電力輸配電系統弧光過電壓限制及小電流接地選線綜合裝置的製作方法

2023-07-20 07:36:26 1

專利名稱：電力輸配電系統弧光過電壓限制及小電流接地選線綜合裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力輸配電系統過電壓限制，特別涉及電力輸配電系 統弧光接地過電壓限制及接地選線的領域，具體為電力輸配電系統弧光過 電壓限制及小電流接地選線綜合裝置。
背景技術：
電力輸配電系統，尤其是中高壓輸配電電力系統(3-35KV)大都採用 中性點非有效接地系統。在中性點非有效接地系統中，除雷電過電壓外， 由單相接地電弧引起的過電壓最為頻繁，並且這類過電壓有較高的幅值和 較長的持續時間，如果該類過電壓不能進行有效的限制，將會對這類電網 中的供用電設備產生積累性損傷，並且可能在外絕緣薄弱點造成對地發生 擊穿或相間閃絡，從而引發短路事故等。
目前,限制弧光接地過電壓的主要措施仍是電網中性點經消弧線圈接 地。但消弧線圈並不能消除間歇性電弧接地過電壓，也不能限制過電壓的 幅值,甚至在某些情況下，因消弧線圈的存在，電弧重燃可能在恢復電壓最 大這一最不利時刻才發生，使弧光接地過電壓升高。消弧線圈不能補償接 地電流中的高頻分量和有功分量，高頻性的間歇電弧接地仍然存在；在有 功分量大於一定值時，故障點接地電弧同樣不能自熄。消弧線圈對限制諧 振引起的過電壓不起任何作用，而且在斷線或高壓側出現零序電壓和零序 電流時極有可能引發鐵磁諧振。實際運行經驗也證明，在中性點經消弧線 圈接地的3 35kv配電網中，因電弧過電壓引發的事故時有發生。
專利號為99229228.x的中國專利公開了一種"三相電力電網非直接接
地系統過電壓限制器"。其採取了將間歇性電弧接地轉變為母線金嵐性l'接 接地的消弧措施，但該過電壓限制器在母線接地和斷開的瞬間造成對系統 的衝擊，特別是斷開接地母線瞬間產生的瞬態過電壓，使在絕緣水平下降 由過電壓衝擊引起的單相間歇電弧接地仍然可能再次發生，而且在接地斷 開後，健全相對地電容上多餘的存儲電荷將通過互感器的繞組放電，造成 繞組的瞬間磁飽和，仍會激發鐵磁諧振。
目前國外(國內也有少數地區開始採用)對此類電網採取中性點經小 電阻接地來抑制這種過電壓，但這種系統在發生單相接地時，不論單相接 地故障是瞬間的、還是永久性的，都直接將故障接地線路切除，而電力系 統的運行經驗表明，單相接地故障絕大多數是瞬間的，特別是架空線路構 成的電網，這樣必然造成停電事故的急劇增多，明顯降低了供電可靠性。
中性點非直接接地系統存在的另一個問題，就是接地保護選擇性差。 現行的小電流選線裝置都是採用比較零序電流的幅值和相位的方法進行選 線，但是採用這兩種方法進行接地選線的裝置，在零序電流較小時及系統 發生弧光接地時，根本不能準確的選出故障線路，另外隨著專利號為
99229228.x的一種消弧裝置的大量使用，原先系統的接地故障點會在該裝 置的消弧過程中被轉移到系統的母線上，所以在裝設了專利號為 99229228.x的消弧裝置的電力系統中，現在所有的小電流接地選線裝置都 不能準確選線。 發明內容
本實用新型針對現有技術存在的缺陷和問題，提供一種電力輸配電系 統弧光接地過電壓限制及小電流接地選線綜合裝置。本實用新型的目的， 在於研製一套新型保護裝置，使3 35KV中性點非直接接地電網，在各種運 行方式下，均能有效的限制單相間歇性電弧接地過電壓，對系統發生的任
何接地接地故障，無論系統電容電流的大小，均能」H確的選線。
本實用新型是採用如下技術方案實現的電力輸配電系統弧光接地過 電壓限制及小電流接地選線綜合裝置，包含多功能控制器控制的單相高壓 真空開關和一臺由微機控制器控制的高能限壓滅弧裝置，單相高壓真空開 關為三隻，三隻單相高壓真空開關的常開觸點呈星型連接，其中三個端頭 分別接於系統三相母線之上，另外一端接在高能限壓滅弧裝置上端頭；高 能限壓滅弧裝置由高能氧化鋅線性電阻和高能氧化鋅非線性電阻及一臺高 壓可控快速開關組成，其中高壓可控快速開關並聯高能氧化鋅非線性電阻 兩端，所述高能非線性電阻為高能氧化鋅材料組成的大功率電阻。在電網 發生間隙電弧接地過電壓時，故障相真空接觸器立即將高能限壓滅弧裝置 投入到故障相上，利用高能氧化鋅線性電阻和高能氧化鋅非線性電阻共同 組成的限壓滅弧電路，對故障相的過電壓進行限制，消除系統弧光接地過 電壓；在發生穩定的電弧接地時，微機控制器發出指令快速閉合故障相的 高壓真空開關及高能限壓滅弧裝置中的高壓可控快速開關，高能限壓滅弧 裝置中的高能氧化鋅非線性電阻被高壓可控快速開關短接，被使故障相直 接接入高能氧化鋅線性電阻，把故障相變成穩定的阻性接地，利用高能氧 化鋅線性電阻優良的溫度特性及吸能特性，限制故障相的電壓，消除系統 的過電壓；在系統發生單相接地故障時，多功能微機控制器通過比較消弧 裝置動作前後，所有線路的零序電流大小，準確判斷出系統的故障點所在， 解決了現在傳統小電流選線裝置無法與消弧裝置配合的技術難題，能夠準 確選出系統的故障線路。
像現有的弧光過電壓限制器一樣，本實用新型所述的綜合裝置也包含 連接於三相母線與控制器輸入端之間的電壓互感器，用於採集系統的電壓 信號作為控制器的輸入信號，而實現對系統的實時監控。電壓互感器的二
次邊帶有輔助繞組，並將輔助繞組連接成開口二角繞組，開口二角繞組連 接到控制器的信號輸入端，主要用來完成對系統電壓的監測；在系統發生 諧振故障時，通過控制器輸出節點，瞬間短接電壓互感器的開口三角繞組， 破壞系統的諧振參數，消除諧振。
所述的多功能控制器的作用，是以電壓互感器採集的系統電壓作為輸 入信號，相應地控制各高壓真空開關動作，來達到過電壓限制和接地選線 的目的。實現該功能的控制器的結構是本領域技術人員公知且容易實現的。 如可採用單片機構成，也可以使用各種邏輯電路來實現。
本實用新型所述的綜合裝置能夠有效的抑制3~35kv中性點非直接接 地電網單相間歇電弧接地引起的過電壓，能夠確保分支線路單相接地時準 確選線，其消弧和選線的機理與電網電容電流的大小無關，因而不受電網 運行方式的改變和電網擴大的影響，大網小網均可使用，整個裝置可組成 一臺高壓櫃，結構簡單，體積小，安裝、調試方便，價格低廉，使用安全， 可廣泛用於3 35kv變電站和發電廠的高壓廠用系統，原裝有消弧線圈的 系統同樣可用。


圖1為本實用新型所述綜合裝置的電路原理圖；具體實施方式
電力輸配電系統弧光過電壓限制及小電流接地選線綜合裝置，包含多 功能微機控制器l，單相可控高壓真空開關4及高能限壓滅弧裝置5，單相 高壓真空開關為三隻，三隻單相高壓真空開關的常開觸點ZKa、 ZKb、 ZKc 呈星型連接，其中三個端頭分別接於系統三相母線之上，另外一端接在高 能限壓滅弧裝置5上，高能限壓滅弧裝置5由高能氧化鋅線性電阻RV1和 高能氧化鋅非線性電阻RV2及一臺高壓可控快速開關CK組成，其中高壓
可控快速開關CK並聯在高能氧化鋅非線性電阻RV2兩端在。還包含連接 於三相母線與控制器輸入端之間的電壓互感器TV，電j化互感器的二次邊帶 有輔助繞組，並將輔助繞組連接成開口三角繞組，開口三角繞組連接到多 功能微機控制器1的信號輸入端。所述的電壓互感器TV由三臺單相電壓互 感器構成，三隻單相電壓互感器的一次和二次邊均採用星型連接，將二次 邊的三相輔助繞組三角形連接但不閉合而形成開口三角繞組；該電壓互感 器的特點是線性範圍寬、相移小，即使在系統發生最嚴重的弧光接地過電 壓時，也能保證其輸出信號的幅值和相位的準確性。多功能微機控制器1 採用以單片機為核心的硬體結構(輔以精心設計的軟體)；裝置還包含高壓 隔離開關QS，作為本裝置與電力系統連接的主要部件，可通過該元件實現 本裝置與系統的通斷；還包含高壓熔斷器2 ，作為本裝置的後備保護單元， 主要用來保護電壓互感器的安全運行；還包含快速熔斷器3 ，作為本裝置 的主要後備保護單元，特點在於開斷時間短(〈2ms)，開斷容量大(〉63kA)， 主要用來防止裝置的內部短路故障；還包含組合式過電壓保護器6，主要用 來保護操作過電壓和雷電過電壓。
工作時，由電壓互感器TV提供動作信號，完成對系統的實時監控。多 功能微機控制器在相應軟體支持下，根據電壓互感器提供的三相電壓及 零序電壓瞬時值的變化進行判斷，並根據判斷的結果，發出相應的指令， 令三隻高壓真空開關及並聯在高能氧化鋅非線性電阻RV2兩端的高壓可控 快速開關CK動作。若是由於真空開關操作引起的操作過電壓，單片機控制 器不會發出任何指令；在發生間歇電弧接地過電壓時，通過閉合故障相的 高壓真空開關的常開觸點ZKa或ZKb或ZKc ，使故障相接入高能限壓滅 弧裝置，洩放接地引起的電磁能量,限制接地相的恢復電壓，故障點因恢復 電壓被限制得較低，電弧不能重燃而消弧。在發生穩定性電弧接地過電壓
時，通過閉合故障相的高壓真空開關的常開觸點ZKa或ZKb或ZKc及並聯 在高能氧化鋅非線性電阻兩端得高壓可控快速開關CK，使故障相轉變成的 阻性接地，從而限制接地相的電壓，消除弧光接地故障；在系統發生單相 接地故障時，多功能控制器通過比較消弧裝置動作前後，所有線路的零序 電流大小，準確判斷出系統的故障點所在，解決了現在傳統小電流選線裝 置無法與消弧裝置配合的技術難題，能夠準確選出系統的故障線路。
權利要求1、一種電力輸配電系統弧光過電壓限制及小電流接地選線綜合裝置，包含控制器、單相高壓真空開關及高能限壓滅弧裝置，其特徵為單相高壓真空開關為三隻，三隻單相高壓真空開關的常開觸點(ZKa、ZKb、ZKc)呈星型連接，其中三個端頭分別接於系統三相母線之上，另外一端接在高能限壓滅弧裝置；所述高能限壓滅弧裝置由高能氧化性線性電阻RV1和高能氧化性非線性電阻RV2及高速可控開關CK組成，高速可控開關CK由微機控制器控制。
2、 如權利要求1所述的電力輸配電系統過電壓限制及小電流接地選線綜合 裝置，其特徵為還包含連接於三相母線與多功能微機控制器輸入端之間的電 壓互感器(TV)，電壓互感器的二次邊帶有輔助繞組，並將輔助繞組連接成開 口三角繞組，開口三角繞組連接到多功能微機控制器的信號輸入端。
3、 如權利要求1或2所述的電力輸配電系統過電壓限制及小電流接地選線 綜合裝置，其特徵為多功能微機控制器採用以單片機為核心的硬體結構，能 夠同時完成對消弧及選線的綜合控制，能夠根據消弧裝置動作前後線路零序電 流的變化情況，準確判斷出接地線路。
專利摘要本實用新型公開了一種為電力輸配電系統弧光過電壓限制及小電流接地選線綜合裝置，涉及電力輸配電系統過電壓保護領域。該電力輸配電系統弧光過電壓限制及小電流接地選線綜合裝置包含由多功能微機控制器、單相高壓真空開關及高能限壓滅弧裝置組成，單相高壓真空開關為三隻，三隻單相高壓真空開關的常開觸點呈星型連接，其中三個端頭分別接於系統三相母線之上，另外一端接在高能限壓滅弧裝置；高能限壓滅弧裝置主要由線性電阻和非線性電阻及高速可控開關組成。本實用新型所述的綜合裝置能夠有效的抑制3～35kv中性點非直接接地電網單相間歇電弧接地及諧振引起的過電壓，能夠確保分支線路單相接地時準確選線，可廣泛用於3～35kv變電站和發電廠的高壓廠用系統，原裝有消弧線圈的系統同樣可用。
文檔編號H02H9/06GK201004553SQ200720001730
公開日2008年1月9日 申請日期2007年1月8日 優先權日2007年1月8日
發明者董殿崢 申請人:李永吉