脈選線圈補償和故障處理裝置及其工作方法

《脈選線圈補償和故障處理裝置及其工作方法》是安徽一天電氣技術有限公司於2011年10月14日申請的發明專利，該專利申請號為2011103128696，公布號為CN103050960A，專利公布日為2013年4月17日，發明人是芮駿、洪新春。

《脈選線圈補償和故障處理裝置及其工作方法》公開了一種脈選線圈補償和故障處理裝置及其工作方法。裝置包括支路（2）上的零序電流互感器（3），母線（1）與地間跨接的電壓互感器（5）、接地變壓器和真空接觸器（9），其中的接地變壓器的中性點與地間串接有可控矽（7），特別是接地變壓器為脈衝式接地變壓器（6），其中性點與地間串接有脈衝式直流偏磁消弧線圈（8），線圈（8）的控制端與控制器（14）的輸出端電連線；方法為若單相接地故障為瞬時性接地故障或弧光接地故障，則同時啟動故障相的真空接觸器閉合和脈衝式直流偏磁消弧線圈工作1～10秒後，先將真空接觸器斷開，再於接地故障消除後使脈衝式直流偏磁消弧線圈退出工作。它可廣泛地用於3～66千伏中性點不直接接地的系統中。

2020年7月17日，《脈選線圈補償和故障處理裝置及其工作方法》獲得安徽省第七屆專利獎優秀獎。

（概述圖為《脈選線圈補償和故障處理裝置及其工作方法》的摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：脈選線圈補償和故障處理裝置及其工作方法
• 公布號：CN103050960A
• 公布日：2013年4月17日
• 申請號：2011103128696
• 申請日：2011年10月14日
• 申請人：安徽一天電氣技術有限公司
• 地址：安徽省合肥市高新技術開發區永和路99號
• 發明人：芮駿、洪新春
• Int.Cl.：H02H9/08(2006.01)I；H02H9/04(2006.01)I
• 類別：發明專利

專利背景

在中國的3～66千伏中性點不直接接地的系統中，單相接地故障是一種常見的故障。當發生單相接地故障時，由於系統三相線電壓仍保持平衡，所以供電系統仍可以正常地工作。根據電力系統安全運行的相關規定，中性點不直接接地系統發生單相接地故障時，系統最長可以供電兩個小時，所以在此期間內應儘快地查出故障點並對其進行妥善處理。為此，人們在該系統中配置了由脈衝電流選線部件和觸點消弧部件或消弧線圈補償部件組成的單相接地故障排查和處理裝置；其中的脈衝電流選線部件主要由支路上安裝的零序電流互感器、連線有支路的母線與地之間跨接的電壓互感器和接地變壓器，以及控制器組成，其中，接地變壓器的中性點與地之間串接有可控矽，觸點消弧部件或消弧線圈補償部件主要由其控制端與控制器電連線的真空接觸器或消弧線圈組成。當系統中發生單相接地故障時，先由脈衝電流選線部件判查出發生接地故障的支路及其中的相，再由控制器啟動對應相的真空接觸器閉合或消弧線圈投入工作。

但是，無論是採用真空接觸器閉合，還是將消弧線圈投入工作，均存在著不足之處，首先，採用真空接觸器閉合方案雖可使故障相變為金屬性接地，直接旁路掉了接地電容電流，保護了故障支路特別是電纜支路的安全，卻對於瞬時性的接地故障，當真空接觸器斷開的瞬間，極易引起操作過電壓，使故障點再次被擊穿而導致故障的進一步擴大；其次，將消弧線圈投入工作方案既對瞬時性接地故障產生的瞬態電流不能快速地消除而易造成故障的擴大，其緣由為消弧線圈前期的暫態過程較長，不能快速地進行消弧補償，又不能有效準確地補償弧光接地故障時產生的高頻接地電容電流，其補償的效果較差，還不能對永久性的接地故障進行全補償，致使其故障點有恆定殘流流過，尤為對於電纜支路，其長期運行會對故障電纜造成傷害，甚至引發相間短路事故；再次，基於可能長達兩小時補償時間的考慮，脈衝電流選線部件中的接地變壓器和消弧線圈補償部件中的消弧線圈均按照連續兩小時的長期工作時間來設計和製造的，使其線圈和鐵心的體積均過於偏大，導致了原材料銅和鐵的使用量較多，致使製造成本難以降低。

發明內容

專利目的

《脈選線圈補償和故障處理裝置及其工作方法》要解決的技術問題為克服2011年10月之前技術中的不足之處，提供一種補償全面、原材料銅和鐵使用量較少的脈選線圈補償和故障處理裝置。該發明要解決的另一個技術問題為提供一種上述脈選線圈補償和故障處理裝置的工作方法。

技術方案

為解決《脈選線圈補償和故障處理裝置及其工作方法》的技術問題，所採用的技術方案為：脈選線圈補償和故障處理裝置包括支路上的零序電流互感器，連線有支路的母線與地之間跨接的電壓互感器、接地變壓器和真空接觸器，其中，零序電流互感器、電壓互感器的二次側與控制器的輸入端電連線，接地變壓器的中性點與地之間串接有可控矽，控制器的輸出端分別與可控矽的門極、真空接觸器的控制端電連線，特別是，所述接地變壓器為脈衝式接地變壓器；所述脈衝式接地變壓器的中性點與地之間串接有脈衝式直流偏磁消弧線圈；所述脈衝式直流偏磁消弧線圈的控制端與控制器的輸出端電連線。

作為脈選線圈補償和故障處理裝置的進一步改進，所述的電壓互感器與母線之間串接有第一熔絲和第一隔離開關；所述的脈衝式接地變壓器與母線之間串接有第二熔絲和第一隔離開關；所述的真空接觸器與母線之間串接有第三熔絲和第二隔離開關；所述的控制器為微型計算機，或單片機，或數位訊號處理器。

為解決該發明的另一個技術問題，所採用的另一個技術方案為：上述脈選線圈補償和故障處理裝置的工作方法由脈衝選線和故障處理組成，特別是，若單相接地故障為瞬時性接地故障或弧光接地故障，則同時啟動故障相的真空接觸器閉合和脈衝式直流偏磁消弧線圈工作1～10秒後，先將真空接觸器斷開，再於接地故障消除後使脈衝式直流偏磁消弧線圈退出工作。

改善效果

《脈選線圈補償和故障處理裝置及其工作方法》相對於2011年10月之前技術的有益效果是，其一，採用在支路上設定零序電流互感器，連線有支路的母線與地之間跨接有電壓互感器、接地變壓器和真空接觸器，其中，零序電流互感器、電壓互感器的二次側與控制器的輸入端電連線，接地變壓器的中性點與地之間串接有可控矽，控制器的輸出端分別與可控矽的門極、真空接觸器的控制端電連線的基礎上，再使用接地變壓器為脈衝式接地變壓器，並使脈衝式接地變壓器的中性點與地之間串接有脈衝式直流偏磁消弧線圈，同時使脈衝式直流偏磁消弧線圈的控制端與控制器的輸出端電連線的技術方案，使其可根據單相接地故障的性質，將真空接觸器和脈衝式直流偏磁消弧線圈進行最佳化配置，提高了故障處理的可靠性和安全性。它對於單相瞬時性接地故障或弧光接地故障，在完成選線後迅速啟動真空接觸器閉合和脈衝式直流偏磁消弧線圈工作，用真空接觸器來旁路瞬態、高頻接地電容電流和脈衝式直流偏磁消弧線圈產生的暫態電感電流，當脈衝式直流偏磁消弧線圈穩定工作並實現補償後，切除真空接觸器，待故障消除後再退出脈衝式直流偏磁消弧線圈；由於有脈衝式直流偏磁消弧線圈來限制真空接觸器開斷引起的操作過電壓，所以對於瞬時性接地故障或弧光接地故障，這種組合式的結構克服了傳統的真空接觸器或消弧線圈單獨套用時的缺陷，更加有利於故障的消除，使裝置的可靠性大大地提高了。對於單相永久性接地故障，在完成選線後迅速啟動真空接觸器閉合，用真空接觸器來直接旁路掉接地電容電流，從而很好地保護了故障支路特別是電纜支路的安全，保證了系統的安全運行。其二，因接地變壓器為脈衝式接地變壓器，消弧線圈為脈衝式直流偏磁消弧線圈，從而不僅使其滿足了系統運行的要求，還大大地減小了體積，節省了大量的原材料銅和鐵，極大地降低了製造成本，取得了良好的經濟和社會效益。其三，工作方法科學、有效，針對不同的單相接地故障，採用不同的工作方式，來使真空接觸器和脈衝式直流偏磁消弧線圈互相配合，互相保護，使裝置的可靠性和安全性獲得了極大的提高。

作為有益效果的進一步體現，一是電壓互感器與母線之間優選串接有第一熔絲和第一隔離開關，脈衝式接地變壓器與母線之間優選串接有第二熔絲和第一隔離開關，真空接觸器與母線之間優選串接有第三熔絲和第二隔離開關，均利於對電壓互感器、脈衝式接地變壓器和真空接觸器進行有效地保護和便於對其進行日常維護；二是控制器優選為微型計算機，或單片機，或數位訊號處理器，除易於編程外，還具有通用性、用戶界面好的特點。

附圖說明

圖1是《脈選線圈補償和故障處理裝置及其工作方法》的一種基本結構示意圖。

技術領域

《脈選線圈補償和故障處理裝置及其工作方法》涉及一種線圈補償和故障處理裝置及工作方法，尤其是一種脈選線圈補償和故障處理裝置及其工作方法。

權利要求

1.一種脈選線圈補償和故障處理裝置，包括支路（2）上的零序電流互感器（3），連線有支路（2）的母線（1）與地之間跨接的電壓互感器（5）、接地變壓器和真空接觸器（9），其中，零序電流互感器（3）、電壓互感器（5）的二次側與控制器（14）的輸入端電連線，接地變壓器的中性點與地之間串接有可控矽（7），控制器（14）的輸出端分別與可控矽（7）的門極、真空接觸器（9）的控制端電連線，其特徵在於：所述接地變壓器為脈衝式接地變壓器（6）；所述脈衝式接地變壓器（6）的中性點與地之間串接有脈衝式直流偏磁消弧線圈（8）；所述脈衝式直流偏磁消弧線圈（8）與所述可控矽（7）並聯連線，其控制端與控制器（14）的輸出端電連線。

2.根據權利要求1所述的脈選線圈補償和故障處理裝置，其特徵是電壓互感器（5）與母線（1）之間串接有第一熔絲（4）和第一隔離開關（12）。

3.根據權利要求1所述的脈選線圈補償和故障處理裝置，其特徵是脈衝式接地變壓器（6）與母線（1）之間串接有第二熔絲（10）和第一隔離開關（12）。

4.根據權利要求1所述的脈選線圈補償和故障處理裝置，其特徵是真空接觸器（9）與母線（1）之間串接有第三熔絲（11）和第二隔離開關（13）。

5.根據權利要求1所述的脈選線圈補償和故障處理裝置，其特徵是控制器（14）為微型計算機，或單片機，或數位訊號處理器。

6.一種權利要求1所述脈選線圈補償和故障處理裝置的工作方法，由脈衝選線和故障處理組成，其特徵在於：若單相接地故障為瞬時性接地故障或弧光接地故障，則同時啟動故障相的真空接觸器閉合和脈衝式直流偏磁消弧線圈工作1～10秒後，先將真空接觸器斷開，再於接地故障消除後使脈衝式直流偏磁消弧線圈退出工作。

實施方式

參見圖1，脈選線圈補償和故障處理裝置的構成如下：與母線1電連線的每條支路2上均置有零序電流互感器3，零序電流互感器3的二次側與控制器14的輸入端電連線。連線有支路2的母線1與地之間依次串接有第二隔離開關13、第三熔絲11和真空接觸器9，其中，真空接觸器9的控制端與控制器14的輸出端電連線。母線1與地之間還依次串接有第一隔離開關12、第二熔絲10、脈衝式接地變壓器6和可控矽7及脈衝式直流偏磁消弧線圈8；其中，可控矽7的陽極和陰極分別與脈衝式接地變壓器6的中性點和地電連線，脈衝式直流偏磁消弧線圈8串接於脈衝式接地變壓器6的中性點與地之間，可控矽7的門極、脈衝式直流偏磁消弧線圈8的控制端均與控制器14的輸出端電連線。第一隔離開關12和第二熔絲10的接點與地之間還跨接有第一熔絲4和電壓互感器5，其中，電壓互感器5的二次側與控制器14的輸入端電連線。控制器14為單片機。

本裝置在電力系統正常運行時，裝置中的脈衝式接地變壓器6處於空載運行方式，其中性點電壓為零或為一個很小的值，脈衝式直流偏磁消弧線圈8和可控矽7不動作。當系統發生單相接地故障時，脈衝式接地變壓器6的中性點電壓升高為相電壓，此時的電壓互感器5將輸出一個比較大的發生單相接地故障的零序電壓送往控制器14，由控制器14迅速觸發可控矽7導通，把中性點不直接接地系統瞬時性的變為中性點直接接地系統，在故障支路和中性點之間形成了一個可控的脈衝電流，使裝置快速地完成了選線並判斷出故障的性質。當系統發生的單相接地故障為瞬時性接地故障或弧光接地故障時，控制器14同時啟動故障相的真空接觸器9閉合和脈衝式直流偏磁消弧線圈8工作1秒（可為1～10秒）後，先將真空接觸器9斷開，再於接地故障消除後使脈衝式直流偏磁消弧線圈8退出工作；脈衝式接地變壓器6又恢復為空載運行方式。當系統發生的單相接地故障為永久性接地故障時，控制器14僅啟動真空接觸器9閉合，脈衝式直流偏磁消弧線圈8不工作，脈衝式接地變壓器6仍為空載運行方式。

顯然，該領域的技術人員可以對該發明的脈選線圈補償和故障處理裝置及其工作方法進行各種改動和變型而不脫離該發明的精神和範圍。這樣，倘若對該發明的這些修改和變型屬於該發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則該發明也意圖包含這些改動和變型在內。

榮譽表彰

2020年7月17日，《脈選線圈補償和故障處理裝置及其工作方法》獲得安徽省第七屆專利獎優秀獎。