地保护控制单元通过控制驱动单兀控制； 单向接地保护控制单元的输入端连接数据采集单元，数据采集单元用于与电网连接采集电网的电力信号。
2.如权利要求1所述的小接地电流系统消弧过压感电保护装置，其特征在于，该装置还包括手持式信号接受器，通过接受高频信号电源向电网系统注入特殊频率电流信号判断故障点。
3.如权利要求1所述的小接地电流系统消弧过压感电保护装置，其特征在于，电抗式变压器的一次回路并联有一旁路开关组成的并联回路，系统正常下旁路开关为合闸状态，在电抗式变压器的一次线圈与地网之间设置有零序电流互感器，零序电流互感器的输出端与单向接地保护控制单元连接，单向接地保护控制单元通过接受的信号对旁路开关进行控制。
【文档编号】H02H9/08GK203800587SQ201420109162
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年3月11日 优先权日:2014年3月11日
【发明者】李朝顺, 陈宝琪, 刘涛, 梁威, 王红, 刘明月, 孟威, 杨海峰, 李亮, 黄兴 申请人:沈阳电力勘测设计院