[發明專利]單相接地故障自愈系統

在審

• 申請號: 201410341979.9
• 申請日: 2014-07-17
• 公開（公告）號: CN104113049A
• 公開（公告）日: 2014-10-22
• 發明（設計）人: 施慎行;董新洲;劉健
• 申請（專利權）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
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26;G01R31/08
• 代理公司: 北京友聯知識產權代理事務所(普通合伙) 11343
• 代理人: 尚志峰;汪海屏

技術領域

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

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。

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，現有的配電網普遍采用閉環結構，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。

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

本發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。

有鑒于此，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，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后，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后，發出打開接地區段的負荷側開關的指令，并在所述接地區段的負荷側開關打開后，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。

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，并在單相接地故障發生后，實現單相接地故障自愈。

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于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，可以基于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。

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后，負荷失電，并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。

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后，打開單相接地故障區段負荷側的開關，并在在接地區段負荷側開關打開后，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。

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。