一种三相非有效接地供电系统的制作方法

1.本发明涉及供电系统故障处理领域，具体涉及一种三相非有效接地供电系统。


背景技术：

2.在三相非有效接地供电系统上发生相间短路时，可以采用差动保护的方式快速切除故障。差动保护是利用电能入口开关和若干电能出口开关之间进行电流比较，当入口电流与出口电流之和的差值大于阈值时则进行跳闸从而切除差动保护区内的故障。但是差动保护无法处理差动保护区以外的故障。对于未设置差动保护区的线路，通常可以采取如下方法处理故障：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距离电源的距离不同，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，短路电流耐受的时间长，对电网的冲击大。3、将第一把断路器过流先跳开，然后最末把断路器跳开，如果故障发生最末把断路器以下，则可以排除故障，否则第一断路器重合，仍然有故障电流，则第一把断路器过流再跳开，然后切断倒数第二把断路器，如果相间短路发生在倒数第二把断路器和最末把断路器之间，则可以排除故障，以此类推，依次向上切断断路器，直到将故障排除。但是在此操作过程中，未切断的断路器持续经受大的短路电流冲击，如果时间过长，则会对线路造成损坏。假如相间短路的持续时间不能超过300毫秒，而断路器跳开时间为100毫秒的话，则一般线路上不宜超过三把断路器，否则上述方法有可能导致线路超过300毫秒以上的冲击。
3.针对设有差动保护区的线路如何更好的进行故障处理，需要在故障时段改善三相非有效接地供电系统的结构，以使其能够更便捷排除相间短路故障。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种三相非有效接地供电系统，该系统针对具有差动保护的线路，利用差动保护进行故障处理，对差动保护区外的相间故障也可以快速定位故障点区间并自动、快速、准确地切除故障。
5.为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：一种三相非有效接地供电系统，包括电源、母线，在母线上至少设有一条出线，在所述出线上设有断路器，断路器以下设有多把受控开关，所述受控开关能够检测各相的电流信息并可以根据电流信息切断线路，在所述出线上至少设有一段差动保护区；在所述出线上安有第一开关，所述第一开关能够将所述出线的两相或三相中的任一相在所述断路器处将断路器短接，所述第一开关为所述受控开关；在所述断路器的下口安有第三开关，所述第三开关能够将所述出线的两相或三相中的任一相与大地接通；在系
统的两相或三相或在系统中性点上安有第二开关，第二开关经可变电阻箱与大地连通，所述第二开关能够将所述系统的两相或三相中的任一相与大地接通或者将系统中性点与大地接通；当发生单纯相间短路或相间短路同时附带接地故障时，如果所述故障发生在所述差动保护区内，则通过差动保护切除故障，如果所述故障发生在所述差动保护区外，则利用所述断路器、第一开关、第三开关或相间短路附带接地的接地点以及第二开关制造故障检测回路并产生电流，通过所述受控开关检测所述电流并根据预设的跳闸条件跳闸以切除故障。
6.优选的，所述差动保护区具有电能入口和若干电能出口，在电能入口上装有入口开关，在各所述电能出口上装有出口电流检测装置，各所述出口电流检测装置将电能出口的电流值传送给所述入口开关，入口开关计算电能入口的电流值减去各电能出口的电流值之和的差值，当所述差值超出阈值时所述入口开关跳闸。
7.优选的，所述受控开关设置在所述差动保护区外及所述差动保护区末端的电能出口处。
8.优选的，在所述差动保护区外发生单纯相间短路或同时附带接地故障时，所述断路器跳闸，所述第一开关导通一故障相，所述第三开关将另一故障相接地，所述第二开关将除所述一故障相外的带电相与大地接通以产生电流，利用所述受控开关检测所述电流并根据预设的跳闸条件跳闸以切除故障。
9.优选的，在所述差动保护区内或外发生单相接地故障或在所述差动保护区外发生相间短路同时附带接地故障时，所述断路器跳闸，所述第一开关导通一故障相，利用所述故障的接地点使所述一故障相与大地导通，所述第二开关将除所述一故障相外的带电相或系统中性点与大地接通以产生电流，所述差动保护区外的单相接地故障或相间短路同时附带接地故障，利用所述受控开关检测所述电流并根据预设的跳闸条件跳闸以切除故障，所述差动保护区内的单相接地故障通过差动保护排除。这是因为，一般单相接地发生在差动保护区内时，因为有接地电流发生，可能使差动保护区入口电流值与各出口电流值之和的差值超出阈值，进而引起入口开关跳闸并切除故障。但有时接地电流很小，也有可能上述差值未超出阈值，从而不能跳闸。此时，通过上述方法产生电流脉冲或具有一定时长的电流，会增大上述差值从而超过阈值并引起跳闸。对差动保护区外则通过受控开关动作排除故障。
10.优选的，所述电流信息为电流的时长信息或电流脉冲的数目信息，当所述受控开关检测电流时长信息时，设定电源下游的受控开关触发切断的电流时长短于电源上游的受控开关触发切断的电流时长；当所述受控开关检测电流脉冲的数目信息时，设定电源下游的受控开关触发切断的电流脉冲数少于电源上游的受控开关触发切断的电流脉冲数。
11.优选的，所述第二开关为电力电子开关。
12.优选的，所述电力电子开关为绝缘栅双极型晶体管。
13.优选的，所述出线至少有两条，每条出线设置线路故障处理模块，用于控制所述断路器、第一开关、第三开关和第二开关动作，还设有故障管理模块，故障管理模块控制各个所述线路故障处理模块，当多条出线在同一时段内均出现相间短路或相间短路同时附带接地故障时，如果所述相间短路或相间短路同时附带接地故障发生在所述差动保护区内，则通过差动保护各自处理故障，如果发生在差动保护区外，则故障管理模块接收每条线路故
障发生的时刻信号，并按时间先后顺序启动各故障线路的线路故障处理模块。
14.优选的，从所述断路器跳闸到所述第二开关接地开始产生所述电流的时间间隔按照各出线的重合闸时间整定。
15.优选的，所述可变电阻箱包括驱动电路和若干阻值不同的电阻，每个所述电阻与一把电阻开关串联形成串联单元，所有串联单元并联在一起，所述驱动电路用于控制所述电阻开关是否闭合。
16.优选的，一个所述串联单元中的电阻为导线。
17.本发明有益效果在于：差动保护区内的故障通过差动保护快速处理，而差动保护区外的故障则通过制造的电流脉冲或电流时长处理。具体而言，差动保护区外发生相间短路故障或附带接地故障，首先切断断路器，然后第一开关在断路器处导通一故障相，第三开关使另一个故障相接地（如果相间短路附带接地故障，也可以不闭合第三开关而直接利用接地点），然后将第二开关接地以形成故障检测回路并产生电流（循环接地、断开操作可以产生电流脉冲，一直接地则可以产生具有一定时长的电流），通过导通的故障相上的受控开关检测电流脉冲或电流时长，并在达到触发条件后自动跳开受控开关，从而把故障排除（因为可以设定电源下游的受控开关触发切断的电流脉冲数少于电源上游的受控开关触发切断的电流脉冲数，而故障相上位于相间短路故障点以下的受控开关不会进入闭合回路内，没有电流脉冲流过，所以肯定是相间短路故障点以上的第一把受控开关先切断，从而将相间短路故障排除；电流时长的原理类似，第二开关一次性接地产生电流，然后利用受控开关检测电流时长，此时设定电源下游的受控开关触发切断的电流时长短于电源上游的受控开关触发切断的电流时长，这样仍然可以实现故障点上方最近的受控开关切断从而排除故障）。对于差动保护区，差动保护区内首开关不再根据电流脉冲或电流时长进行切断，以充分利用差动保护，但是对于差动保护区电能出口处的开关，仍可根据电流脉冲或电流时长进行切断，以处理电能出口外的故障。对于多条线路在同一时段出现故障的情况，本发明通过设置线路故障管理模块进行了统一处理。
附图说明
18.图1是本发明的供电系统结构示意图；图2是可变电阻箱结构示意图。
具体实施方式
19.下面结合附图，通过具体实施例对本发明做进一步说明：三相供电系统包括电源、母线和各条出线和负载，在出线上设有三相断路器，三相断路器以下设有多把受控开关，受控开关既可以是能够根据设置检测线路上一相、两相或三相上的电流脉冲，并可以设置当通过任一相的电流脉冲数达到预设值时即切断三相线路的开关，也可以是能够根据设置检测线路上一相、两相或三相的电流时长，并且根据任一相的电流时长的不同可以使相应的受控开关跳闸。在一个关于受控开关的具体实施例中，受控开关包括控制单元，电流检测单元和执行单元，电流检测单元可以分别检测三相线路的各相电流的脉冲数或时长，控制单元将电流检测单元检测到的电流脉冲数目或电流时长与预设值进行比较，可以设置任一相的电流脉冲数达到预设值时就发出信号使执行单元切断
三相线路。针对触发切断的电流脉冲数的预设值，处于电源方向下游的受控开关的电流脉冲个数的预设值小于电源方向上游的预设值，或者电源方向下游的受控开关的设定的电流时长的预设值短于电源方向上游的电流时长的预设值。电源方向上游即相对更靠近电源，电源方向下游即相对更远离电源，也即电能从电源发出并由上游向下游传输。或者说，按电源方向的上下游看，距离电源越远的受控开关触发切断的脉冲数的预设值越小或电流时长的预设值越短，越容易先达到触发条件从而切断。实际中，各条出线上设置的断路器，设置电流检测装置可以检测流过断路器的电流脉冲数或电流时长，并可设置某一相或几相通过一定的电流脉冲数或电流时长时即切断线路，因此可以将断路器看做受控开关。
20.如图1所示，本三相非有效接地供电系统包括至少一段差动保护区100，如虚线框所示，差动保护区100具有电能入口和若干电能出口，在电能入口和出口处均设置开关，并且出口的开关102将电流信息通过信号线发送给入口的开关101，入口的开关101比较入口电流与各出口电流之和是否相等，如果差值大于阈值，则判断区内出现短路故障，入口开关101跳闸从而切除故障，差动保护通过现有技术实现。上述受控开关设置在差动保护区外和差动保护区的电能出口处，如果全线都为差动保护区，仅设置电能出口的最末把开关为受控开关，此时受控开关仅处理该受控开关至负载之间出现相间短路等故障（这段区域在差动保护区外，无法通过差动获得保护，此时该受控开关可设置检测到1个电流脉冲即切断或者设定在发生短路故障后检测到电流时长超过0秒即切断，具体原因参见下文）。如果差动保护区与非差动保护区交错设置，则非差动保护区内设置受控开关。
21.在一个实施例中，在abc三相的各条出线上均在靠近母线处设有第一把断路器90，在第一把断路器90处装有第一开关1，第一开关1包括安在abc三相上的三个开关ka1、kb1和kc1，第一开关1能够将某一相在第一把断路器90处短接（如第一把断路器90切断线路后，第一开关1中的开关ka1闭合，即可将a相短接从而使a相绕过第一把断路器90重新导通），这样使得即使第一把断路器切断，被短接相仍然导通带电。第一把断路器90以下设有多把断路器（第一把断路器以下的这些断路器可设为受控开关，而第一把断路器可设置为不具有受控开关的功能，仅单纯实现通断），各断路器均可以根据某一相的电流脉冲数切断三相线路。在每条出线的第一断路器90的下口安有第三开关3，第三开关3中的三个开关ka3、kb3和kc3可以分别将abc三相与大地导通，因此可以将任一相接地。同时，在母线上还装有第二开关2，第二开关2中的三个开关ka2、kb2和kc2均可以分别使母线的三相接地、断开（第二开关也可以装在系统中性点处，此时只需要一相开关即可）。如果在差动保护区外的点f处发生单纯相间短路（如bc两相短路，也可以是三相短路），则首先跳开第一把断路器90以切断三相线路，然后通过第一开关1的一个开关闭合使一故障相（如b相，则闭合开关kb1）导通带电，然后在第一把断路器90的下口利用第三开关3的一个开关将另一故障相（即c相，此时闭合开关kc3）与大地在导通。这样，该线路的b相经短路点f至c相再至接地点，形成了单相接地。然后通过第二开关中一个开关ka2将a相（此时a相为带电相）在第一把断路器上口与大地循环接通和断开，这样就会重复产生电流脉冲（或者利用开关kc2将c相循环接地和断开，也可以形成闭合回路并产生电流脉冲，或者在中性点接地、断开，也可以形成电流脉冲），该电流脉冲经第二开关的接地点、第三开关的接地点和相间短路点f流过故障相b相，当电流脉冲数达到相间短路点f以上最近的受控开关91的触发条件时，该受控开关91切断线路，从而将相间短路点f排除出系统（此时尚未达到更上游的受控开关的触发条件，所以更上游的
受控开关不会切断；并且b相上相间短路点以下的受控开关因为没有电流脉冲流过，所以不会有动作）。然后断开第一开关1上开关kb1，再停止第三开关3中的kc3接地，再停止第二开关中的ka2循环接地，最后闭合第一把断路器90恢复线路供电。
22.在另一个关于三相非有效接地供电系统的具体实施例中，如果在差动保护区外的点f处发生相间短路并附带在短路点接地，仍然可以利用第三开关制造人为接地点，然后通过第二开关产生电流脉冲。但是也可以不利用第三开关接地，而是直接利用故障产生的接地点：首先跳开第一把断路器90以切断三相线路，然后闭合第一开关的开关kb1，直接利用短路点处的接地点即制造出单相接地，然后通过第二开关将a相（也可以是c相）在第一把断路器上口与大地循环接通和断开，这样就会重复产生电流脉冲，该电流脉冲经第二开关的接地点和相间短路点处的接地点f流过故障相b相，当电流脉冲数达到相间短路点以上最近的受控开关91的触发条件时，该受控开关91切断线路，从而将相间短路点f排除出系统。然后断开第一开关的开关kb1，停止第二开关2将带电相循环接地，闭合第一把断路器90恢复线路供电。上述实施例中，在第二开关上串联可变电阻箱8，从而避免相间短路电流过大会给系统造成冲击和损害。在一个实施例中，可变电阻箱8包括驱动电路和若干阻值不同的电阻801，每个所述电阻801与一把电阻开关802串联形成串联单元，所有串联单元并联在一起，所述驱动电路用于控制所述电阻开关是否闭合。特别的，一个所述串联单元中的电阻为导线803，以便可以使串入的电阻阻值为零，如图2所示。
23.上述实施例中，受控开关在达到触发条件跳开时很及时，避免下一个电流脉冲流过，从而避免使更上游的受控开关跳闸。
24.上述实施例中，如果点f位于差动保护区内，则因相间短路或接地故障会导致差动保护区的电能入口的电流值与各电能出口的电流值之和不相等并且差值会超过阈值，则此时入口开关101即会跳闸，因此可以利用差动保护排除故障。差动保护区内首开关的开关无需具备上述受控开关的全部功能，当然，如果受控开关也设置在差动保护区内，则当差动保护出错不能工作时，也可以利用产生电流脉冲的方法通过受控开关排除故障，此时可以作为差动保护的补充。
25.在上述实施例中，第一把断路器90还可以作为一个差动保护区的电能入口开关使用，此时第一把断路器90除了前述功能外，还承担差动保护区的跳闸功能。
26.本供电系统中，在差动保护区内发生相间短路或接地故障时通过差动保护切除故障，可以采用现有技术实现。在所述差动保护区外发生相间短路或接地故障时，通过第二开关导通接地产生电流并利用所述受控开关根据检测到的电流信息切除故障。
27.在上述两个供电系统的实施例中，也可以设置受控开关不检测电流脉冲的个数，而是检测电流时长，此时设定电源下游的受控开关的触发切断的电流时长短于电源上游的受控开关触发切断的电流时长，并且受控开关跳开及时，以至于不会时通过的电流的时长能够触发上一个受控开关跳闸，否则会导致停电面积扩大。此时，只需要第二开关一次性接地，待受控开关跳开后再停止第二开关接地。即当第二开关检测不到电流时即可跳开接地。
28.上述实施例中，如果第一开关为两相单相开关，第三开关为两相单相开关，通过组合也能实现导通一故障相并使另一故障相接地，此时第一、第三开关的中要有一个单相开关位于不同相别。
29.在一个具体实施例中，采用电力电子开关，如绝缘栅双极型晶体管，来实现短时间
的循环接地、断开（针对检测电流脉冲数），或者一次性接地，然后断开（针对检测电流时长）。目前绝缘栅双极型晶体管能够承受大功率的接通和断开，并且是微秒级响应，可以制造出几个毫秒时长的短路电流脉冲。
30.上述方案在具体实施中，可以为每条出线设置线路故障处理模块，用于控制断路器、第一开关、第三开关和第二开关动作。还可以为所有出线设置统一的故障管理模块，故障管理模块控制各个线路故障处理模块。当多条出线在同一时段内均出现相间短路或接地故障时，如果所述相间短路或接地故障发生在所述差动保护区内，则通过差动保护各自处理故障，如果发生在差动保护区外，则故障管理模块接收每条线路故障发生的时刻信号，并按时间先后顺序启动各故障线路的线路故障处理模块。
31.同一时段即为先发生相间短路或接地故障的出线在故障尚未切除完毕时，其他出线又发生相间短路或接地故障的时间段。如果同时发生，则为出线的编号顺序。
32.如果发生单相接地故障，若故障发生在差动保护区内，则因单相接地的存在，会导致入口电流值与出口电流值之和不等从而引发入口开关跳闸，但是此时接地电流很小，限于精度的检测限，也可能入口电流与出口电流的差值没有超过阈值，则此时入口开关就不会跳闸。因此，对于差动保护区内的单相接地故障未能处理的，以及对于差动保护区外的单相接地故障，可以断路器跳闸，然后第一开关导通一故障相，再利用故障的接地点使一故障相与大地导通，然后第二开关将除所述一故障相外的带电相或系统中性点与大地接通以产生电流。对于差动保护区内的接地故障，这一人造电流即会引起差动保护跳闸，对于差动保护区外的接地故障，受控开关会检测到电流脉冲或时长，并根据预设的跳闸条件使故障点上方的受控开关跳闸，从而排除故障。
33.上述实施例只是对本发明构思和实现的若干说明，并非对其进行限制，在本发明构思下，未经实质变换的技术方案仍然在保护范围内。