一种配网灵活接地保护控制系统技术方案

本发明专利技术提供了一种配网灵活接地保护控制系统，交流量采集单元对电网三相电压、中性点电压、中性点消弧线圈分支电流、小电阻电流以及各支路零序电流信号进行数据采集；数字量采集单元对消弧线圈档位、小电阻投入开关状态以及各支路断路器投切状态信号进行数据采集；监测算法单元对交流量采集单元和数字量采集单元进行采集控制，并根据交流量采集单元和数字量采集单元采集的数据，生成消弧线圈调档、小电阻投切以及各支路跳闸控制信号；控制信号输出单元根据监测算法单元生成的控制信号，实现消弧线圈调档控制、小电阻投切控制以及各支路跳闸控制。本发明专利技术实现了消弧线圈系统的测控、小电阻系统的控制功能以及接地选线及选线跳闸功能。

【技术实现步骤摘要】
一种配网灵活接地保护控制系统
本专利技术涉及供配电网
的一种配网灵活接地保护技术，具体地，涉及一种配网灵活接地保护控制系统。
技术介绍
在6-35kV供配电网中，主要采用了两种中性点接地方式：中性点经消弧线圈接地、中性点经小电阻接地。对以架空线为主的配电网，由于单相接地后电容电流有限，一般采用中性点经消弧线圈接地方式，由消弧线圈在接地后可实现对电容电流的补偿。接地电流被消弧线圈补偿后明显变小，造成选线装置不能准确判断接地信号，影响了选线的准确性，给永久性故障选线带来一定的困难，使接地故障难以快速、准确地切除。对于以电缆线路为主的配电网，由于单相接地后电容电流显著增大的，采用消弧线圈已经不能实现良好的补偿，因此多采用中性点经小电阻接地方式，再发生单相接地后，小电阻会提供较大的零序电流，促使故障线路零序保护动作，直接切除故障线路。但是中性点经小电阻接地方式，无法区分瞬时接地故障与永久性接地故障，对所有单相接地均启动线路跳闸，增加了线路跳闸次数，影响了供电可靠性。因此，采用中性点经消弧线圈并联小电阻的灵活接地方式，结合二者各自的优点，避免各自存在的问题，可以有效提高配电网的供电安全性和可靠性。一般情况下，在6-10(20)kV系统，消弧线圈及小电阻经接地变压器接入系统；35kV系统，消弧线圈及小电阻可直接接到变压器中性点。消弧线圈的电流上限，一般为电网电容电流135％；小电阻的阻值，一般以金属性接地时小电阻可以产生400～600A的电流来选择。一个典型中性点灵活接地的配电网，采用消弧线圈并联小电阻，电网正常运行时，消弧线圈直接挂载在电网的中性点中，小电阻与电网中性点断开。此时由消弧线圈实现对电网电容电流的跟踪测量。当电网发生单相接地故障后，立即投入消弧线圈进行补偿，若故障为瞬时性故障，则由于消弧线圈的补偿作用，接地故障可直接消除，电网即恢复正常，消弧线圈随后退出补偿；若消弧线圈投入后，故障仍旧存在，则视为永久性故障，此时在消弧线圈持续补偿的情况下，延时投入小电阻，接地电流随之显著增大，从而使线路的零序保护动作，自动切除故障线路，使电网恢复正常，消弧线圈随后也退出补偿；若投入小电阻后，线路零序保护不能动作，则小电阻在投入一定时间后，自动退出，防止小电阻被烧毁。配电网中性点灵活接地方式，目前已经在部分电网中进行了实际使用。但应用过程中，由于对接地过程的复杂性的认识不足、对小电阻与配电网相关保护设备协调配合策略考虑不周、对小电阻参数的设计不规范等原因，实际并未体现出灵活接地的应有的优越性，未能达到灵活接地的设计初衷。配电网灵活接地实际应用中，主要存在如下问题：1、与配电网中的DTU/FTU等设备配合不理想造成的小电阻频繁投切、故障无法隔离；2、高阻接地时零序过流保护的选择性不足；3、对接地故障的识别过于简单造成的小电阻误动；在这些情况下贸然投入小电阻，不但不能起到解除故障的作用，反而有可能因为小电阻投入增大了故障电流，引起变电站越级跳闸，扩大故障范围。为实现对灵活接地系统的更完善监测、控制，实现各类接地故障、尤其是高阻接地故障时，灵活接地系统都能够正确切除故障线路，需要开发新的灵活接地控制系统。目前没有发现同本专利技术类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种配网灵活接地保护控制系统。该系统除了实现常规灵活接地系统的消弧线圈测控、小电阻控制外，更能够将接地选线及选线跳闸功能引入，以期解决常规灵活接地系统不能在高阻接地是切除故障的重大运行弊端，真正实现灵活接地电网的暂态故障自动消除、永久故障可靠隔离。本专利技术是通过以下技术方案实现的。一种配网灵活接地保护控制系统，包括：监测算法单元以及与监测算法单元连接的交流量采集单元、数字量采集单元、控制信号输出单元和人机交互单元；其中：所述交流量采集单元，对电网三相电压Ua/Ub/Uc、中性点电压U0、中性点消弧线圈分支电流IL、小电阻电流IR以及各支路零序电流I0信号进行数据采集；所述数字量采集单元，对消弧线圈档位、小电阻投入开关状态以及各支路断路器投切状态信号进行数据采集；所述监测算法单元，对交流量采集单元和数字量采集单元进行采集控制，并根据交流量采集单元和数字量采集单元采集的数据，生成消弧线圈调档、小电阻投切以及各支路跳闸控制信号输出至控制信号输出单元；所述控制信号输出单元，根据监测算法单元生成的控制信号，实现消弧线圈调档控制、小电阻投切控制以及各支路跳闸控制；所述人机交互单元，实现监测算法单元与上位机之间的数据交互。优选地，所述交流量采集单元、数字量采集单元和控制信号输出单元分别为一个或多个。优选地，所述监测算法单元，包括处理器模块、FPGA模块、ADC模块、FLASH模块、RAM模块以及CAN模块；所述FPGA模块与处理器模块连接，所述ADC模块和CAN模块分别与FPGA模块连接，所述FLASH模块与处理器模块连接，所述RAM模块分别与处理器模块和FPGA模块连接；其中：所述处理器模块，通过FPGA模块和ADC模块读取交流量采集单元采集的数据，通过FPGA模块和CAN模块读取数字量采集单元采集的数据，并对读取到的数据进行处理，生成控制信号，通过FPGA模块和CAN模块将控制信号输出至控制信号输出单元；所述FPGA模块对多路ADC模块进行同步和采集时序控制，实现交流量采集单元对数据的采样；所述FPGA模块通过CAN模块实现数字量采集单元对数据的采样以及控制信号的输出；所述RAM模块为处理器模块和FPGA模块提供数据共享支持，对FPGA模块读取到的数据进行暂存；所述FLASH模块为整个系统提供存储功能；所述处理器模块通过其内部数据总线与人机交互单元进行数据互通。优选地，所述处理器模块，包括消弧线圈测控模块、小电阻测控模块和接地选线及跳闸模块；其中：所述消弧线圈测控模块，根据交流量采集单元和数字量采集单元采集的数据，生成消弧线圈调档控制信号，所述消弧线圈调档控制信号用于对消弧线圈进行调档、电网电容电流的变化进行监测、对电网的电容电流进行跟踪测量以及对接地后投入的消弧线圈进行补偿；所述小电阻测控模块，根据交流量采集单元和数字量采集单元采集的数据，生成小电阻投切控制信号，所述小电阻投切控制信号用于控制小电阻投切、配合接地选线及跳闸模块实现有功分量法选线以及配合线路DTU(开闭所终端设备)和/或FTU(馈线终端设备)进行重合于故障的快速隔离；所述接地选线及跳闸模块，根据交流量采集单元和数字量采集单元采集的数据，生成各支路跳闸控制信号，所述各支路的跳闸控制信号用于识别电网故障类型、进行暂态选线、协调小电阻进行高阻下的有功分量法选线、作为零序保护后备保护的选线跳闸、重合于故障时的后加速选线跳闸。优选地，所述消弧线圈测控模块生成消弧线圈调档控制信号，包括：实时监测中性点电压U0和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种配网灵活接地保护控制系统，其特征在于，包括：监测算法单元以及与监测算法单元连接的交流量采集单元、数字量采集单元、控制信号输出单元和人机交互单元；其中：/n所述交流量采集单元，对电网三相电压Ua/Ub/Uc、中性点电压U

【技术特征摘要】
1.一种配网灵活接地保护控制系统，其特征在于，包括：监测算法单元以及与监测算法单元连接的交流量采集单元、数字量采集单元、控制信号输出单元和人机交互单元；其中：
所述交流量采集单元，对电网三相电压Ua/Ub/Uc、中性点电压U0、中性点消弧线圈分支电流IL、小电阻电流IR以及各支路零序电流I0信号进行数据采集；
所述数字量采集单元，对消弧线圈档位、小电阻投入开关状态以及各支路断路器投切状态信号进行数据采集；
所述监测算法单元，对交流量采集单元和数字量采集单元进行采集控制，并根据交流量采集单元和数字量采集单元采集的数据，生成消弧线圈调档、小电阻投切以及各支路跳闸控制信号输出至控制信号输出单元；
所述控制信号输出单元，根据监测算法单元生成的控制信号，实现消弧线圈调档控制、小电阻投切控制以及各支路跳闸控制；
所述人机交互单元，实现监测算法单元与上位机之间的数据交互；
所述交流量采集单元、数字量采集单元和控制信号输出单元分别为一个或多个。


2.根据权利要求1所述的配网灵活接地保护控制系统，其特征在于，所述监测算法单元，包括处理器模块、FPGA模块、ADC模块、FLASH模块、RAM模块以及CAN模块；所述FPGA模块与处理器模块连接，所述ADC模块和CAN模块分别与FPGA模块连接，所述FLASH模块与处理器模块连接，所述RAM模块分别与处理器模块和FPGA模块连接；
其中：
所述处理器模块，通过FPGA模块和ADC模块读取交流量采集单元采集的数据，通过FPGA模块和CAN模块读取数字量采集单元采集的数据，并对读取到的数据进行处理，生成控制信号，通过FPGA模块和CAN模块将控制信号输出至控制信号输出单元；
所述FPGA模块对多路ADC模块进行同步和采集时序控制，实现交流量采集单元对数据的采样；所述FPGA模块通过CAN模块实现数字量采集单元对数据的采样以及控制信号的输出；
所述RAM模块为处理器模块和FPGA模块提供数据共享支持，对FPGA模块读取到的数据进行暂存；
所述FLASH模块为整个系统提供存储功能；
所述处理器模块通过其内部数据总线与人机交互单元进行数据互通。


3.根据权利要求2所述的配网灵活接地保护控制系统，其特征在于，所述处理器模块，包括消弧线圈测控模块、小电阻测控模块和接地选线及跳闸模块；其中：
所述消弧线圈测控模块，根据交流量采集单元和数字量采集单元采集的数据，生成消弧线圈调档控制信号，所述消弧线圈调档控制信号用于对消弧线圈进行调档、电网电容电流的变化进行监测、对电网的电容电流进行跟踪测量以及对接地后投入的消弧线圈进行补偿；
所述小电阻测控模块，根据交流量采集单元和数字量采集单元采集的数据，生成小电阻投切控制信号，所述小电阻投切控制信号用于控制小电阻投切、配合接地选线及跳闸模块实现有功分量法选线以及配合线路DTU和/或FTU进行重合于故障的快速隔离；
所述接地选线及跳闸模块，根据交流量采集单元和数字量采集单元采集的数据，生成各支路跳闸控制信号，所述各支路的跳闸控制信号用于识别电网故障类型、进行暂态选线、协调小电阻进行高阻下的有功分量法选线、作为零序保护后备保护的选线跳闸、重合于故障时的后加速选线跳闸。


4.根据权利要求3所述的配网灵活接地保护控制系统，其特征在于，所述消弧线圈测控模块生成消弧线圈调档控制信号，包括：
实时监测中性点电压U0和中性点消弧线圈分支电流IL，在中性点电压U0小于接地故障启动电压时，当监测到中性点电压U0有突变，则认为电网的支路、以及电网电容电流发生改变，此时启动电容跟踪计算；通过测量调节消弧线圈档位过程中，中性点电压U0及消弧线圈电流IL的改变情况，计算出电网的电容电流；
实时监测电网是否发生单相接地，包括：当中性点电压U0超过设定的接地故障启动电压时，认为电网发生单相接地，此时立即切除阻尼电阻、并投入消弧线圈进行电容电流补偿；当中性点电压U0降低到接地故障启动电压以下时，认为接地故障消失，此时保持消弧线圈在投入状态，在延时一段时间电网零序电压始终低于故障启动电压后，退出消弧线圈补偿、并投入阻尼电阻；
根据当前消弧线圈档位信号，对消弧线圈执行上调、下调、停止调档操作。


5....

【专利技术属性】
技术研发人员：叶远波，陈实，王吉文，贾雅君，谢民，王同文，汪胜和，李克峰，程小平，邵庆祝，王薇，项忠华，陈晓东，魏立新，
申请(专利权)人：国网安徽省电力有限公司，思源电气股份有限公司，上海君世电气科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34