一种三相四线制低压电网断线安全保障系统及方法与流程

[0001]
本发明属于低压配电网安全可靠供电领域和节能降损领域，尤其包括一种三相四线制低压电网断线安全保障系统及方法。


背景技术：

[0002]
电力系统中的绝大部分用电负载均连接在三相四线制低压配电网。随着大量的办公和生活电子设备的应用、led照明的普及、以及三相负载的不平衡，使得中性线上有非常大的3次谐波电流和工频电流通过。从而造成中性线上的损耗非常大、温升非常高，严重情况下还会造成中性线在薄弱点上被烧断。中性线遭人为破坏(偷盗、施工碰断或挖断等)的事件也时有发生。而中性线断线故障会进而造成中性点电压偏移，从而出现过电压问题而损坏用电设备。
[0003]
近些年来，随着国民经济的发展、人民生活水平的提高，我国用电量也高速增长。这也加速了低压配电线路的老化，因此低压配电线路的损耗也逐渐升高、断线故障的发生率也逐年提高。如果断线故障发生在中性线，则会造成过电压而损坏用电设备；如果断线故障发生在相线，则会造成三相电机缺相运行，从而烧毁电机绕组。
[0004]
目前解决上述问题的方法之一是：改造低压配电，即更换低压配电线路、增加中性线的截面积。该方法的缺点是：工程量非常庞大、投资大、周期长，还不可避免的造成一定的投资浪费。另外，仍然很难避免中性线遭人为破坏的事件。
[0005]
目前解决上述问题的方法之二是：采用中性线断线检测技术，并在检测到中性线断线故障时马上切除负载。专利号为cn201410409351.8的《一种中性线断线保护装置》、专利号为cn201420049828.1的《一种10kv配变中性线断线跳闸装置》、专利号为cn201810229923.2的《三相电高安全性中性线断线保护装置》和专利号为cn201110057618.8的《中性线断线保护控制装置及方法》中均采用中性线断线检测技术并在检测到中性线断线故障时马上切除负载，其缺点是：1)即使检测有误，一旦检测到“断线”就立即断开负荷，从而降低了供电可靠性；2)对流过中性线的电流没有主动控制的能力；3)缺失断相线的检测和保护功能；4)没有节能功效；
[0006]
因此，提出一种三相四线制低压电网断线安全保障系统及方法，就显得尤为重要。相关参考文献为：
[0007]
张云星等发表在《电工技术》2012年08期上的《tn-s低压配电线路中性线断线保护装置探讨》；
[0008]
马国全等发表在《农村电工》2019年2期上的《低压配电系统中性线断线危害与防范》；
[0009]
连理枝等发表在《电世界》1999年11期上的《nb1型中性线断线过电压保护器》；
[0010]
陈福加发表在《农村电气化》2008年02期上的《中性线断线和过电压保护》；
[0011]
陈谦发表在《建筑电气》2018年12期上的《中性导体断线故障防护分析》；
[0012]
申请号为cn20151051388.5的《自复式过欠压保护器电路》。


技术实现要素：

[0013]
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种三相四线制低压电网断线安全保障系统及方法。
[0014]
这种三相四线制低压电网断线安全保障系统，从三相四线制母线引出三相四线制馈线a，包括：并联在低压配电台区中每条三相四线制馈线a末端的断线安全保障装置，断线安全保障装置由dc/ac变流器、交流滤波电路、直流电容器组和控制器组成；直流电容器组由两组直流电容器串联构成；滤波电路的一个交流端分别接入三相四线制馈线a的a相、b相和c相，滤波电路的另一个交流端接入dc/ac变流器的交流输出侧；dc/ac变流器直流侧的正、负极分别连接直流电容器组中两组直流电容器的正、负极；交流滤波电路的中性点连接两组直流电容器的中点，两组直流电容器的中点连接三相四线制馈线a的n线(中性线)。
[0015]
作为优选，滤波电路为lc型三相滤波电路或lcl型三相滤波电路；交流滤波电路中的三相交流电容器采用星型接法。
[0016]
作为优选，dc/ac变流器为两电平变流器或三电平变流器。
[0017]
这种三相四线制低压电网断线安全保障系统的工作方法，具体包括如下步骤：
[0018]
步骤1、控制器采样负载的三相交流电流、三相四线制馈线a末端的三相交流电压、断线安全保障装置的三相交流电流和断线安全保障装置内两组直流电容器的直流电压；
[0019]
步骤2、控制器根据步骤1采样得到的电压和电流信号识别所在的低压电网是处于正常工作状态还是处于某类断线故障状态；并根据识别的所在低压电网的工作状态来采取对应的控制模式；
[0020]
步骤3、当三相四线制母线上游(电源侧)出现断线故障(断零线或相线)时，由低压台区的负控终端(ttu)协调控制每台断线安全保障装置的出力，或采用下垂控制策略就地控制每个断线安全保障装置的出力；安装在同一个低压台区中的所有断线安全保障装置均通过宽带电力线载波(hplc)将各自的运行状态发送给低压台区的负控终端(ttu)。
[0021]
作为优选，步骤2具体包括以下步骤：
[0022]
步骤2.1、当断线安全保障装置的控制器识别到三相四线制馈线a发生断零线(n线)故障时，控制器发出断零线的告警信号提示维护人员，并转入断零线控制模式：控制器控制断线安全保障装置输出基本平衡的三相交流电压u
a_n
、u
b_n
和u
c_n
，其中u
a_n
为a相的交流电压，u
b_n
为b相的交流电压，u
c_n
为c相的交流电压，使得流入断线安全保障装置的零线电流等于其所对应的负载的零线电流，从而确保对应三相负载的中性点电压不偏移；若断线安全保障装置对应负载的零线电流超过断线安全保障装置的零线电流额定值，则控制器微调断线安全保障装置输出的三相交流电压，直到通过断线安全保障装置的零线电流等于其零线电流额定值；
[0023]
步骤2.2、当断线安全保障装置的控制器识别到三相四线制馈线a发生断一相线故障时，控制器发出断一相线的告警信号提示维护人员，并转入断一相线控制模式：控制器控制断线安全保障装置输出基本平衡的三相交流电压，并控制两正常相输入断线安全保障装置的电流，使得断线安全保障装置的直流电压保持在设定值附近，从而确保断线安全保障装置对应的负载仍由基本平衡的三相电压供电；同时实时计算三相四线制馈线a两正常相和零线(n线)的电流有效值；若计算得到的电流有效值超过额定值，则控制器调低断线安全保障装置对应于三相四线制馈线a断线相的输出电压以确保馈线电流不超过额定值；
[0024]
步骤2.3、当断线安全保障装置的控制器识别到三相四线制馈线a发生断两相线故障时，控制器发出断两相线的告警信号提示维护人员，并转入断两相线控制模式：控制器控制断线安全保障装置输出基本平衡的三相交流电压，并控制剩余一个正常相输入断线安全保障装置的电流，使得断线安全保障装置的直流电压保持在设定值附近，从而确保断线安全保障装置对应的负载仍然由基本平衡的三相电压供电；同时实时计算三相四线制馈线a正常相和零线(n线)的电流有效值；若计算得到的电流有效值超过额定值，则控制器调低断线安全保障装置对应于三相四线制馈线a两断线相的输出电压以确保馈线电流不超过额定值；
[0025]
步骤2.4、当断线安全保障装置的控制器识别到三相四线制馈线a发生断一相线加断零线故障时，控制器发出断一相线加断零线告警信号提示维护人员，并转入断一相线加断零线控制模式：控制器控制断线安全保障装置输出基本平衡的三相交流电压，并控制两正常相输入断线安全保障装置的电流，使得断线安全保障装置的直流电压保持在其设定值附近，并使得流入断线安全保障装置的零线电流等于断线安全保障装置对应负载的零线电流，从而确保对应三相负载的中性点电压不偏移，断线安全保障装置对应负载仍由基本平衡的三相电压供电；同时实时计算三相四线制馈线a两正常相的电流有效值，一旦计算得到的电流有效值超过其额定值，则控制器调整断线安全保障装置对应于三相四线制馈线a断线相的输出电压，以确保馈线电流不超过额定值。
[0026]
本发明的有益效果是：本发明能够确保发生装置上游(电源侧)中性线断线时负荷不会出现过电压，从而能够继续安全运行，提高了供电可靠性；同时还会发出断中性线告警信号通知维护人员前往检查并维修；并且在出现装置上游(电源侧)相线断线(缺相)时，仍能够继续向负载提供三相基本平衡的供电电压，确保三相电机的安全运行，同时发出断相线告警信号通知维护人员前往检查并维修；在电网正常情况下(没有断线)，本发明还能够主动控制并降低装置上游中性线上的电流、平衡三相负载、补偿负载的无功功率、降低线路损耗、提高负载的电压质量。
附图说明
[0027]
图1为三相四线制低压电网断线安全保障系统示意图；
[0028]
图2为断线安全保障系统电气接线图；
[0029]
图3为馈线断零线情况下断线安全保障系统电气接线图；
[0030]
图4为馈线断一相线情况下断线安全保障系统电气接线图；
[0031]
图5为馈线断两相线情况下断线安全保障系统电气接线图；
[0032]
图6为馈线断零线并断一相线情况下断线安全保障系统电气接线图。
[0033]
附图标记说明：三相四线制母线1、三相四线制馈线a2、a相3、b相4、c相5、n线6、滤波电路7、dc/ac变流器8、断线安全保障装置9、直流电容器组10、控制器11。
具体实施方式
[0034]
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
[0035]
本发明公开了一种三相四线制低压电网断线安全保障系统及方法。在三相四线制低压台区电网中将多个断线安全保障装置并联安装在用电负荷端(在一个低压配电台区中的每条三相四线制馈线的末端并联连接一个断线安全保障装置)；以提高对用户供电的安全性和可靠性，降低损耗、提高电压质量。当该断线安全保障装置的电源侧出现断线故障(断零线或相线)时，该断线安全保障装置的控制器控制该断线安全保障装置向其对应的负荷提供三相电压平衡的三相四线制供电电源，以确保用电负荷的安全正常用电，提高供电的可靠性。该断线安全保障装置的控制器同时发断线告警信号提示维护人员。在没有断线故障的情况下，该断线安全保障装置的控制器控制该断线安全保障装置补偿其所对应负荷的无功功率、不平衡电流、和谐波电流。从而降低电网的损耗，提高电能质量。
[0036]
作为一种实施例，如图1所示，本发明在低压配电台区系统中的每条三相四线制馈线的末端并联连接一个断线安全保障装置。三相四线制低压电网断线安全保障系统，从三相四线制母线1引出三相四线制馈线a2，包括：并联在低压配电台区中每条三相四线制馈线a2末端的断线安全保障装置9，如图2所示，断线安全保障装置9由dc/ac变流器8(两电平变流器或三电平变流器)、交流滤波电路7(lc型三相滤波电路或lcl型三相滤波电路)、直流电容器组10和控制器11组成；直流电容器组10由两组直流电容器串联构成；滤波电路7的一个交流端分别接入三相四线制馈线a2的a相3、b相4和c相5，滤波电路7的另一个交流端接入dc/ac变流器8的交流输出侧；dc/ac变流器8直流侧的正、负极分别连接直流电容器组10中两组直流电容器的正、负极；交流滤波电路7的中性点连接两组直流电容器的中点，两组直流电容器的中点连接三相四线制馈线a2的n线(中性线)6。滤波电路7中的三相交流电容器采用星型接法。
[0037]
三相四线制低压电网断线安全保障系统的工作方法为：
[0038]
步骤1、控制器11采样负载的三相交流电流、三相四线制馈线a2末端的三相交流电压、断线安全保障装置9的三相交流电流和断线安全保障装置9内两组直流电容器的直流电压；
[0039]
步骤2、控制器11根据步骤1采样得到的电压和电流信号识别所在的低压电网是处于正常工作状态还是处于某类断线故障状态；并根据识别的所在低压电网的工作状态来采取对应的控制模式；
[0040]
步骤3、当三相四线制母线1上游(电源侧)出现断线故障(断零线或相线)时，由低压台区的负控终端(ttu)协调控制每台断线安全保障装置9的出力，或采用下垂控制策略就地控制每个断线安全保障装置9的出力；安装在同一个低压台区中的所有断线安全保障装置9均通过宽带电力线载波(hplc)将各自的运行状态发送给低压台区的负控终端(ttu)。
[0041]
步骤2具体包括以下步骤：
[0042]
步骤2.1、如图3所示，当断线安全保障装置9的控制器11识别到三相四线制馈线a2发生断零线(n线6)故障时，控制器11发出断零线的告警信号提示维护人员，并转入断零线控制模式：控制器11控制断线安全保障装置9输出基本平衡的三相交流电压u
a_n
、u
b_n
和u
c_n
，其中u
a_n
为a相3的交流电压，u
b_n
为b相4的交流电压，u
c_n
为c相5的交流电压，使得流入断线安全保障装置9的零线电流等于其所对应的负载的零线电流，从而确保对应三相负载的中性点电压不偏移；若断线安全保障装置9对应负载的零线电流超过断线安全保障装置9的零线电流额定值，则控制器11微调断线安全保障装置输出的三相交流电压，直到通过断线安
全保障装置9的零线电流等于其零线电流额定值；
[0043]
步骤2.2、如图4所示，当断线安全保障装置9的控制器11识别到三相四线制馈线a2发生断一相线故障时，控制器11发出断一相线的告警信号提示维护人员，并转入断一相线控制模式：控制器11控制断线安全保障装置9输出基本平衡的三相交流电压，并控制两正常相输入断线安全保障装置9的电流，使得断线安全保障装置9的直流电压保持在设定值附近，从而确保断线安全保障装置9对应的负载仍由基本平衡的三相电压供电；同时实时计算三相四线制馈线a2两正常相和零线(n线6)的电流有效值，若计算得到的电流有效值超过额定值，则控制器11调低断线安全保障装置9对应于三相四线制馈线a2断线相的输出电压以确保馈线电流不超过额定值；
[0044]
步骤2.3、如图5所示，当断线安全保障装置9的控制器11识别到三相四线制馈线a2发生断两相线故障时，控制器11发出断两相线的告警信号提示维护人员，并转入断两相线控制模式：控制器11控制断线安全保障装置9输出基本平衡的三相交流电压，并控制剩余一个正常相输入断线安全保障装置9的电流，使得断线安全保障装置9的直流电压保持在设定值附近，从而确保断线安全保障装置9对应的负载仍然由基本平衡的三相电压供电；同时实时计算三相四线制馈线a2正常相和零线(n线6)的电流有效值，若计算得到的电流有效值超过额定值，则控制器11调低断线安全保障装置9对应于三相四线制馈线a2两断线相的输出电压以确保馈线电流不超过额定值；
[0045]
步骤2.4、如图6所示，当断线安全保障装置9的控制器11识别到三相四线制馈线a2发生断一相线加断零线故障时，控制器11发出断一相线加断零线告警信号提示维护人员，并转入断一相线加断零线控制模式：控制器11控制断线安全保障装置9输出基本平衡的三相交流电压，并控制两正常相输入断线安全保障装置9的电流，使得断线安全保障装置9的直流电压保持在其设定值附近，使得流入断线安全保障装置9的零线电流等于断线安全保障装置9对应负载的零线电流，从而确保对应三相负载的中性点电压不偏移，断线安全保障装置9对应负载仍由基本平衡的三相电压供电；同时实时计算三相四线制馈线a2两正常相的电流有效值，一旦计算得到的电流有效值超过其额定值，则控制器11调整断线安全保障装置9对应于三相四线制馈线a2断线相的输出电压，以确保馈线电流不超过额定值。