配电变压器高压侧碰壳接地转移过电压抑制装置及方法与流程

1.本发明属于配电网技术领域，尤其涉及配电变压器高压侧碰壳接地转移过电压抑制装置及方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.转移过电压是指配电变压器高压(10千伏)侧发生碰壳接地故障后，变压器高、低压侧通过接地极产生直接的电气联系，故障电流流经接地极将配电变压器低压侧中性点电位大幅抬升，进而通过中性线传导至用电设备外壳引起转移过电压。转移过电压会引发人身伤亡、设备损坏、火灾等事故，给配电系统的供电安全带来严重威胁。
4.目前10千伏配电系统中性点广泛采用不接地或经消弧线圈接地系统，单相接地故障电容电流在10a及以下，宜采用中性点不接地方式，超过10a且小于100a～150a，宜采用中性点经消弧线圈接地方式，且补偿后接地故障残余电流一般宜控制在10a以内，因此，当系统发生单相接地时，故障点电流较小。
5.但是，随着配电网技术的改进及供电可靠性要求的提高，越来越多的地区开始试点中性点经低电阻或经消弧线圈并低电阻接地。当发生单相接地故障时，流过接地点的电流远大于不接地系统，中性点电阻为10ω时，故障电流理论最大可达600a，故障电流流过接地电阻会将故障点电位大幅抬升，当接地故障以侧碰壳的形式出现时，过电压通过配变低压侧中性线传导至用户用电设备外壳，产生转移过电压，同时配电变压器外壳直接接于接地极(网)，与400伏侧工作地共用接地极(网)，无法抑制转移过电压，会造成人身伤亡及设备损坏的问题。


技术实现要素：

6.为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明提供配电变压器高压侧碰壳接地转移过电压抑制装置，其在配电变压器外壳与接地网之间增加限流电阻，可有效降低转移过电压。
7.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.本发明的第一个方面提供配电变压器高压侧碰壳接地转移过电压抑制装置，包括限流电阻、限流电阻投切接触器、单相电压互感器以及控制逻辑回路；
9.在配电变压器外壳与接地网之间增加限流电阻，所述限流电阻和限流电阻投切接触器串联，和单相电压互感器并联；
10.所述控制逻辑回路用于将采集到的实际单相电压互感器的二次电压和接地故障报警整定值进行比较，若大于整定值，发生碰壳接地故障，发送接地故障报警信号，同时动作于限流电阻投切接触器，控制限流电阻的投入，切断故障电流；否则，控制限流电阻的退出。
11.作为一种实施方式，所述限流电阻的阻值满足的计算公式为：
[0012][0013]
其中，un为配电变压器高压系统额定电压，r
tequ
为配电变压器等效接地电阻，u
max
为转移过电压允许值，r0为小电阻阻值，z
t0
为接地变阻抗，z
l
为配电变压器高压出线始端至配电变压器之间线路阻抗。
[0014]
作为一种实施方式，所述接地故障报警整定值根据发生碰壳接地故障时限流电阻上的电压降计算得到。
[0015]
作为一种实施方式，所述发生碰壳接地故障时限流电阻上的电压降的计算公式为：
[0016][0017]
其中，un为配电变压器高压系统额定电压，r
x
为限流电阻的阻值，r
tequ
为配电变压器等效接地电阻，r0为小电阻阻值，z
t0
为接地变阻抗，z
l
为配电变压器高压出线始端至配电变压器之间线路阻抗。
[0018]
作为一种实施方式，动作于限流电阻投切接触器的动作时间满足的条件为：
[0019]
若需与配电变压器上级保护配合，则动作时间应较上级保护动作时间长δt；
[0020]
如无需与上级保护配合，则不经延时，直接瞬时跳接触器。
[0021]
本发明的第二个方面提供配电变压器高压侧碰壳接地转移过电压抑制方法，包括如下步骤：
[0022]
获取限流电阻两端的二次电压；
[0023]
将二次电压和接地故障报警整定值进行比较，若大于整定值，发生碰壳接地故障，发送接地故障报警信号，同时动作于限流电阻投切接触器，控制限流电阻的投入，切断故障电流；否则，控制限流电阻的退出。
[0024]
作为一种实施方式，所述限流电阻的阻值满足的计算公式为：
[0025][0026]
其中，un为配电变压器高压系统额定电压，r
tequ
为配电变压器等效接地电阻，u
max
为转移过电压允许值，r0为小电阻阻值，z
t0
为接地变阻抗，z
l
为配电变压器高压出线始端至配电变压器之间线路阻抗。
[0027]
作为一种实施方式，所述接地故障报警整定值根据发生碰壳接地故障时限流电阻上的电压降计算得到。
[0028]
作为一种实施方式，所述发生碰壳接地故障时限流电阻上的电压降的计算公式为：
[0029][0030]
其中，un为配电变压器高压系统额定电压，r
x
为限流电阻的阻值，r
tequ
为配电变压
器等效接地电阻，r0为小电阻阻值，z
t0
为接地变阻抗，z
l
为配电变压器高压出线始端至配电变压器之间线路阻抗。
[0031]
作为一种实施方式，动作于限流电阻投切接触器的动作时间满足的条件为：
[0032]
若需与配电变压器上级保护配合，则动作时间应较上级保护动作时间长δt；
[0033]
如无需与上级保护配合，则不经延时，直接瞬时跳接触器。
[0034]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0035]
本发明在配电变压器外壳与接地网之间增加限流电阻，提供了配电变压器高压侧发生经外壳单相接地故障对低压侧转移过电压抑制方法，可有效降低转移过电压，解决了配电变压器外壳直接接于接地极(网)，与400伏侧工作地共用接地极(网)，无法抑制转移过电压的问题。
[0036]
本发明可准确计算10千伏配电变压器高压侧发生单相经外壳接地故障时的故障电流，以及经400伏侧中性线传递至用电设备外壳的转移过电压；其次，告警及控制回路可检测碰壳接地后发送告警信号，并发挥保护功能，断开接地故障。有效防止转移过电压造成的人身伤亡及设备损坏。
[0037]
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0038]
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0039]
图1为本发明实施例转移过电压抑制装置原理图；
[0040]
图2为本发明实施例转移过电压抑制装置安装位置及一次接线图。
具体实施方式
[0041]
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0042]
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0043]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0044]
本发明中，术语如“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
[0045]
术语解释
[0046]
10千伏配电变压器采用安全地与工作地共用接地极(接地网)的连接方式，安全接地是指配电变压器外壳不经过任何装置或设备直接连接于接地极，工作接地是指配电变压
器低压(400伏)侧直接接于接地极。
[0047]
实施例一
[0048]
图1为转移过电压抑制装置原理图，本实施例提供配电变压器高压侧碰壳接地转移过电压抑制装置，包括限流电阻、限流电阻投切接触器、单向电压互感器以及控制逻辑回路；
[0049]
所述限流电阻一端和配电变压器外壳相连，另一端连接于配电变压器低压侧中性点；
[0050]
所述限流电阻两端并联单向电压互感器，限流电阻和限流电阻投切接触器串联；
[0051]
所述控制逻辑回路用于将采集到的实际单相电压互感器的二次电压和接地故障报警整定值进行比较，若大于整定值，发生碰壳接地故障，发送接地故障报警信号，同时动作于限流电阻投切接触器，控制限流电阻的投入，切断故障电流；否则，控制限流电阻的退出。
[0052]
图2为转移过电压抑制装置安装位置及一次接线图，如图2所示，转移过电压抑制装置进行安装时，首先拆除原配电变压器外壳与接地网之间所有连线，将转移过电压抑制装置通过电缆串接于配电变压器外壳与接地网之间。
[0053]
上述方案的优点在于，通过在配电变压器外壳与接地网之间增加限流电阻，可有效降低转移过电压，解决了配电变压器外壳直接接于接地极(网)，与400伏侧工作地共用接地极(网)，无法抑制转移过电压的缺点。
[0054]
作为一种或多种实施例，以具体的实施方式进行说明。
[0055]
其中，限流电阻r
x
，其主要作用：一是抑制发生接地短路故障时的故障电流；二是分摊故障电压，使接地极承受电压尽量小，以降低转移过电压。
[0056]
所述限流电阻的阻值满足的计算公式为：
[0057][0058]
其中，un为配电变压器高压系统额定电压，本实施例中为10千伏系统额定电压，r
tequ
为配电变压器等效接地电阻，u
max
为转移过电压允许值，r0为小电阻阻值，z
t0
为接地变阻抗，z
l
为配电变压器高压出线始端至配电变压器之间线路阻抗。
[0059]
举例说明，若un取6000伏，忽略接地变阻抗z
t0
、线路阻抗z
l
，根据gb/t 16895.10-2010《电气装置第4-44部分：安全防护电压骚扰和电磁骚扰防护》中规定，转移过电压u
max
长期(10s)允许值约不大于80v，计算得不同配变等效接地电阻值下限流电阻最小值如下表1所示，因此，选290欧姆电阻可满足所有工况。
[0060]
表1不同配变等效接地电阻值下限流电阻最小值
[0061]
序号r
tequ
(规程规定不大于4欧姆)r
x
(欧姆)10.527216531.51024214052.5177
6321573.525284290
[0062]
单相电压互感器(即单相pt)，其用于为将限流电阻两端电压转换为二次低电压供测量及控制回路使用。pt额定一次电压与配电变压器高压侧相电压一致(如：10千伏系统可选额定一次电压为6千伏的pt)，额定二次电压为100伏。
[0063]
限流电阻投切接触器k
x
，其用于控制限流电阻的投入与退出，并切断故障电流，由于限流电阻接入后，故障电流被限制在较小范围内，接触器即可满足投切功能，接触器额定电压不小于系统额定相电压。
[0064]
就地报警灯，用于发生碰壳接地时指示故障。
[0065]
控制逻辑回路，用于主要包括以下功能：
[0066]
(1)计算接地故障电流if，如下式所示：
[0067][0068]
其中，u2为控制回路采集到的pt二次侧电压，n
pt
为pt变比。
[0069]
(2)根据发生碰壳接地故障时限流电阻上的电压降计算得到接地故障报警整定值。
[0070][0071]
本实施例中，考虑到过度电阻的影响，按发生接地故障时有1.2～2倍灵敏度计算，报警整定值应整定为0.83u
2c
～0.5u
2c
。
[0072]
(3)接地故障报警逻辑：当控制回路采集到的实际pt二次电压u2大于整定值时，证明发生了碰壳接地故障，控制回路瞬时发送接地报警信号，以无线的方式上传至配电变压器所属变电站或调度控制中心。
[0073]
(4)接地故障保护逻辑：当控制回路采集到的实际pt二次电压u2大于整定值时，证明发生了碰壳接地故障，保护逻辑动作于跳接触器k
x
，动作时间应满足：如需与配电变压器上级保护配合，则动作时间应较上级保护动作时间长δt，如无需与上级保护配合，则不经延时，瞬时跳接触器。
[0074]
需要说明的，在本实施例中，δt取0.2s，本领域技术人员可以根据具体工况自行设置，在此不作详述。
[0075]
上述方案的优点在于，可准确计算10千伏配电变压器高压侧发生单相经外壳接地故障时的故障电流，以及经400伏侧中性线传递至用电设备外壳的转移过电压；其次，告警及控制回路可检测碰壳接地后发送告警信号，并发挥保护功能，断开接地故障。有效防止转移过电压造成的人身伤亡及设备损坏。
[0076]
实施例二
[0077]
本实施例提供配电变压器高压侧碰壳接地转移过电压抑制方法，包括如下步骤：
[0078]
获取限流电阻两端的二次电压；
[0079]
将二次电压和接地故障报警整定值进行比较，若大于整定值，发生碰壳接地故障，
发送接地故障报警信号，同时动作于限流电阻投切接触器，控制限流电阻的投入，切断故障电流；否则，控制限流电阻的退出。
[0080]
作为一种或多种实施例，下面以具体的实施方式进行说明。
[0081]
步骤1：明确变电站10千伏母线中性点接地方式、获取变电站中性点接地装置及10千伏线路参数；
[0082]
具体包括：
[0083]
(1)中性点经小电阻接地系统：获取小电阻阻值r0，接地变阻抗z
t0
。
[0084]
(2)获取10千伏出线始端至配电变压器之间线路阻抗z
l
。
[0085]
步骤2：测量配电变压器等效接地电阻阻值，具体包括：
[0086]
(1)确认配电变压器安全地与工作地地接地方式，明确配变低压系统接地方式。
[0087]
(2)找到配电变压器接地极，并对地上部分进行处理，露出金属部分，露出面积以便于接地电阻测试仪接地极钳子夹钳为准。
[0088]
(3)用接地电阻测试仪测量配变等效接地电阻r
tequ
。
[0089]
步骤3：转移过电压抑制装置设计，装置原理如图1所示，其主要包含以下部分：
[0090]
(1)限流电阻r
x
，其主要作用：一是抑制发生接地短路故障时的故障电流；二是分摊故障电压，使接地极承受电压尽量小，以降低转移过电压。限流电阻阻值的选择应满足：
[0091][0092]
其中，un为配电变压器高压系统额定电压，本实施例中为10千伏系统额定电压，u
max
为转移过电压允许值。
[0093]
(2)单相电压互感器(即单相pt)，其主要作用为将限流电阻两端电压转换为二次低电压供测量及控制回路使用。pt额定一次电压与配电变压器高压侧相电压一致(如：10千伏系统可选额定一次电压为6千伏的pt)，额定二次电压为100伏。
[0094]
(3)限流电阻投切接触器k
x
，其主要作用为控制限流电阻的投入与退出，并切断故障电流，由于限流电阻接入后，故障电流被限制在较小范围内，接触器即可满足投切功能，接触器额定电压不小于系统额定相电压。
[0095]
(4)就地报警灯，用于发生碰壳接地时指示故障。
[0096]
(5)控制逻辑回路，主要包括以下功能：
[0097]
1)计算接地故障电流，如下式所示：
[0098][0099]
其中，u2为控制回路采集到的pt二次侧电压，n
pt
为pt变比。
[0100]
2)接地故障报警值整定，按下式计算发生碰壳接地故障时，限流电阻上的电压降u
2c
。
[0101][0102]
考虑到过度电阻的影响，按发生接地故障时有1.2～2倍灵敏度计算，报警整定值
应整定为0.83u
2c
～0.5u
2c
。
[0103]
3)接地故障报警逻辑：当控制回路采集到的实际pt二次电压u2大于整定值时，证明发生了碰壳接地故障，控制回路瞬时发送接地报警信号，以无线的方式上传至配电变压器所属变电站或调度控制中心。
[0104]
4)接地故障保护逻辑：当控制回路采集到的实际pt二次电压u2大于整定值时，证明发生了碰壳接地故障，保护逻辑动作于跳接触器k
x
，动作时间应满足：如需与配电变压器上级保护配合，则动作时间应较上级保护动作时间长δt，建议δt取0.2s，如无需与上级保护配合，则不经延时，瞬时跳接触器。
[0105]
上述方案的优点在于，可准确计算10千伏配电变压器高压侧发生单相经外壳接地故障时的故障电流，以及经400伏侧中性线传递至用电设备外壳的转移过电压；其次，告警及控制回路可检测碰壳接地后发送告警信号，并发挥保护功能，断开接地故障。有效防止转移过电压造成的人身伤亡及设备损坏。
[0106]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。