單相接地故障自愈系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種單相接地故障自愈系統(tǒng)，包括：單相接地故障檢測單元，實時監(jiān)測配電系統(tǒng)中的工頻零序電壓，判斷配電系統(tǒng)中是否發(fā)生了單相接地故障，并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(fā)生了單相接地故障；合環(huán)運行單元，在判斷發(fā)生單相接地故障后，發(fā)出閉合線路末端的聯(lián)絡開關的指令；接地線路隔離單元，在所述線路末端的聯(lián)絡開關閉合后，發(fā)出打開接地區(qū)段的負荷側開關的指令，并發(fā)出打開所述接地區(qū)段的電源側開關的指令，使所述接地區(qū)段從所述配電系統(tǒng)中隔離。通過本發(fā)明的技術方案，實現了中性點非有效接地系統(tǒng)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(tǒng)
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)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(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 故障自愈指無需或僅需少量人為干預，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(tǒng)自愈，自愈的內容包括自動故障診斷、故障隔離和系統(tǒng)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系著負荷供電的可靠 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；圍繞不構成短路回路的單相接地故障， 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(fā)生后，快速判斷出故 障，實現故障隔離，在故障隔離后，恢復失電負荷；而單相接地選線技術是在單相接地故障 發(fā)生后，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(fā)生時，首先將故障線路從系統(tǒng)中隔離。然而，現有 的配電網普遍采用閉環(huán)結構，開環(huán)運行，當負荷供電的配電網中的任一電力線路因故障被 迫退出運行后，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(fā)明內容】
[0005] 本發(fā)明正是基于上述問題，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] 有鑒于此，本發(fā)明提出了一種單相接地故障自愈系統(tǒng)，包括：單相接地故障檢測單 元，實時監(jiān)測配電系統(tǒng)中的工頻零序電壓，判斷所述配電系統(tǒng)中是否發(fā)生了單相接地故障， 并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(fā)生了 單相接地故障；合環(huán)運行單元，在判斷所述配電線路上發(fā)生單相接地故障后，發(fā)出閉合線路 末端的聯(lián)絡開關的指令；接地線路隔離單元，在所述線路末端的聯(lián)絡開關閉合后，發(fā)出打開 接地區(qū)段的負荷側開關的指令，并在所述接地區(qū)段的負荷側開關打開后，發(fā)出打開所述接 地區(qū)段的電源側開關的指令，使所述接地區(qū)段從所述配電系統(tǒng)中隔離。
[0007] 在現有技術中，配電線路普遍采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(tǒng)發(fā)生單相接 地故障時，可不立即停止對用戶供電。本發(fā)明正是在此基礎上，實現了實時檢測系統(tǒng)中是否 發(fā)生了單相接地故障，并在單相接地故障發(fā)生后，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(tǒng)中，系統(tǒng)正常運行時，三相電壓對稱， 零序電壓為零。當發(fā)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(tǒng)中出現很大的零序 電壓。因此，單相接地故障檢測單元是基于配電系統(tǒng)中的電壓電氣量，來判定系統(tǒng)中是否發(fā) 生了單相接地故障。例如，可以基于系統(tǒng)母線上的電壓互感器開口三角側測量電壓，系統(tǒng)正 常運行時，電壓互感器開口三角側測量電壓僅為系統(tǒng)不平衡電壓，而系統(tǒng)發(fā)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(fā)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(tǒng)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(fā)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(qū)段電源側和負荷側兩端從系統(tǒng)中隔離，傳統(tǒng)的配電 系統(tǒng)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后，負荷失電，并不能滿足故障自愈的要求。而本發(fā)明中的合環(huán)運 行單元是先閉合線路末端聯(lián)絡開關，實現短時閉環(huán)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(lián)絡開關閉合后，打開單 相接地故障區(qū)段負荷側的開關，并在在接地區(qū)段負荷側開關打開后，打開接地區(qū)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(yōu)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(fā)生了單相接地 故障。
[0012] 在該技術方案中，在區(qū)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(qū)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，基于線路的零模電壓行波與零模電流行波的極性 特征，可實現配電線路單相接地故障檢測。
[0013] 通過本發(fā)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(fā)明的實施例的單相接地故障自愈系統(tǒng)的示意框圖。
【具體實施方式】
[0015] 為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點，下面結合附圖和具體實 施方式對本發(fā)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(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可 以采用其他不同于在此描述的其他方式來實施，因此，本發(fā)明并不限于下面公開的具體實 施例的限制。
[0017] 圖1示出了根據本發(fā)明的實施例的單相接地故障自愈系統(tǒng)的示意框圖。
[0018] 如圖1所示，根據本發(fā)明的實施例的單相接地故障自愈系統(tǒng)100,包括：單相接地 故障檢測單元102,實時監(jiān)測配電系統(tǒng)中的工頻零序電壓，判斷配電系統(tǒng)中是否發(fā)生了單相 接地故障，并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(fā)生了單相接地故障；合環(huán)運行單元104,在判斷配電線路上發(fā)生單相接地故障后，發(fā)出閉 合線路末端的聯(lián)絡開關的指令；接地線路隔離單元106,在線路末端的聯(lián)絡開關閉合后，發(fā) 出打開接地區(qū)段的負荷側開關的指令，并在接地區(qū)段的負荷側開關打開后，發(fā)出打開接地 區(qū)段的電源側開關的指令，使接地區(qū)段從配電系統(tǒng)中隔離。
[0019] 在現有技術中，配電線路普遍采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(tǒng)發(fā)生單相接 地故障時，可不立即停止對用戶供電。本發(fā)明正是在此基礎上，實現了實時檢測系統(tǒng)中是否 發(fā)生了單相接地故障，并在單相接地故障發(fā)生后，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(tǒng)中，系統(tǒng)正常運行時，三相電壓對稱， 零序電壓為零。當發(fā)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(tǒng)中出現很大的零序 電壓。因此，單相接地故障檢測單元102是基于配電系統(tǒng)中的電壓電氣量，來判定系統(tǒng)中是 否發(fā)生了單相接地故障。例如，可以基于系統(tǒng)母線上的電壓互感器開口三角側測量電壓，系 統(tǒng)正常運行時，電壓互感器開口三角側測量電壓僅為系統(tǒng)不平衡電壓，而系統(tǒng)發(fā)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(fā)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(tǒng)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(fā)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(qū)段電源側和負荷側兩端從系統(tǒng)中隔離，傳統(tǒng)的配電 系統(tǒng)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后，負荷失電，不能滿足故障自愈的要求。而在本發(fā)明的合環(huán)運行 單元104是先閉合線路末端聯(lián)絡開關，實現短時閉環(huán)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(lián)絡開關閉合后，打 開單相接地故障區(qū)段負荷側的開關，并在在接地區(qū)段負荷側開關打開后，打開接地區(qū)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(yōu)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(fā)生了單相接地故障。
[0024] 在該技術方案中，在區(qū)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(qū)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，基于線路的零模電壓行波與零模電流行波的極性 特征，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(fā)明的技術方案，通過本發(fā)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(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技 術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)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(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種單相接地故障自愈系統(tǒng)，其特征在于，包括： 單相接地故障檢測單元，實時監(jiān)測配電系統(tǒng)中的工頻零序電壓，判斷所述配電系統(tǒng)中 是否發(fā)生了單相接地故障，并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(fā)生了單相接地故障； 合環(huán)運行單元，在判斷所述配電線路上發(fā)生單相接地故障后，發(fā)出閉合線路末端的聯(lián) 絡開關的指令； 接地線路隔離單元，在所述線路末端的聯(lián)絡開關閉合后，發(fā)出打開接地區(qū)段的負荷側 開關的指令，并在所述接地區(qū)段的負荷側開關打開后，發(fā)出打開所述接地區(qū)段的電源側開 關的指令，使所述接地區(qū)段從所述配電系統(tǒng)中隔離。
2. 根據權利要求1所述的單相接地故障自愈系統(tǒng)，其特征在于，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(fā)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(yōu)先權日:2014年7月17日
【發(fā)明者】施慎行, 董新洲, 劉健 申請人:清華大學, 國家電網公司, 國網陜西省電力公司電力科學研究院