一种处理三相电力系统相间短路的结构的制作方法

1.本实用新型涉及电力系统保护领域，具体涉及一种处理三相电力系统相间短路的结构。


背景技术：

2.目前，针对三相电力系统某一线路发生相间短路时，通常采用如下处理方法：1、采用重合闸的方式：首先切断该线路上的第一把断路器然后再闭合该第一把断路器，如果是瞬时性相间短路，并在闭合第一把断路器后即消除，则继续正常供电。如果在闭合第一把断路器后该相间短路故障仍然存在，则切断第一把断路器等待检修。2、采用时间上的级差配合方法：即同一线路断路器按照与电源的距离不同，整定不同过流跳闸时间，距离电源越近跳闸时间越长，一般整定级差为100ms，这个时间由开关的机械动作时长和算法耗费时间决定，这种方法可以将故障区域隔离，但是对于故障点离电源近的故障，供电系统耐受短路电流时间长，对电网的冲击大。3、将第一把断路器过流先跳开，然后最末把负荷开关无电流跳开（其他负荷开关在合闸状态），接着将第一把断路器重合，如果故障发生最末把负荷开关以下，则可以排除故障，否则第一把断路器重合后仍然有故障电流，此时第一把断路器过流再跳开，然后倒数第二把负荷开关无电流跳开，然后第一把断路器再次重合闸，如果相间短路发生在倒数第二把负荷开关和最末把负荷开关之间，则可以排除故障。以此类推，依次向上在无电流下切断负荷开关，直到将故障排除。但是在此操作过程中，供电系统反复经受大的短路电流冲击，如果次数过多，则会对线路造成损害，另外线路排除故障时间也很长。4、线路上都配置具有故障电流跳开能力的断路器，故障发生时将所有断路器设置为过流跳开，然后从第一把断路器开始合闸，无过流则延时一定时间闭合第一把断路器，有过流则跳开，故障排除。如果第一把断路器合闸成功，则闭锁一段时间的过流跳闸，在这段时间里第二把断路器合闸，由于第一把断流器已经过流闭锁，第二把断路器则有过流跳开，故障排除。如果无过流则接着闭合下一把，以此类推。这个方案要求每把断路器都需要具有切断大电流的能力，对断路器要求高，制造成本也高，同时逻辑复杂，自愈时间也比较长。所以，现有的相间短路处理方法均存在处理故障耗时长，对系统冲击大，对开关切断大电流的能力要求高。发明专利申请2020114536325和发明专利申请2020114536310公开了两种处理相间短路的方法，在发生相间短路时，通过人为构造包括故障相和相间短路故障点的检测回路，并利用检测回路上的开关检测电流的脉冲数或时长信息触发跳闸从而切断故障点的目的。这种方法没有进行分区保护，首先要使第一把断路器跳闸，从而整条线路上的用户都会受到影响，停电面积大，此外，该方法也没有明确提出如何减少切断大电流开关的使用从而降低开关成本。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种处理三相电力系统相间短路的结构，该结构不仅能够有效切除相间短路故障，而且能够缩小停电面积，同时还可以减少大电流切断开关的使
用，从而有效降低开关成本。
4.为了实现上述目的，本实用新型采取如下技术方案：
5.一种处理三相电力系统相间短路的结构，包括线路，在所述线路上设有若干分区开关，所述若干分区开关将线路分成若干保护区，保护区上设置保护系统，在保护区内设有若干分段开关；当所述线路发生相间短路故障时，所述保护系统使相间短路故障点所在保护区的电能入口分区开关切断故障电流，并结合信号发生开关和限流电阻形成包括所述相间短路故障点至所述电能入口分区开关之间的两故障相导线和所述相间短路故障点的检测回路并产生可控电流，所述分段开关检测所述可控电流并根据预设条件跳闸从而切除相间短路故障，所述预设条件使靠近所述电能入口分区开关的分段开关晚于远离所述电能入口分区开关的分段开关跳闸。
6.上述方案中，将线路分成若干保护区，某一保护区发生相间短路，只需要该保护区的分区开关切断故障电流，这样上一保护区则不需要停电，从而有效缩小停电面积。而且构造的检测回路包括相间短路故障点和两条故障相导线，这样保护区内的分段开关根据预设的电流脉冲数或电流时长等信息切断后，即可以排出故障。同时，本技术方案区分分区开关和分段开关，分区开关针对短路的大电流进行切断，而分段开关则是在构造的检测回路中发挥切断作用，因为检测回路中注入的是可控电流，即是可控的小电流信号，这样分段开关只需要具有切断小电流的能力即可，对切断性能要求大大降低，从而有效降低了开关成本。
7.优选的，所述检测回路的可控电流由所述三相电力系统的电能产生。
8.上述方案直接利用三相电力系统自身的电能，简化了检测回路构造的复杂性。
9.优选的，当发生相间短路故障时，所述电能入口分区开关跳开至少一故障相以切断故障电流并维持另一故障相导通，然后所述电能入口分区开关或一单独的开关将已跳开的一故障相从所述电能入口分区开关的下口与大地或公共导线相连，所述信号发生开关将除维持导通的故障相外的一带电相在所述电能入口分区开关的上口与大地或公共导线相连或者将所述三相电力系统的中性点与大地或公共导线相连以产生所述可控电流。
10.上述方案给出了利用三相电力系统的电能制造检测回路的具体方法。
11.进一步优选的，所述信号发生开关和限流电阻设置在所述三相电力系统的母线或中性点与大地之间，所述信号发生开关与大地或公共导线循环连接和断开以产生电流脉冲，所述分段开关根据预设的电流脉冲数跳闸，并且靠近所述电能入口分区开关的分段开关触发跳闸的电流脉冲数多于远离所述电能入口分区开关的分段开关触发跳闸的电流脉冲数；或者所述信号发生开关持续与大地或公共导线相连以产生持续电流，所述分段开关根据预设的电流时长跳闸，并且靠近所述电能入口分区开关的分段开关触发跳闸的电流时长长于远离所述电能入口分区开关的分段开关触发跳闸的电流时长。
12.上述方案进一步给出了如何构造一个检测回路并通过限流电阻进行限流，从而得到电流值小的可控电流。同时，通过信号发生开关循环间歇接地（或公共导线）或持续接地，得以产生电流脉冲信号或持续电流信号，以便供分段开关检测并根据预设条件跳闸。
13.优选的，所述保护系统为差动保护系统，当发生相间短路故障时，差动保护系统发出控制信号，使所述电能入口分区开关跳开至少一故障相以切断故障电流。
14.上述方案给出了通过差动保护的方式使电能入口分区开关切断故障电流。
15.优选的，所述维持另一故障相导通，包括所述电能入口分区开关断开该另一故障
相后通过一并联的开关又导通该另一故障相，或者不断开该另一故障相从而自始导通。
16.上述方案给出了两种具体的维持导通方式。
17.优选的，所述将已跳开的一故障相从所述电能入口分区开关的下口与大地或公共导线相连，包括利用所述电能入口分区开关在断开该已跳开的故障相后利用该所述电能入口分区开关将该已跳开的故障相从该所述电能入口分区开关的下口与大地或公共导线相连，或者利用所述电能入口分区开关断开该已跳开的故障相，然后通过另一开关将该已跳开的故障相从所述电能入口分区开关的下口与大地或公共导线相连。
18.上述方案给出了电能入口分区开关跳开故障相并使一故障相下口接地或公共导线的功能，或者电能入口分区开关仅具有跳开功能，而通过另一开关实现接地或公共导线功能。
19.优选的，所述信号发生开关为一相晶闸管或两相独立的晶闸管或三相独立的晶闸管；所述限流电阻为可调电阻或电阻选择器，或者为固定阻值的电阻。
20.上述方案采用晶闸管作为信号发生开关，具有控制精准、及时的优点。可调电阻或电阻选择器便于根据实际情况确定电阻值，可以更好调控电流大小。固定阻值具有实用方便的特点，例如，通过使用阻值在100欧姆以上的电阻，一般可以将10kv三相电力系统的可控电流的电流值控制在100安培以下，使分段开关很容易切断电流，对分段开关的性能要求低，有效降低成本。
21.优选的，所述可控电流由所述三相电力系统的电源之外的电源产生。
22.上述方案中，可以采用外部电源构造检测回路，使检测回路的构造具有更多选择。
23.优选的，所述电流信号为电流脉冲，所述电能入口分区开关和所述分段开关根据预设的电流脉冲数跳闸，并且靠近所述电能入口分区开关的分段开关触发跳闸的电流脉冲数多于远离所述电能入口分区开关的分段开关触发跳闸的电流脉冲数；或者所述电流信号为持续的电流，所述电能入口分区开关和所述分段开关根据预设的电流时长跳闸，并且靠近所述电能入口分区开关的分段开关触发跳闸的电流时长长于远离所述电能入口分区开关的分段开关触发跳闸的电流时长。
24.上述方案中，针对电流脉冲数和电流时长给出了预设条件的设置规则，这种设置能够保证使相间短路故障点最临近的上游（靠近电源的一侧为上游，远离电源的一侧为下游）分段开关跳闸，使故障点的排除更精准。
25.优选的，所述限流电阻为固定阻值的电阻，并且按所述三相电力系统中所有分段开关中负载电流最小的分段开关的负载电流确定所述固定阻值。
26.上述方案中，给出了确定固定阻值电阻的一个优选策略，即根据该电力系统中所有分段开关中负载电流最小的分段开关，根据该最小负载电流确定电阻，这样可控电流的电流值不会超过该最小电流负载的开关，当然也不会超过其他分段开关的负载电流。
27.优选的，所述信号发生开关为两相独立的晶闸管或三相独立的晶闸管，所述晶闸管先并联再串入所述限流电阻。
28.上述方案给出了一种具体的连接限流电阻的优选方法，结构简洁实用。
附图说明
29.图1是本实用新型中一实施例结构示意图。
具体实施方式
30.下面结合附图，通过具体实施例对本实用新型做进一步说明：
31.如图1所示，在一个三相电力系统的三条线路1上分布若干分区开关2，发生相间短路时会产生几千安培的大电流，分区开关2具有大电流切断功能，能够切断短路电流。分区开关2将线路1分成若干保护区3，针对某一个保护区3而言，位于电能入口的分区开关2为电能入口分区开关。在保护区3内设有若干分段开关4，分段开关4允许使用小电流切断开关，如切断50安培电流的开关等，这样对分段开关的性能要求低，可以降低成本。每个保护区3可以通过差动保护系统（图中未示出）利用差动保护的方式提供保护，差动保护系统判断某一个保护区3内流入的电流和流出的电流是否相等，不相等并超出阈值时说明发生相间短路等故障，即跳开电能入口分区开关2以切断电流。差动保护方法为现有技术，此处不再赘述。通过使用差动保护等技术，在某一个保护区内发生相间短路时，可以使该保护区的电能入口分区开关2跳闸以切断故障电流（两相短路可以跳开相应的一相或两相，三相短路可以跳开相应两相或三相），但是该保护区的上一个保护区的分区开关2不跳闸，则该上一个保护区不会停电，这样可以将停电区域细化，减小停电面积。在电能入口分区开关2跳开后，人为构造一个包括相间短路故障点、相间短路故障点到该保护区电能入口分区开关2之间故障相导线的检测回路，并向该检测回路中注入可控电流，可控电流指通过回路控制使电流值在预期范围内的电流，尤指电流值较小，能够被分段开关容易切断的电流，比如电流值小于50安培。分段开关4具有检测可控电流并根据预设条件切断电流的功能，例如，分段开关4可以检测电流脉冲的个数，并且保护区内最末位的分段开关4设置为检测到一个电流脉冲即跳闸，其上（倒数第二位）一个分段开关设置为检测两个电流脉冲数再跳闸，再上一个分段开关设置为检测到三个脉冲数再跳闸，以此类推，这样就能够切断相间短路故障点上游最邻近的分段开关，从而精准排除故障。类似的，还可以使分段开关检测电流时长，并且最末位分段开关检测的电流时长最短（如0ms），然后向上的分段开关触发跳闸的电流时长依次延长（如依次递增100ms），这样当检测回路中产生持续的电流时分段开关4即可发挥作用，并且是故障点最相邻的上游分段开关跳闸。当然，分段开关检测电流脉冲或电流时长的功能，不会与电力系统正常工作时的电流相冲突，只有在发生相间短路故障后，分段开关才会进入到检测角色中。当然还可以考虑设置除电流脉冲或电流时长外的其他条件，设置的原则仍然是使靠近电能入口分区开关2的分段开关4晚于远离所述电能入口分区开关2的分段开关4跳闸，这样即能精准切除故障。
32.在一个优选实施例中，利用三相电力系统的电能产生上述可控电流，具体做法如下：当发生相间短路故障时，电能入口分区开关2跳开一条故障相（此针对两相短路，若为三相短路则跳开两条故障相）以切断故障电流，并维持另一故障相导通（维持导通包括自始不跳开而一直导通，也可以先跳开该相的分区开关2，然后再通过并联的开关6将该相重新导通），然后将已跳开的一故障相从电能入口分区开关2的下口与大地或公共导线相连，然后将除维持导通的故障相外的一带电相（既可以是已跳开的故障相的开关上口，也可以是未出现故障的相别，这两种情况都是带电相）在电能入口分区开关的上口与大地或公共导线相连，或者将所述三相电力系统的中性点（也是带电的）与大地或公共导线相连以产生所述可控电流，这样就构造出了一个检测回路。在实现跳开一相后并使该相在开关下口接地的操作时，可以选用单刀双掷开关作为分区开关2，如对于采用动触头和静触头的单刀双掷开
关，其中一个静触点接电源侧导线，动触点接负载侧导线，另一个静触点接大地或公共导线。这种分区开关在跳开故障相后就可以使该相在分区开关2的下口接大地或公用导线（关于采用单刀双掷开关跳开后接大地的内容，参见发明专利申请2020115729274和发明专利申请2021104982574，相关内容引入本专利作为公开的内容）。还可以用一个独立的开关9将该相从分区开关2的下口接大地或接公用导线。在三相电力系统的母线或中性点与大地之间设有信号发生开关5和限流电阻7，信号发生开关5将一个带电相循环接地和断开以产生电流脉冲，分段开关4根据预设的电流脉冲数跳闸，并且靠近所述电能入口分区开关2的分段开关4触发跳闸的电流脉冲数多于远离所述电能入口分区开关2的分段开关4触发跳闸的电流脉冲数；或者信号发生开关持续接地以产生持续电流，所述分段开关根据预设的电流时长跳闸，并且靠近电能入口分区开关2的分段开关4触发跳闸的电流时长长于远离电能入口分区开关2的分段开关4触发跳闸的电流时长。关于构造检测回路的具体方式，可以参考发明专利申请2020114536325和发明专利申请2020114536310，相关内容引入本实用新型作为本具体实施方式公开的内容。
33.在优选实施例中，信号发生开关5为一相晶闸管或两相独立的晶闸管或三相独立的晶闸管；限流电阻7为可调电阻或电阻选择器（关于电阻选择器的结构，可以参考实用新型专利2021202920032，相关内容引入本实用新型作为本具体实施方式公开的内容）。采用晶闸管作为信号发生开关，具有控制精准、及时的优点。
34.在另一个优选实施例中，选用一个外界独立电源并与相间短路故障点和相应故障相导线组成检测回路，独立电源可以选用低电压电源，此时即使不串入限流电阻也可以产生电流值可控的可控电流，从而被分段开关检测到电流脉冲或电流时长，并根据预设条件跳闸。例如，在一个实施例中，分区开关2采用三相独立的单刀双掷开关，如果发生相间短路故障，则跳开相应的两个故障相，并且将该故障相与独立电源相连以产生可控电流，在该检测回路中可以串入信号发生开关以产生电流脉冲或持续电流，还可以是独立电源本身发出电流脉冲并被分段开关检测。
35.在一个实施例中，针对10kv电力系统，检测回路中直接串入固定电阻，并且阻值不不小于100欧姆，这时就会产生一个电流值为几十安培的可控电流，从而被分段开关4检测并很容易切除故障点。
36.如果信号发生开关为两相独立的晶闸管或三相独立的晶闸管，所述晶闸管先并联再串入所述限流电阻7。
37.上述实施例中，关于构造除的检测回路能够切除相间短路故障点的原理及操作细节，可以参考发明专利申请2020114536325和发明专利申请2020114536310，相关内容引入本实用新型作为本具体实施方式公开的内容。关于分段开关4跳闸的预设条件，针对电流脉冲数的情况，可以参考发明专利申请2020115174849，该发明专利申请给出了优化的设置方法，相关内容引入本实用新型，作为具体实施方式公开的内容。
38.上述实施例中，构造检测回路时，可以将跳开相的导线在分区开关2下口接大地，同时将信号发生开关5也接大地，这样通过大地形成闭合的检测回路并产生电流。如果跳开相接公共导线，则信号发生开关也接公共导线，这样同样形成闭合的检测回路。实际上，大地就是一个良好的导体，可以作为公共导线使用。在屏柜环境下，可以将第一个保护区的电能入口分区开关2接公共导线，信号发生开关也接该公共导线，这样便于屏柜环境下的安
装，然后将该公共导线接地，而线路上的其他保护区的分区开关因为距离屏柜较远，则可以将跳开相接大地，因为公共导线也接地，这样以地球为导线仍可以形成检测用的闭合回路。
39.上述实施例只是对本实用新型构思和实现的说明，并非对其进行限制，在本实用新型构思下，未经实质变换的技术方案仍然在保护范围内。