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CN111181146B - 消弧系统及方法 - Google Patents

消弧系统及方法 Download PDF

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CN111181146B CN202010121697.3A CN202010121697A CN111181146B CN 111181146 B CN111181146 B CN 111181146B CN 202010121697 A CN202010121697 A CN 202010121697A CN 111181146 B CN111181146 B CN 111181146B
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Abstract

本发明公开了一种消弧系统及方法。该系统包括：矢量变压器和矢量电压选择开关，其中，该矢量变压器的一次绕组的第一端与配电网连接，该一次绕组的第二端经过该矢量电压选择开关与该矢量变压器的二次绕组的第一端连接，该二次绕组的第二端接地，该二次绕组的输出电压与该一次绕组的电压存在相位差；该矢量电压选择开关在该配电网发生接地故障的情况下相应地闭合。本发明在零序回路中接入了合适相位和幅值的矢量电压，以降低接地故障点电压，消除接地故障点电弧。

Description

消弧系统及方法
技术领域
本发明实施例涉及电力系统保护领域，尤其涉及一种消弧系统及方法。
背景技术
国内6KV～35KV配电网多为中性点不接地系统。据统计，该配电网系统70％以上的故障都是单相接地故障。在发生单相接地故障的情况下，电弧难以熄灭，并且容易产生高倍的高频过电压和工频过电压，危害系统正常运行。如果电弧长时间难以熄灭，那么还将可能发生相间短路事故，导致更严重的后果。
相关技术中，通常在配电网中性点接入消弧线圈，以补偿接地故障点的电流，消除接地故障点的电弧。但是近年来，随着电缆化率的提高，配电网系统的对地电容电流在不断增大，阻性电流、高频电流和谐波电流的绝对值也在增大。由于上述消弧线圈只能对流过接地故障点的工频容性电流进行补偿，因此难以有效地消弧。
相关技术中还采用转移消弧技术，即，在配电网系统母线侧通过选择开关将接地故障点直接金属接地，以转移接地故障点的电流，消除接地故障点的电弧。但是，在上述消弧过程中，由于接地故障相判断不准确，可能造成异名相接地，从而导致相间短路，引发更严重的短路事故。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种消弧系统及方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种消弧系统。该消弧系统包括：矢量变压器和矢量电压选择开关，其中，该矢量变压器的一次绕组的第一端与配电网连接，该一次绕组的第二端经过该矢量电压选择开关与该矢量变压器的二次绕组的第一端连接，该二次绕组的第二端接地，该二次绕组的输出电压与该一次绕组的电压存在相位差；该矢量电压选择开关在该配电网发生接地故障的情况下相应地闭合。
根据本发明的一个方面，还提供了一种消弧系统。该消弧系统包括：矢量变压器和矢量电压选择开关，其中，该矢量变压器的一次绕组的第一端与配电网的II段母线联结开关的第一端连接；该矢量变压器的二次绕组的第一端经过该矢量电压选择开关与该配电网的I段母线联结开关的第二端连接，该二次绕组的第二端接地，该二次绕组的输出电压与该一次绕组的电压存在相位差；该矢量电压选择开关在该配电网发生接地故障的情况下相应地闭合。
根据本发明的实施例，该矢量电压选择开关为分相操作开关。
根据本发明的实施例，该消弧系统还包括：电压传感器，与该配电网连接；以及测控单元，分别与该电压传感器和该矢量电压选择开关连接，该测控单元根据该电压传感器反馈的该配电网的电压信号，判断该配电网是否发生接地故障并在发生接地故障的情况下控制该矢量电压选择开关相应地闭合。
根据本发明的实施例，该消弧系统还包括：电流传感器，该电流传感器的第一端与该二次绕组的第二端连接，该电流传感器的第二端接地；该测控单元还根据该电流传感器反馈的该二次绕组的电流信号判断接地故障是瞬时性接地故障还是永久性接地故障，该测控单元还根据接地故障控制该矢量电压选择开关相应地闭合或开启。
根据本发明的实施例，在该接地故障是永久性接地故障的情况下，该测控单元控制该矢量电压选择开关相应地开启。
根据本发明的另一个方面，提供了一种消弧方法，应用于上述任一种消弧系统，在配电网发生接地故障的情况下，矢量电压选择开关相应地闭合，其中，该矢量电压选择开关的第一端与矢量变压器的一次绕组的第二端连接，该矢量电压选择开关的第二端与该矢量变压器的二次绕组的第一端连接，该矢量变压器的一次绕组的第一端与该配电网连接，该矢量变压器的二次绕组的第二端接地，该矢量变压器的二次绕组的输出电压与该矢量变压器的一次绕组的电压存在相位差。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种消弧方法，应用于上述任一种消弧系统，在配电网发生接地故障的情况下，矢量电压选择开关相应地闭合，其中，该矢量电压选择开关的第一端与配电网的II段母线联结开关的第二端连接，该矢量电压选择开关的第二端与该矢量变压器的二次绕组的第一端连接，该矢量变压器的一次绕组的第一端与该配电网的I段母线联结开关的第一端连接，该矢量变压器的二次绕组的第二端接地，该矢量变压器的二次绕组的输出电压与该矢量变压器的一次绕组的电压存在相位差。
在该矢量电压选择开关相应地闭合之前，还包括：该矢量电压选择开关接收第一指令；该矢量电压选择开关确定与该第一指令对应的第一参数；该矢量电压选择开关根据该第一参数相应地闭合。
根据本发明的实施例，在该矢量电压选择开关接收该第一指令之前，还包括：测控单元根据电压传感器反馈的配电网的电压信号，判断该配电网是否发生接地故障；在发生接地故障的情况下，该测控单元对该矢量变压器发出该第一指令。
根据本发明的实施例，在该配电网的电压信号存在以下三种情况之一时，该测控单元判断该配电网是否发生接地故障：该配电网的三相电压中的任一相电压降低，另两相电压升高；该配电网的三相电压中的任一项电压升高，另两相电压降低；该配电网的零序超过阈值。
根据本发明的实施例，在该矢量电压选择开关相应地闭合之后，还包括：在该接地故障是永久性接地故障的情况下，该测控单元控制该矢量电压选择开关相应地开启。
本发明实施例在零序回路中接入了合适相位和幅值的矢量电压，以降低接地故障点电压，消除接地故障点电弧，这可以避免上述转移消弧技术中，由于接地故障相判断不准确而造成的异名相接地。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为根据本发明实施例的消弧系统的结构示意图一；
图2为根据本发明实施例的消弧系统的结构示意图二；
图3为根据本发明实施例的消弧方法的流程图；以及
图4为根据本发明实施例的消弧方法的具体实例的流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
根据本发明的实施例，提供了一种消弧系统。图1为根据本发明实施例的消弧系统的结构示意图一，如图1所示，该消弧系统包括：矢量变压器1和矢量电压选择开关2，其中，该矢量变压器1的一次绕组的第一端与配电网连接，该一次绕组的第二端经过该矢量电压选择开关2与该矢量变压器1的二次绕组的第一端连接，该二次绕组的第二端接地，该二次绕组的输出电压与该一次绕组的电压存在相位差；该矢量电压选择开关2在该配电网发生接地故障的情况下相应地闭合。
根据本发明的实施例，还提供了一种消弧系统。图2为根据本发明实施例的消弧系统的结构示意图二，如图2所示，该消弧系统包括：矢量变压器1和矢量电压选择开关2，其中，该矢量变压器1的一次绕组的第一端与配电网的II段母线联结开关6的第一端连接；该矢量变压器1的二次绕组的第一端经过该矢量电压选择开关2与该配电网的I段母线联结开关6的第二端连接，该二次绕组的第二端接地，该二次绕组的输出电压与该一次绕组的电压存在相位差；该矢量电压选择开关2在该配电网发生接地故障的情况下相应地闭合。
在本发明实施例中，矢量变压器1不同于常规变压器。在常规变压器中，变压器中性点接入的是消弧线圈，用于流过接地短路电流或消弧线圈电流。在矢量变压器中，变压器中性点接入的是电压信号，用于给中性点提供合适相位和幅值的矢量电压，以降低接地故障点电压，消除接地故障点电弧。
需要说明的是，上述矢量变压器1的一、二次绕组的变比可设计为1:1(最优值，不限于此值)。
需要说明的是，关于该二次绕组的输出电压与该一次绕组的电压之间的相位差，为了说明方便，以180度为例进行描述。同时，可选地，该相位差还可以为60度或120度。
根据本发明的一个实施例，该矢量电压选择开关2为分相操作开关。例如，该矢量电压选择开关2为三相操作开关，分别接入配电网中的一相，用于在该配电网中相应的一相发生接地故障的情况下相应地闭合。
根据本发明的实施例，该消弧系统还包括与配电网连接的电压传感器4以及分别与该电压传感器4和该矢量电压选择开关2连接的测控单元3，该测控单元3用于根据该电压传感器4反馈的配电网的电压信号，判断该配电网是否发生接地故障并在发生接地故障的情况下控制该矢量电压选择开关2相应地闭合。本实施例中，增加了电压传感器4和测控单元3，其中，电压传感器4可以采用相关技术中能够检测电压信号的任何传感器，测控单元3可以采用相关技术中能够进行运算、判断的计算单元。本领域技术人员知晓，电压传感器4和测控单元3的增加，有利于更精确地判断该配电网是否发生接地故障并在发生接地故障的情况下控制该矢量电压选择开关2相应地闭合。
根据本发明的实施例，该消弧系统还包括电流传感器5，该电流传感器5的第一端与二次绕组的第二端连接，该电流传感器4的第二端接地。同时，该测控单元3还根据电流传感器5反馈的二次绕组的电流信号判断接地故障是瞬时性接地故障还是永久性接地故障，该测控单元3还根据接地故障控制该矢量电压选择开关2相应地闭合或开启。
本实施例中，进一步增加了电流传感器5，其中，电流传感器5可以采用相关技术中能够检测电流信号的任何传感器。本领域技术人员知晓，电流传感器5的增加有利于进一步判断该配电网的接地故障是瞬时性接地故障还是永久性接地故障，以根据接地故障控制该矢量电压选择开关2相应地闭合或开启。
具体来说，如果接地故障是永久性接地故障(例如持续超过预定时间)，那么该测控单元3判断该配电网的接地故障是永久性接地故障，因此控制该矢量电压选择开关2相应地开启。需要说明的是，该矢量电压选择开关2相应地开启不是代表放弃解决接地故障点的问题，恰恰相反，因为该配电网的接地故障是永久性接地故障，所以这已经不是测控单元3和矢量电压选择开关2本身能够解决的问题，因此将由测控单元3进一步触发其他电子元器件进行解决。
根据本发明的实施例，提供了一种消弧方法，该方法可以应用于上述任一种的消弧系统。该方法包括：在配电网发生接地故障的情况下，矢量电压选择开关相应地闭合，其中，该矢量电压选择开关的第一端与矢量变压器的一次绕组的第二端连接，该矢量电压选择开关的第二端与该矢量变压器的二次绕组的第一端连接，该矢量变压器的一次绕组的第一端与配电网连接，该矢量变压器的二次绕组的第二端接地，该矢量变压器的二次绕组的输出电压与该矢量变压器的一次绕组的电压存在相位差。
根据本发明的实施例，还提供了一种消弧方法，该方法可以应用于上述任一种消弧系统，在配电网发生接地故障的情况下，矢量电压选择开关相应地闭合，其中，该矢量电压选择开关的第一端与配电网的II段母线联结开关的第二端连接，该矢量电压选择开关的第二端与该矢量变压器的二次绕组的第一端连接，该矢量变压器的一次绕组的第一端与该配电网的I段母线联结开关的第一端连接，该矢量变压器的二次绕组的第二端接地，该矢量变压器的二次绕组的输出电压与该矢量变压器的一次绕组的电压存在相位差。
在本发明实施例的矢量变压器中，通过矢量电压选择开关的闭合，变压器中性点接入的是电压信号，用于给中性点提供合适相位和幅值的矢量电压，以降低接地故障点电压，消除接地故障点电弧。
图3为根据本发明实施例的消弧方法的流程图，如图3所示，还描述了在该矢量电压选择开关相应地闭合(步骤S308)之前的步骤，包括：
步骤S302：该矢量电压选择开关接收第一指令，其中该第一指令可以由工作人员手动发出，也可以由其他电子元器件自动触发；
步骤S304：该矢量电压选择开关确定与该第一指令对应的第一参数；以及
步骤S306：该矢量电压选择开关确定根据该第一参数相应地闭合。
本实施例中详细描述了矢量电压选择开关的闭合操作。通过矢量电压选择开关更精确地闭合，变压器中性点接入的是电压信号，用于给中性点提供合适相位和幅值的矢量电压，以降低接地故障点电压，消除接地故障点电弧。
根据本发明的一个实施例，在矢量电压选择开关接收该第一指令之前，还包括：测控单元根据电压传感器反馈的配电网的电压信号，判断配电网是否发生接地故障；以及在发生接地故障的情况下，该测控单元对该矢量变压器发出该第一指令。具体来说，在配电网的电压信号存在以下三种情况之一时，该测控单元判断该配电网是否发生接地故障：配电网的三相电压中的任一相电压降低，另两相电压升高；配电网的三相电压中的任一项电压升高，另两相电压降低；配电网的零序超过阈值。在本发明实施例中，详细描述了测控单元如何通过测量配电网的电压信号来判断配电网是否发生接地故障，特别是，上述三种情况代表了配电网发生接地故障情况中的绝大多数。
根据本发明的一个实施例，该矢量电压选择开关相应地闭合之后，还包括：在该接地故障是永久性接地故障(例如持续超过预定时间)的情况下，该测控单元控制该矢量电压选择开关相应地开启。如上文已经详细描述的，如果测控单元3还根据电流传感器5反馈的二次绕组的电流信号判断接地故障持续超过预定时间，那么该配电网的接地故障是永久性接地故障，因此控制该矢量电压选择开关2相应地开启。需要说明的是，该矢量电压选择开关2相应地开启不是代表放弃解决接地故障点的问题，恰恰相反，因为该配电网的接地故障是永久性接地故障，所以这已经不是测控单元3和矢量电压选择开关2本身能够解决的问题，因此将由测控单元3进一步触发其他电子元器件进行解决。
为了进一步说明上述实施例的实现过程，本发明还提供了一个具体实例。图4为根据本发明实施例的消弧方法的具体实例的流程图，如图4所示，包括如下的步骤S402至步骤S406。
步骤S402：测控单元通过电压传感器实时监测配电网的电压状态，判断配电网是否发生接地故障并判断接地故障类型。
优选的，测控单元可以通过电压传感器实时监测矢量变压器二次绕阻的电压信号从而实时监测配电网的电压状态，原因在于，配电网中发生单相接地时，通常会出现一相电压降低并且两相电压升高，或者出现一相电压升高并且两相电压小幅降低，或者出现零序电压超过阈值。因此，测控单元通过电压传感器监测配电网的各相电压，当监测到配电网中出现上述情况时，则通常可以判定配电网发生单相接地故障。
步骤S404：在配电网发生单相接地故障的情况下，测控单元对矢量电压选择开关发出第一指令，将该矢量电压选择开关经矢量变压器的二次绕组接入一次绕组的第二端。
步骤S406：测控单元通过电压传感器继续实时监测配电网的电压状态。如果接地故障持续超过预定时间，那么该测控单元3判断该配电网的接地故障是永久性接地故障，因此控制该矢量电压选择开关2相应地开启并且触发其他电子元器件解决该接地故障。
综上所述，根据本发明的上述实施例，提供了一种消弧系统和方法。该消弧系统包括：矢量变压器和矢量电压选择开关，其中，该矢量变压器的一次绕组的第一端与配电网连接，该一次绕组的第二端经过该矢量电压选择开关与该矢量变压器的二次绕组的第一端连接，该二次绕组的第二端接地，该二次绕组的输出电压与该一次绕组的电压存在相位差；该矢量电压选择开关在该配电网发生接地故障的情况下相应地闭合。本发明实施例在零序回路中接入了合适相位和幅值的矢量电压，以降低接地故障点电压，消除接地故障点电弧，这可以避免上述转移消弧技术中，由于接地故障相判断不准确而造成的异名相接地。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种消弧系统，其特征在于，包括：矢量变压器、矢量电压选择开关、电压传感器、电流传感器和测控单元，其中，
所述矢量变压器的一次绕组的第一端与配电网连接，所述一次绕组的第二端经过所述矢量电压选择开关与所述矢量变压器的二次绕组的第一端连接，所述二次绕组的第二端接地，所述二次绕组的输出电压与所述一次绕组的电压存在相位差；
所述矢量电压选择开关在所述配电网发生接地故障的情况下相应地闭合；
所述电压传感器与所述配电网连接；
所述测控单元分别与所述电压传感器和所述矢量电压选择开关连接，所述测控单元根据所述电压传感器反馈的所述配电网的电压信号，判断所述配电网是否发生接地故障并在发生接地故障的情况下控制所述矢量电压选择开关相应地闭合；
所述电流传感器的第一端与所述二次绕组的第二端连接，所述电流传感器的第二端接地；所述测控单元还根据所述电流传感器反馈的所述二次绕组的电流信号判断接地故障是瞬时性接地故障还是永久性接地故障；
在所述接地故障是永久性故障的情况下，所述测控单元控制所述矢量电压选择开关相应地开启。
2.一种消弧系统，其特征在于，包括：矢量变压器、矢量电压选择开关、电压传感器、电流传感器和测控单元，其中，
所述矢量变压器的一次绕组的第一端与配电网的II段母线连接；
所述矢量变压器的二次绕组的第一端经过所述矢量电压选择开关与所述配电网的I段母线连接，所述二次绕组的第二端接地，所述二次绕组的输出电压与所述一次绕组的电压存在相位差；
所述矢量电压选择开关在所述配电网发生接地故障的情况下相应地闭合；
所述电压传感器与所述配电网连接；
所述测控单元分别与所述电压传感器和所述矢量电压选择开关连接，所述测控单元根据所述电压传感器反馈的所述配电网的电压信号，判断所述配电网是否发生接地故障并在发生接地故障的情况下控制所述矢量电压选择开关相应地闭合；
所述电流传感器的第一端与所述二次绕组的第二端连接，所述电流传感器的第二端接地；所述测控单元根据所述电流传感器反馈的所述二次绕组的电流信号判断接地故障是瞬时性接地故障还是永久性接地故障；
在所述接地故障是永久性故障的情况下，所述测控单元控制所述矢量电压选择开关相应地开启。
3.根据权利要求1或2所述的消弧系统，其特征在于，所述矢量电压选择开关为分相操作开关。
4.一种消弧方法，应用于如权利要求1所述的消弧系统，其特征在于，在配电网发生接地故障的情况下，矢量电压选择开关相应地闭合，其中，
所述矢量电压选择开关的第一端与矢量变压器的一次绕组的第二端连接，所述矢量电压选择开关的第二端与所述矢量变压器的二次绕组的第一端连接，
所述矢量变压器的一次绕组的第一端与所述配电网连接，所述矢量变压器的二次绕组的第二端接地，所述矢量变压器的二次绕组的输出电压与所述矢量变压器的一次绕组的电压存在相位差；
在所述接地故障是永久性故障的情况下，所述测控单元控制所述矢量电压选择开关相应地开启。
5.一种消弧方法，应用于如权利要求2所述的消弧系统，其特征在于，在配电网发生接地故障的情况下，矢量电压选择开关相应地闭合，其中，
所述矢量电压选择开关的第一端与配电网的II段母线联结开关的第二端连接，所述矢量电压选择开关的第二端与所述矢量变压器的二次绕组的第一端连接，
所述矢量变压器的一次绕组的第一端与所述配电网的I段母线联结开关的第一端连接，所述矢量变压器的二次绕组的第二端接地，所述矢量变压器的二次绕组的输出电压与所述矢量变压器的一次绕组的电压存在相位差；
在所述接地故障是永久性故障的情况下，所述测控单元控制所述矢量电压选择开关相应地开启。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在所述矢量电压选择开关相应地闭合之前，还包括：
所述矢量电压选择开关接收第一指令；
所述矢量电压选择开关确定与所述第一指令对应的第一参数；以及
所述矢量电压选择开关确定根据所述第一参数相应地闭合。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述矢量电压选择开关接收所述第一指令之前，还包括：
测控单元根据电压传感器反馈的配电网的电压信号，判断所述配电网是否发生接地故障；以及
在发生接地故障的情况下，所述测控单元对所述矢量变压器发出所述第一指令。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述配电网的电压信号存在以下三种情况之一时，所述测控单元判断所述配电网是否发生接地故障：
所述配电网的三相电压中的任一相电压降低，另两相电压升高；
所述配电网的三相电压中的任一项电压升高，另两相电压降低；
所述配电网的零序超过阈值。
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