一种非线性电阻控制柜及中性点系统故障分析、治理及选线方法与流程

1.本发明涉及电力装置技术领域，尤其涉及一种非线性电阻控制柜及中性点系统故障分析、治理及选线方法。


背景技术：

2.电力系统的接地方式主要分为有效接地和非有效接地两大类。有效接地包括直接接地和经小电阻接地；非有效接地包括不接地，经消弧线圈接地和经高电阻接地。非有效接地系统：(1)不接地，主要用于架空线路和网络较小的系统，在我国传统网络中占有较大的比例。它造价低，结构简单，供电可靠性和安全性均较高。但过电压倍数高，对系统绝缘威胁较大。随着电缆线路的增加，系统接地电容电流越来越大，发生单相接地时，电弧不易熄灭，会产生很高的过电压。(2)经高电阻接地，大多用于发电厂供电系统。高阻对吸收谐振和单相接地的电磁能量很有作用，同时增加了选线的准确率，供电可靠性和安全性也比较高。但在单相接地时，过电压仍很高。接地电容电流较大的系统不适应。(3)经消弧线圈接地，主要用于接地电容电流较大的系统。它利用感性电流补偿接地电容电流，使单相接地残流较小，过零后电弧不再重燃，有很高的供电可靠性和安全性。但它的过电压倍数高，精确调谐难度大，选线准确率低，造价高，不利于电网远景规划。有效接地系统：中压系统的有效接地主要是经小电阻接地的方式，它的过电压水平较低，选线准确率高，能迅速查出接地故障。但供电可靠性和安全性较差。发生单相弧光接地时，不能熄弧，必须立即跳闸。接地电流大，跨步电压高，严重威胁人身安全，对二次线路和电子通讯设备还会产生很大的干扰。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种非线性电阻控制柜及中性点系统故障分析、治理及选线方法，正常运行时，中性点电压很低，非线性电阻呈高阻状态，流经其中的电流非常小，基本上处于开路状态，系统相当于不接地。因此，具有不接地方式供电可靠性，安全性好的特点。若系统发生故障，引发高倍电压时，中性点电压会同时升高，非线性电阻立即响应而导通，将电压限制在设定的范围内，系统的过电压也被限制在2倍以下。此时系统又具备了有效接地系统过电压水平低、选线准确率高的特点，并优于经小电阻接地方式。
4.本发明的技术方案是这样实现的：
5.一种非线性电阻控制柜，包括安装在控制柜箱门上的嵌入式控制器，所述控制器包括工控系统、dsp数字处理器及高速fpga处理的pci接口采样卡，实时分析处理瞬态、暂态过电压波形，并保存、分析过电压类型和波形录波。
6.安装在控制柜底部的多个电流互感器，所述电流互感器的二次输出端与二次室内的嵌入式电路电连接，控制器通过电流互感器的高低变比对高压进行采集和测量；
7.多个非线性电阻器，多个非线性电阻器的输出端分别与对应电流互感器的输入端串联电连接，所述非线性电阻器的高压输入端通过高压限流熔断器与隔离开关的下口连
接，所述隔离开关上口与三相母排连接，三相母排上的三相电路分别连接有高频电压传感器，并固定在控制柜内壁；
8.操作手柄，所述操作手柄安装在控制柜的背面，并通过操控杆与隔离开关相连接，实现隔离开关的合闸与分闸。
9.进一步的，所述工控系统采用xp操作系统，2.0g dual-core处理器，内存500g。
10.进一步的，所述非线性电阻器为多路zno非线性电阻并联组成的。
11.一种非线性电阻控制柜中性点系统故障分析、治理及选线方法，其特征在于，包括以下步骤：
12.s1：三相电路的中性点通过隔离开关连接非线性电阻器并接地，隔离开关与控制器电连接，对系统谐振过电压、弧光过电压进行判断治理及永久性接地进行选线，当三相电路发生故障时，通过控制器实时分析判定瞬态、暂态的过电流及过电压波形并保存；
13.三相电路的每相电路都连接有高频电压传感器，高频电压传感器与控制器电连接，对线路的高频、工频及分频进行监测分析及判定；
14.s2：(i)通过非线性电阻器来进行故障治理，并通过控制器来监测三相电路的故障仿真分析及精准选线；
15.(ii)通过高频电压传感器检测三相电路的高频、工频及分频的仿真波形图，并通过控制器进行判断故障类别；
16.s3：通过各电流、电压随时间变化的故障仿真分析，来判断故障类型，并通过控制器进行监测、治理及选线。
17.本发明的有益效果是：正常运行时，中性点电压很低，非线性电阻呈高阻状态，流经其中的电流非常小，基本上处于开路状态，系统相当于不接地。因此，具有不接地方式供电可靠性，安全性好的特点。若系统发生故障，引发高倍电压时，中性点电压会同时升高，非线性电阻立即响应而导通，将电压限制在设定的范围内，系统的过电压也被限制在2倍以下。此时系统又具备了有效接地系统过电压水平低、选线准确率高的特点，并优于经小电阻接地方式。
18.当系统发生谐振时，非线性电阻的巨大能容很快地吸收谐振能量。因过电压被限制在较低水平，所以互感器的特性处于线性区域，呈高感抗状态而使谐振消失。
19.当系统方式单相弧光接地时，非线性电阻及时吸收接地电荷能量，同时限制弧道的恢复电压，使接地电流过零后不容易重燃，弧光很快熄灭，综合性能由于消弧线圈。
20.当发生永久性接地时，非线性电阻保持相电压水平，电阻中流过的电流较小，可维持运行。也可以通过选线对故障馈线进行延时切除或快速切除，适宜于各种不同的运行要求。
21.经非线性电阻接地的系统过电压水平被限定在绝缘允许范围内，电气设备的绝缘被高电压冲击的可能性减小，小故障引发大故障(如单相接地引发短路故障)的概率也降低，供电的可靠性和安全性很大提高。
22.非线性电阻器为多路zno非线性电阻并联组成的非线性电阻器组，各路的伏安特性完全一致。
23.另外，通过三相电路的每相电路都连接有高频电压传感器，其频宽达到20mhz(普通电磁式pt只能达到10khz，无法采集电网电压的高频分量)，具有很好的频率响应，能录制
高频电压信号。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为一种非线性电阻控制柜的主视图；
26.图2为一种非线性电阻控制柜内部结构示意图；
27.图3为一种中性点系统故障分析、治理及选线方法的电路图；
28.图4为非线性接地电阻器的伏安特性示意图；
29.图5为小电阻接入时故障波形图(ψ＝90
°
，r＝50ω)；
30.图6为小电阻接入时故障波形图(ψ＝0
°
，r＝50ω)；
31.图7为小电阻接入时正常波形图(ψ＝0
°
，r＝50ω)；
32.图8为非线性电阻器接入时故障波形图(ψ＝90
°
，r＝5000ω)；
33.图9为非线性电阻器接入时正常波形图(ψ＝90
°
，r＝5000ω)；
34.图10为永久性接地故障波形图；
35.图11为弧光接地故障波形图；
36.图12为高频电压传感器检测的工频电压波形图；
37.图13为高频电压传感器检测的高频电压波形图；
38.图14为高频电压传感器检测的分频电压波形图。
具体实施方式
39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
40.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
41.根据本发明的实施例，提供了一种非线性电阻控制柜。
42.参照图1-2，根据本发明实施例的非线性电阻控制柜，包括安装在控制柜1箱门上的嵌入式控制器2，所述控制器2包括工控系统、dsp数字处理器及高速fpga处理的pci接口采样卡，实时分析处理瞬态、暂态过电压波形，并保存、分析过电压类型和波形录波；
43.安装在控制柜1底部的多个电流互感器3，所述电流互感器3的二次输出端与二次室内的嵌入式电路电连接，控制器2通过电流互感器3的高低变比对高压进行采集和测量；
44.多个非线性电阻器4，多个非线性电阻器4的输出端分别与对应电流互感器3的输入端串联电连接，所述非线性电阻器4的高压输入端通过高压限流熔断器5与隔离开关6的下口连接，所述隔离开关6上口与三相母排7连接，三相母排7上的三相电路分别连接有高频电压传感器8，并固定在控制柜1内壁；
45.操作手柄9，所述操作手柄9安装在控制柜1的背面，并通过操控杆与隔离开关6相连接，实现隔离开关6的合闸与分闸。
46.进一步的，所述工控系统采用xp操作系统，2.0g dual-core处理器，内存500g。
47.进一步的，所述非线性电阻器4为多路zno非线性电阻并联组成的。采用专用数据库筛选，匀压匀能；动作响应快速，陡波响应特性好，zno主动保护，保护性能优越，不受系统容性电流的影响。
48.一种非线性电阻控制柜中性点系统故障分析、治理及选线方法，其特征在于，包括以下步骤：
49.s1：三相电路的中性点通过隔离开关6连接非线性电阻器4并接地，隔离开关6与控制器2电连接，对系统谐振过电压、弧光过电压进行判断治理及永久性接地进行选线，当三相电路发生故障时，通过控制器2实时分析判定瞬态、暂态的过电流及过电压波形并保存；
50.三相电路的每相电路都连接有高频电压传感器8，高频电压传感器8与控制器2电连接，对线路的高频、工频及分频进行监测分析及判定；
51.s2：(i)通过非线性电阻器4来进行故障治理，并通过控制器2来监测三相电路的故障仿真分析及精准选线；
52.(ii)通过高频电压传感器8检测三相电路的高频、工频及分频的仿真波形图，并通过控制器2进行判断故障类别；
53.s3：通过各电流、电压随时间变化的故障仿真分析，来判断故障类型，并通过控制器2进行监测、治理及选线。
54.具体实施时，非线性中点电阻柜连接在发电机、变压器中性点上，当电网或者发电机定子绕组发生单相接地故障时，向接地点提供附加阻性电流，使接地点电流由电容性变成阻容性电流，从而保证产生的过电压不超过1.7倍的相电压。
55.正常运行时，中性点电压很低，非线性电阻呈高阻状态，流经其中的电流非常小，基本上处于开路状态，系统相当于不接地。因此，具有不接地方式供电可靠性，安全性好的特点。若系统发生故障，引发高倍电压时，中性点电压会同时升高，非线性电阻立即响应而导通，将电压限制在设定的范围内，系统的过电压也被限制在2倍以下。此时系统又具备了有效接地系统过电压水平低、选线准确率高的特点，并优于经小电阻接地方式。
56.当系统发生谐振时，非线性电阻的巨大能容很快地吸收谐振能量。因过电压被限制在较低水平，所以互感器的特性处于线性区域，呈高感抗状态而使谐振消失。
57.当系统方式单相弧光接地时，非线性电阻及时吸收接地电荷能量，同时限制弧道的恢复电压，使接地电流过零后不容易重燃，弧光很快熄灭，综合性能由于消弧线圈。
58.当发生永久性接地时，非线性电阻保持相电压水平，电阻中流过的电流较小，可维持运行。也可以通过选线对故障馈线进行延时切除或快速切除，适宜于各种不同的运行要求。
59.经非线性电阻接地的系统过电压水平被限定在绝缘允许范围内，电气设备的绝缘被高电压冲击的可能性减小，小故障引发大故障(如单相接地引发短路故障)的概率也降低，供电的可靠性和安全性很大提高。
60.如图3和图4所示，非线性电阻器为多路zno非线性电阻并联组成的非线性电阻器组，各路的伏安特性完全一致。具体实施时，可以按300％的容量计算，即使损坏50％以上仍
能正常运行，每一路都串有高压限流熔断器，保证多个非线性电阻器正常运行。
61.非线性电阻器连接在系统中性点和地之间，即构成了非线性电阻接地方式，这种方式充分利用了非线性电阻优良的伏安特性，巨大的热能容和快捷的响应速度等特性，将它的动作值设置在系统相电压水平，运行中收到良好的效果。
62.如图5-9所示，为谐振接地时的故障或正常时的波形图仿真分析。
63.具体地，如图5-6所示，波形图表明，当中性点经小电阻接地(现有的小电阻接地方式)，电阻r＝50ω，在出现谐振故障时，系统电压几乎不受故障的影响，暂态过程很短暂，可以近似认为直接进入稳态。即经小电阻接地的方式，它的过电压水平较低，选线准确率高，能迅速查出接地故障。但供电可靠性和安全性较差，在发生单相弧光接地时，不能熄弧，必须立即跳闸。接地电流大，跨步电压高，严重威胁人身安全，对二次线路和电子通讯设备还会产生很大的干扰。
64.图7波形图表明，中性点电压很低，非线性电阻器1呈高阻状态，流经其中的电流非常小，基本上处于开路状态，系统相当于不接地。
65.如图8所示，当接地点阻抗较大时(即本方案中接入的非线性电阻器)，电阻r＝5000ω，在出现谐振故障时，其电压都有一个很明显的过渡过程，约经过2个工频周波暂态过程结束；无论在高过渡阻抗还是小过渡阻抗，电压都不会出现明显的高频分量。图9为非线性电阻器接入时正常波形图。
66.与电压变化特点不同，中性点接入的非线性电阻器1，电流的高频成分明显减少，容性电流所占比例明显降低，由于阻抗的增加，衰减的电流也基本消失。
67.当系统发生谐振时，非线性电阻器1的巨大能容很快地吸收谐振能量。因过电压被限制在较低水平，呈高感抗状态而使谐振消失。
68.如图10所示为永久性接地故障波形图，当发生永久性接地时，非线性电阻保持相电压水平，电压有一个很明显的过渡过程，约经过4个工频周波暂态过程结束，可维持运行。也可以通过控制器选线对故障馈线进行延时切除或快速切除，适宜于各种不同的运行要求。
69.如图11所示为弧光接地故障波形图，当系统方生单相弧光接地时，非线性电阻器1及时吸收接地电荷能量，同时限制弧道的恢复电压，使接地电流过零后不容易重燃，弧光很快熄灭，综合性能由于消弧线圈。
70.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。