一种配电网消弧装置及使用该装置进行配电网消弧的方法

摘要

本发明提供一种配电网消弧装置及方法，所述装置包括一级开关、二级开关、电压互感器、电压取样单元、电流互感器、监控单元以及高压熔断器，电压互感器串高压熔断器联接在母线与地网之间；一级开关的三台单相高压开关的高压端分别与三相母线联接，低压端并联后与二级开关的高压端相联接，二级开关的低压端串电流互感器与地网联接，电压取样单元接在二级开关的高压端与电流互感器之间，监控单元用于根据电压互感器输出的二次侧相电压和开三角电压进行监测和分析得出故障判断结果，输出分、合闸指令，控制一级开关和二级开关动作。本发明能有效消除雷电闪络等引起的配电网单相弧光接地故障，同时具备保护功能，在执行消弧动作时能有效防止相间短路。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统接地故障处理技术领域，具体是一种配电网消弧装置及使用该装置进行配电网消弧的方法。

背景技术

我国配电网为中性点非直接接地系统，需配置消弧装置来消除雷电闪络等单相接地故障。目前我国配电网消弧装置主要为消弧线圈，其原理是，当电网发生单相接地故障时，提供一电感电流，补偿接地电容电流，使故障点的电流减小，也使得故障相接地电弧两端的恢复电压速度降低，达到熄灭电弧的目的。但随着城市配电网发展和高压电缆应用，单相接地故障电流不断增大，配套消弧线圈的容量和造价随之明显增大和提高，其价格有时可达几十万元；另一方面，若新扩电力线路，电网对地电容变化使单相接地故障电流增大，当超出已安装消弧线圈补偿范围时，则须更换或增添新的消弧线圈，使配电网设备投资和管理工作量大为增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种配电网消弧装置及使用该装置进行配电网消弧的方法，其结构简单，造价低，能有效消除雷电闪络等引起的配电网单相弧光接地故障，而且对故障电流大小没有严格限制，即使电网增扩新线路该装置也无需调整，同时具备保护功能，在执行消弧动作时能有效防止相间短路。

为实现此目的，本发明提供一种配电网消弧装置，包括一级开关、二级开关、电压互感器、电压取样单元、电流互感器、监控单元以及高压熔断器，所述电压互感器串高压熔断器联接在母线与地网之间；所述一级开关为三台单相高压开关，所述二级开关为一台单相高压开关，一级开关的三台单相高压开关的高压端分别与三相母线联接，低 压端并联后与二级开关的高压端相联接，二级开关的低压端串电流互感器与地网联接，电压取样单元接在二级开关的高压端与电流互感器之间，监控单元用于获取电压互感器输出的二次侧相电压和开三角电压、电压取样单元输出的二级开关的高压端与地网之间的电压以及电流互感器监测的经地网形成回路的电流，并根据电压互感器的二次侧相电压、开三角电压进行监测和分析得出故障判断结果，根据故障判断结果输出分、合闸指令，控制一级开关和二级开关动作。

进一步的，所述单相高压开关耐压等级与配电网电压等级相同。

进一步的，所述电压互感器的耐压等级与配电网电压等级相同，所述电压互感器带有二次侧相电压绕组和开三角绕组。

进一步的，所述电压取样单元用于获取二级开关的高压端与地网之间的电压，所述电压取样单元为高压分压器或单相电压互感器，耐压等级与配电网电压等级相同。

进一步的，所述高压熔断器的电压等级与配电网电压等级相同。

进一步的，所述监控单元还用于显示电压电流数据和状态信息，显示数据包括电压互感器输出的二次侧相电压和开三角电压、电压取样单元输出的二级开关两端的电压以及电流互感器输出的回路电流值，状态信息包括故障相的相别、一级开关动作指令执行状态、二级开关指令执行状态。

一种利用上述装置进行配电网消弧的方法，监控单元获取电压互感器输出的二次侧相电压和开三角电压，并进行数据分析，当配电网发生弧光接地故障时，二次侧相电压和开三角电压发生异常变化，监控单元通过故障相辨识程序判断出故障相，并发出指令，控制一级开关和二级开关执行合闸动作，在延时一定时间后，发出分闸指令，控制一级开关和二级开关执行分闸动作，从而完成消弧功能。

进一步的，如果监控单元故障相判断正确，一级开关连接在故障相上的高压开关合闸，则施加在电压取样单元上的电压为故障相电压是低电压，低电压时二级开关没有闭锁，接收到监控单元的指令可实现合闸，从而使母线故障相与地网联接，延时一定时间后，故障点空 气绝缘恢复，监控单元再发出指令，控制一级开关和二级开关分闸；如果故障相判断错误，监控单元发出指令，控制一级开关连接在程序判断的故障相上的高压开关合闸后，因施加在电压取样单元上的电压为非故障相电压是高电压，二级开关处于闭锁状态，二级开关接收到合闸指令会拒动不合闸，以避免故障相误判造成相间短路事故，延时一定时间后，监控单元再发出指令控制一级开关和二级开关分闸。

本发明采用上述技术方案具有以下的有益效果和优点：

本发明由常规的单相高压开关、电压互感器、电流互感器及监控单元组成，因而具有结构简单、造价低的优点；由于高压开关是实现故障电流路径转移的唯一切换设备，常规高压开关的通流能力可达1000A以上，而故障电流一般在100A以下，因此本发明对故障电流大小没有严格限制，即使电网增扩新线路该装置也无需调整，大大减少配电网设备投资和管理工作量，经济效益明显。

本发明在控制回路中增加了由高压分压器或单相电压互感器构成的安全保护装置，若发生故障相判断错误，保护装置能够保持高压开关处于闭锁状态，不执行合闸指令，因此本发明能够防止相间短路事故，保障电网安全，从而有利于推广应用。

附图说明

图1是本发明配电网消弧装置的电路结构示意图。

图中：1—一级开关，2—二级开关，3—电压互感器，4—电压取样单元，5—电流互感器，6—监控单元，7—高压熔断器。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1所示为本发明一种配电网消弧装置的电路结构示意图，所述配电网消弧装置包括一级开关1、二级开关2、电压互感器3、电压取样单元4、电流互感器5、监控单元6以及高压熔断器7。

所述一级开关1为三台单相高压开关，它们的高压端分别与三相母线联接，低压端并联后与二级开关2的高压端联接。

所述二级开关2为一台单相高压开关，其高压端与一级开关1的低压端联接，低压端经电流互感器5与地网联接。

所述电压互感器3串高压熔断器7联接在母线与地网之间，电压互感器3带有二次侧相电压绕组和开三角绕组。

所述电压取样单元4联接在二级开关2的高压端与电流互感器5之间，用于获取电压信号后输出给监控单元6。

所述电流互感器5串接在二级开关2与地网的回路中，用于监测回路电流。

所述监控单元6的输入端分别与电压互感器3、电压取样单元4、电流互感器5的输出端联接，所述监控单元6的输出端分别与一级开关1、二级开关2联接。所述监控单元6用于对电压互感器3的二次侧相电压、开三角电压进行监测和分析，若分析出存在故障相，则控制一级开关1和二级开关2执行合闸动作，以实现消弧和信息显示等功能。

本发明的工作原理：

电网正常运行时，一级开关1和二级开关2均为分闸状态。当因雷电闪络引起配电网发生单相弧光接地故障时，监控单元6监测到电压互感器3二次侧相电压和开三角电压出现异常变化，监控单元6首先通过故障相辨识程序分析电压互感器3的二次侧电压，自动判断出故障相，然后依次向一级开关1和二级开关2发出合闸指令。此时如果故障相判断正确，一级开关1连接在故障相上的高压开关合闸，则施加在电压取样单元4上的电压为故障相电压(小于无故障相电压)是低电压，低电压时二级开关2没有闭锁，接收到监控单元6的指令可实现合闸，从而使母线故障相与地网联接，因地网接地电阻远小于线路故障点接地电阻，线路故障点工频续流绝大部分被分流到地网，剩余残流很小，电流过零后电弧熄灭，工频续流全部经地网形成回路，实现电流转移，延时Δt(数秒)后，故障点空气绝缘已经得到恢复，监控单元6再发出指令，控制一级开关1和二级开关2分闸，整个消弧过程完成，电网即可恢复正常运行，此时消弧装置恢复到初始状态。

如果故障相判断错误，监控单元6发出指令，控制一级开关1连接在程序判断的故障相上的高压开关合闸后，因施加在电压取样单元4上的电压为非故障相电压(大于相电压)是高电压，由于高电压的存在，二级开关2处于闭锁状态，因此二级开关2即使接收到合闸指令，也会拒动不合闸，从而避免故障相误判造成相间短路事故。延时Δt(数秒)后，监控单元6再发出指令控制一级开关1和二级开关分闸，整个消弧装置恢复到初始状态，重新开始信号采集、故障相辨识和消弧装置控制程序。

电流互感器5的二次侧信号反映流过消弧装置的故障电流，其数据采集和信息显示由监控单元6完成。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。