單相接地故障自愈系統的製作方法
2023-05-06 15:37:51 2
單相接地故障自愈系統的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種單相接地故障自愈系統，包括：單相接地故障檢測單元，實時監測配電系統中的工頻零序電壓，判斷配電系統中是否發生了單相接地故障，並實時檢測配電線路上的零模電壓行波和零模電流行波，判斷配電線路上是否發生了單相接地故障；合環運行單元，在判斷發生單相接地故障後，發出閉合線路末端的聯絡開關的指令；接地線路隔離單元，在所述線路末端的聯絡開關閉合後，發出打開接地區段的負荷側開關的指令，並發出打開所述接地區段的電源側開關的指令，使所述接地區段從所述配電系統中隔離。通過本發明的技術方案，實現了中性點非有效接地系統單相接地故障的自動快速隔離，且保證了在故障隔離過程中負荷不會失電。
【專利說明】單相接地故障自愈系統
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電力系統保護和控制【技術領域】，具體而言，涉及一種單相接地故障自 愈系統。
【背景技術】
[0002] 故障自愈指無需或僅需少量人為幹預，就能實現電力網絡中存在問題的元器件的 隔離或使其恢復正常運行，避免用戶的供電中斷或使供電中斷的時間最小化。智能配電網 建設的核心是實現系統自愈，自愈的內容包括自動故障診斷、故障隔離和系統自我恢復，自 愈的目標是避免負荷停電，以保證對用戶供電的可靠性。
[0003] 配電線路直接與負荷相連，配電線路的安全可靠運行直接關係著負荷供電的可靠 性，然而配電線路故障不可避免。圍繞配電線路故障的處理，電力工作者進行了廣泛深入的 研究：圍繞短路故障，提出了配電線路自動化技術；圍繞不構成短路迴路的單相接地故障， 提出了單相接地選線技術。其中，配電線路自動化技術是在短路故障發生後，快速判斷出故 障，實現故障隔離，在故障隔離後，恢復失電負荷；而單相接地選線技術是在單相接地故障 發生後，選擇接地線路，再由人工切除接地線路，隔離故障。以上的配電線路故障處理技術， 都是為了保護電力設備的安全，在故障發生時，首先將故障線路從系統中隔離。然而，現有 的配電網普遍採用閉環結構，開環運行，當負荷供電的配電網中的任一電力線路因故障被 迫退出運行後，該電力線路所帶的負荷不得不停電，給用戶造成了諸多不便。
[0004] 因此，如何使配電網在不影響負荷供電的基礎上進行故障自愈，成為目前亟待解 決的技術問題。
【發明內容】
[0005] 本發明正是基於上述問題，提出了一種新的技術方案，可以使配電網在不影響負 荷供電的基礎上進行故障自愈。
[0006] 有鑑於此，本發明提出了一種單相接地故障自愈系統，包括：單相接地故障檢測單 元，實時監測配電系統中的工頻零序電壓，判斷所述配電系統中是否發生了單相接地故障， 並實時檢測配電線路上的零模電壓行波和零模電流行波，判斷所述配電線路上是否發生了 單相接地故障；合環運行單元，在判斷所述配電線路上發生單相接地故障後，發出閉合線路 末端的聯絡開關的指令；接地線路隔離單元，在所述線路末端的聯絡開關閉合後，發出打開 接地區段的負荷側開關的指令，並在所述接地區段的負荷側開關打開後，發出打開所述接 地區段的電源側開關的指令，使所述接地區段從所述配電系統中隔離。
[0007] 在現有技術中，配電線路普遍採用中性點非有效接地的方式，具體包括：中性點不 接地、中性點經消弧線圈接地或者中性點經高阻接地。中性點非有效接地系統發生單相接 地故障時，可不立即停止對用戶供電。本發明正是在此基礎上，實現了實時檢測系統中是否 發生了單相接地故障，並在單相接地故障發生後，實現單相接地故障自愈。
[0008] 在該技術方案中，在中性點非有效接地系統中，系統正常運行時，三相電壓對稱， 零序電壓為零。當發生單相接地故障時，接地相電壓降低，健全相電壓升高，零序電壓升高。 在金屬性接地時，接地相電壓降低為零，健全相電壓升高為線電壓，系統中出現很大的零序 電壓。因此，單相接地故障檢測單元是基於配電系統中的電壓電氣量，來判定系統中是否發 生了單相接地故障。例如，可以基於系統母線上的電壓互感器開口三角側測量電壓，系統正 常運行時，電壓互感器開口三角側測量電壓僅為系統不平衡電壓，而系統發生單相接地故 障時，電壓互感器開口三角側測量電壓升高為三倍的相電壓。另外，當配電網中發生單相接 地時，故障點將產生故障行波。根據電磁波理論，故障點產生的故障行波將沿著故障線路向 系統中傳播，在故障行波到達測量點母線時，故障行波將在母線處發生折反射，一部分故障 行波透射進非故障線路，一部分故障行波反射回故障線路，故障線路感受到的初始行波為 入射行波和反射行波的疊加。
[0009] 接地線路故障隔離包括接地區段電源側和負荷側兩端從系統中隔離，傳統的配電 系統接地線路的隔離是先斷開電源側的斷路器，再打開負荷側的斷路器，這種隔離模式的 特點是電源側斷路器打開後，負荷失電，並不能滿足故障自愈的要求。而本發明中的合環運 行單元是先閉合線路末端聯絡開關，實現短時閉環運行，保證負荷不失電。
[0010] 接地線路隔離單元是自愈過程的核心模塊。在線路末端聯絡開關閉合後，打開單 相接地故障區段負荷側的開關，並在在接地區段負荷側開關打開後，打開接地區段電源側 的開關。這樣就保證了接地線路在隔離過程中負荷不失電，滿足了故障自愈的要求。
[0011] 在上述技術方案中，優選地，所述單相接地故障檢測單元通過判斷所述配電線路 上的所述零模電壓行波和所述零模電流行波的極性是否相反來判斷是否發生了單相接地 故障。
[0012] 在該技術方案中，在區外故障時，配電線路上檢測到的行波為正向行波，電壓行波 與電流行波的極性相同；在區內故障時，線路上檢測到的行波反向行波與正向行波的疊加， 電壓行波與電流行波的極性相反。因此，基於線路的零模電壓行波與零模電流行波的極性 特徵，可實現配電線路單相接地故障檢測。
[0013] 通過本發明的技術方案，可以使配電網在不影響負荷供電的基礎上進行故障自 愈，保證了供電的可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014] 圖1示出了根據本發明的實施例的單相接地故障自愈系統的示意框圖。
【具體實施方式】
[0015] 為了能夠更清楚地理解本發明的上述目的、特徵和優點，下面結合附圖和具體實 施方式對本發明進行進一步的詳細描述。
[0016] 在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，但是，本發明還可 以採用其他不同於在此描述的其他方式來實施，因此，本發明並不限於下面公開的具體實 施例的限制。
[0017] 圖1示出了根據本發明的實施例的單相接地故障自愈系統的示意框圖。
[0018] 如圖1所示，根據本發明的實施例的單相接地故障自愈系統100,包括：單相接地 故障檢測單元102,實時監測配電系統中的工頻零序電壓，判斷配電系統中是否發生了單相 接地故障，並實時檢測配電線路上的零模電壓行波和零模電流行波，判斷配電線路上是否 發生了單相接地故障；合環運行單元104,在判斷配電線路上發生單相接地故障後，發出閉 合線路末端的聯絡開關的指令；接地線路隔離單元106,在線路末端的聯絡開關閉合後，發 出打開接地區段的負荷側開關的指令，並在接地區段的負荷側開關打開後，發出打開接地 區段的電源側開關的指令，使接地區段從配電系統中隔離。
[0019] 在現有技術中，配電線路普遍採用中性點非有效接地的方式，具體包括：中性點不 接地、中性點經消弧線圈接地或者中性點經高阻接地。中性點非有效接地系統發生單相接 地故障時，可不立即停止對用戶供電。本發明正是在此基礎上，實現了實時檢測系統中是否 發生了單相接地故障，並在單相接地故障發生後，實現單相接地故障自愈。
[0020] 在該技術方案中，在中性點非有效接地系統中，系統正常運行時，三相電壓對稱， 零序電壓為零。當發生單相接地故障時，接地相電壓降低，健全相電壓升高，零序電壓升高。 在金屬性接地時，接地相電壓降低為零，健全相電壓升高為線電壓，系統中出現很大的零序 電壓。因此，單相接地故障檢測單元102是基於配電系統中的電壓電氣量，來判定系統中是 否發生了單相接地故障。例如，可以基於系統母線上的電壓互感器開口三角側測量電壓，系 統正常運行時，電壓互感器開口三角側測量電壓僅為系統不平衡電壓，而系統發生單相接 地故障時，電壓互感器開口三角側測量電壓升高為三倍的相電壓。另外，當配電網中發生單 相接地時，故障點將產生故障行波。根據電磁波理論，故障點產生的故障行波將沿著故障線 路向系統中傳播，在故障行波到達測量點母線時，故障行波將在母線處發生折反射，一部分 故障行波透射進非故障線路，一部分故障行波反射回故障線路，故障線路感受到的初始行 波為入射行波和反射行波的疊加。
[0021] 接地線路故障隔離包括接地區段電源側和負荷側兩端從系統中隔離，傳統的配電 系統接地線路的隔離是先斷開電源側的斷路器，再打開負荷側的斷路器，這種隔離模式的 特點是電源側斷路器打開後，負荷失電，不能滿足故障自愈的要求。而在本發明的合環運行 單元104是先閉合線路末端聯絡開關，實現短時閉環運行，保證負荷不失電。
[0022] 接地線路隔離單元106是自愈過程的核心模塊。在線路末端聯絡開關閉合後，打 開單相接地故障區段負荷側的開關，並在在接地區段負荷側開關打開後，打開接地區段電 源側的開關。這樣就保證了接地線路在隔離過程中負荷不失電，滿足了故障自愈的要求。
[0023] 在上述技術方案中，優選地，單相接地故障檢測單元102通過判斷配電線路上的 零模電壓行波和零模電流行波的極性是否相反來判斷是否發生了單相接地故障。
[0024] 在該技術方案中，在區外故障時，配電線路上檢測到的行波為正向行波，電壓行波 與電流行波的極性相同；在區內故障時，線路上檢測到的行波反向行波與正向行波的疊加， 電壓行波與電流行波的極性相反。因此，基於線路的零模電壓行波與零模電流行波的極性 特徵，可實現配電線路單相接地故障檢測。
[0025] 以上結合附圖詳細說明了本發明的技術方案，通過本發明的技術方案，可以使配 電網在不影響負荷供電的基礎上進行故障自愈，保證了供電的可靠性。
[0026] 以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技 術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1. 一種單相接地故障自愈系統，其特徵在於，包括： 單相接地故障檢測單元，實時監測配電系統中的工頻零序電壓，判斷所述配電系統中 是否發生了單相接地故障，並實時檢測配電線路上的零模電壓行波和零模電流行波，判斷 所述配電線路上是否發生了單相接地故障； 合環運行單元，在判斷所述配電線路上發生單相接地故障後，發出閉合線路末端的聯 絡開關的指令； 接地線路隔離單元，在所述線路末端的聯絡開關閉合後，發出打開接地區段的負荷側 開關的指令，並在所述接地區段的負荷側開關打開後，發出打開所述接地區段的電源側開 關的指令，使所述接地區段從所述配電系統中隔離。
2. 根據權利要求1所述的單相接地故障自愈系統，其特徵在於，所述單相接地故障檢 測單元通過判斷所述配電線路上的所述零模電壓行波和所述零模電流行波的極性是否相 反來判斷是否發生了單相接地故障。
【文檔編號】G01R31/08GK104113049SQ201410341979
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月17日 優先權日:2014年7月17日
【發明者】施慎行, 董新洲, 劉健 申請人:清華大學, 國家電網公司, 國網陝西省電力公司電力科學研究院