[發明專利]一種自產供電相電源的接地故障電流補償系統及方法

在審

• 申請號: 201910992109.0
• 申請日: 2019-10-18
• 公開（公告）號: CN110611317A
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 劉紅文
• 申請（專利權）人: 云南電網有限責任公司電力科學研究院
• 主分類號: H02J3/18
• 分類號: H02J3/18;H02J3/16
• 代理公司: 11363 北京弘權知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 逯長明;許偉群

本發明公開了一種自產供電相電源的接地故障電流補償系統及方法，包括相供電電源產生器、相供電電源相位補償器、投切開關、控制器和變壓裝置，供電電源的相位補償器的輸出端通過投切開關接入系統中性點。該系統可無源產生配電網供電相電源及諧波相電源，并將反相供電相電源及諧波相電源按照故障邏輯投入系統。實現配電網接地故障無功電流、諧波電流及有功電流的完全補償，克服了從母線系統取電后采用電力電子器件逆變注入方法補償不完全的弊端，解決了有源逆變方法金屬性接地補償效果差及傳統消弧線圈不能實現全補償的問題。本發明高效、精準，能完全補償接地故障產生的過電壓、過電流，保證了電網及設備安全，完全避免了人身觸電風險。

技術領域

本發明涉及配電網技術領域，尤其涉及一種自產供電相電源的接地故障電流補償系統及方法。

背景技術

國內外配電網單相接地故障占80％以上，嚴重影響電網及設備的安全運行，安全處理接地故障對社會及經濟發展有重要作用。當系統的電容電流大于10A以上時，采用消弧線圈接地方式。消弧線圈能夠在一定程度上減少故障電流，系統可帶故障運行2小時，但消弧線圈不能實現全補償，故障點依然存在小于10A的殘流，殘流的存在可引起人身觸電、火災事故，以及嚴重威脅電網和設備的安全穩定運行。當系統的電容電流較大時，多采用小電阻接地方式，當發生單相接地故障時，放大故障線路零序電流，繼電保護裝置快速切除故障線路，但此種接地方式供電可靠性難以保障，且存在高阻接地時，繼電保護拒動的風險。

當前，為能夠徹底消除單相接地故障危害，同時保證供電可靠性。國內外提出了諸多完全補償單相接地故障點電流的方法。

瑞典Swedish Neutral發表《接地故障中和器全補償技術應用》公開了一種通過有源補償器向系統中性點注入電流補償接地故障點電流的方法。但該方法中的接地故障殘流無法直接獲得，采用系統對地分布參數計算殘流數值，偏差較大；同時該補償器采用電力電子裝置實現電流相位及幅值的控制，其電流相位、幅值精度無法同時保證，且補償電流諧波含量大，控制復雜，穩定性差；因此瑞典Swedish Neutral制造的GFN(接地故障中和器)的補償效果與理想值偏差極大，該裝置在浙江某地進行模擬試驗的結果顯示(基于中性點全補償技術的故障選線現場試驗研究《浙江電力》2018年04期)，對于金屬性接地故障，經GFN裝置補償后的接地殘流仍在5A以上，與理想值即零電流差距較大，僅與消弧線圈補償效果相當。

國內來說，專利CN102074950A公開了一種配電網接地故障消弧和保護方法，該方法與瑞典Swedish Neutral的消弧方法類似。通過向配網系統中性點注入電流將故障相電壓電壓抑制為零，該方法存在金屬性接地時，其故障相電壓為0，怎么控制故障電壓為0的問題，該方法只對高阻接地故障有作用，且控制故障相電壓，需要準確控制注入電流的幅值及相位，實現難度大。

申請號為201710550400.3的專利公開了非有效接地系統接地故障主動降壓安全處理方法，該方法在變壓器系統側繞組設置分接接頭，通過將故障相繞組分接頭對地短路或經阻抗短路，降低故障相電壓，以達到限制接地故障點電流的目的。本質上該方法是在電網線路發生單相接地時，在系統母線側制造另一個的接地點，對原單相接地電流進行分流，顯然該方法對于金屬性單相接地故障的補償效果較差，甚至無效，且裝置誤動作將引起相間短路。

申請號為201710544978.8和申請號201710544976.9的專利公開了非有效接地系統接地故障相降壓消弧方法，兩種方法均為在發生單相接地故障時，在非有效接地系統側的母線與地、或線路與地、或中性點與地，或中性點非有效接地系統側繞組的分接抽頭與地之間外加電源，以期降低故障電壓。兩種方法的區別僅在于，外加電源其一為電壓源，其二為電流源，無本質區別。同樣存在電壓源和電流源的控制系統相電壓精度問題，及金屬性短路時，相對地電壓為零，無法控制的問題。兩種方法實施中，如外加電源直接施加在母線或線路與地之間時，會改變系統線電壓，造成該系統負載(如配電變壓器)無法正常運行。