一种适用扩大单元接线方式的接地保护装置的制作方法

本发明属于一种光伏、风电等新能源集电线路所在电压等级系统采用小电阻接地且采用扩大单元接线方式时的接地保护原理和保护动作出口选择性的分析。

背景技术：

1、现状光伏、风电等新能源升压站当装机容量较大时，为提升投资效益，其升压变低压侧大多数会采取较为经济的扩大单元接线方式。

2、新能源集电线路较长，线路电容电流较大，当线路发生接地故障时，一般会要求配置接地保护以快速切除故障。为满足接地保护要求，一次设备会配置接地小电阻。

3、集电线路所在电压等级母线的所有出线均会配置保护装置，含零序电流保护，并配置升压变低压侧零序电流保护或者接地变零序电流保护作为出线接地故障的后备保护。

4、当升压变低压侧为星形接线能引出中性点时，接地电阻接至升压变低压侧中性点，此时可由主变低压侧零序电流保护联合出线间隔零序电流保护完成接地保护。现状电网侧变电站主变低压侧较少采用扩大单元接线方式，目前主变压器保护主要适用电网，当其直接用于新能源升压站时，当有接地故障时，低压侧零序电流保护会动作跳开主变各侧断路器。

5、当升压变低压侧为三角形接线时，需要配置能引出中性点的接地变并接入接地电阻，此时需要配置专用的接地变保护，由其零序电流保护联合出线间隔零序电流保护完成接地保护，现状接地变零序电流保护动作出口也是跳开和母线有关联的全部断路器。

6、无论是升压变低压侧零序电流保护还是接地变零序电流保护，作为出线零序电流保护的后备保护，其零序电流保护出口动作会导致接至升压变的所有新能源发电设备被动切除，针对有些扩大单元接线形式，会导致切除范围扩大化，新能源发电受限，影响效益。由此可见，现状无论是升压变低压侧零序电流保护还是接地变零序电流保护不适配扩大单元接线形式。

技术实现思路

1、发明要解决的技术问题是：本发明主要解决光伏、风电等新能源集电线路所在电压等级系统采用小电阻接地且采用扩大单元接线方式时，现状升压变低压侧零序电流保护或者接地变零序电流保护动作范围扩大化导致新能源发电受限问题，提供一种新型的适用扩大单元接线方式的接地保护装置。

2、本发明的技术方案具体为：

3、一种适用扩大单元接线方式的接地保护装置，包括控制器以及与控制器相连接的三相电压电流回路、通信接口及电源回路、开入开出回路、跳闸报警回路和插件回路；

4、其中，三相电压电流回路包括两路a相电压保护电路、两路b相电压保护电路、两路c相电压保护电路、两路a相电流保护电路、两路b相电流保护电路、两路c相电流保护电路和两路接地变小电阻电流保护电路；其中，电压保护电路连接pt柜的母线电压，电流保护电路连接进线分支柜的电流；

5、通信接口及电源回路包括1路电b码对时接口、3路rs232串口、2路rs485串口、4路rj45接口和1个调试接口；

6、开入开出回路包括转换开关qk，转换开关qk输出端分别连接升压变低压侧扩大单元接线线路i、升压变低压侧扩大单元接线线路ii或升压变低压侧扩大单元接线线路iii；

7、插件回路包括电源插件、通讯插件、cpu插件、开入插件、开出插件和交流采样插件。

8、第一路a相电压保护电路ua1、第一路b相电压保护电路ub1和第一路c相电压保护电路uc1分别连接1#pt柜7的母线电压；第二路a相电压保护电路ua2、第二路b相电压保护电路ub2和第二路c相电压保护电路uc2分别对应连接2#pt柜8的母线电压；

9、第一路a相电流保护电路ia1、第一路b相电流保护电路ib1和第一路c相电流保护电路ic1对应接入进线#1分支柜2的3lh的电流量；第二路a相电流保护电路ia2、第二路b相电流保护电路ib2和第二路c相电流保护电路ic2对应接入进线#2分支柜3的3lh的电流量；

10、第一路接地变小电阻电流保护电路3i01对应接入#1接地变及小电阻成套装置11的2llh的电流量或者小电阻装置12的2llh的电流量；

11、第二路接地变小电阻电流保护电路3i02对应接入#2接地变及小电阻成套装置12的2llh的电流量；当接地保护装置连接升压变低压侧扩大单元接线线路ii或升压变低压侧扩大单元接线线路iii时，第二路接地变小电阻电流保护电路3i02不接线。

12、所述的升压变低压侧扩大单元接线线路i包括高压侧配电装置，高压侧配电装置连接升压变压器1，升压变压器1的输出端为两个主变进线，两个主变进线分别连接主变进线#1分支柜2和主变进线#2分支柜3；其中，主变进线#1分支柜2连接第五母线5，第五母线5分别连接1#pt柜7、#1接地变柜9、站用变出线柜、集电线路出线柜、储能出线柜、svg出线柜，且#1接地变柜9连接#1接地变及小电阻成套装置11；

13、主变进线#2分支柜3连接第六母线6，第六母线6连接2#pt柜8、#2接地变柜10、站用变出线柜、集电线路出线柜、储能出线柜、svg出线柜，且#2接地变柜10连接#2接地变及小电阻成套装置12；

14、主变进线#1分支柜2和主变进线#2分支柜3内均设置有电流互感器1lh~6lh，其输出端均连接有第一断路器13；

15、#1接地变柜9和#2接地变柜10均设置有第二断路器15和电流互感器1lh~5lh；

16、第五母线5和第六母线6其他出线柜均设置有第三断路器16；

17、#1接地变及小电阻成套装置11和#2接地变及小电阻成套装置12均设置有电流互感器1llh~3llh；其他出线柜均设置有零序电流互感器17；

18、且站用变出线柜、集电线路出线柜、储能出线柜、svg出线柜均配置带零序电流保护的保护测控装置；#1接地变柜9和#2接地变柜10均配置接地变保护测控装置。

19、当#1接地变柜9投入运行时，当第六母线6的某回集电线路出现单相接地故障时，集电线路出线柜的保护装置通过本柜的零序电流互感器17的电流启动零序电流保护，其动作出口跳本柜的第三断路器16以切除故障，当保护或者断路器拒动时，此时#1接地变柜9的接地变保护装置作为后备保护，通过本柜的#1接地变及小电阻成套装置11的1llh电流启动零序电流保护，其动作出口跳第五母线5和第六母线6所关联的所有断路器；

20、接地保护装置中的转换开关qk置于①②位置，接地保护装置中的交流采样插件采集主变进线#1分支柜2和主变进线#2分支柜3的第一断路器13的位置信号、#1接地变柜9和#2接地变柜10的第二断路器15的位置信号；采集1#pt柜7和2#pt柜8的电压量、主变进线#1分支柜2和主变进线#2分支柜3的3lh电流量、#1接地变及小电阻成套装置11和#2接地变及小电阻成套装置12的2llh电流量；正常运行时，主变进线#1分支柜2和主变进线#2分支柜3的第一断路器13处于合位位置；#1接地变柜9和#2接地变柜10投入其中一个柜运行，投入柜的第二断路器15处于合位位置，未投入柜的第二断路器15处于分位位置；1#pt柜7和2#pt柜8的电压互感器均有压；通过位置信号和电压量能够判断出运行方式；当第六母线6的某回集电线路出现单相接地故障时，集电线路出线柜的保护装置通过本柜零序电流互感器17的电流启动零序电流保护，其动作出口跳本柜的第三断路器16以切除故障，当保护或者断路器拒动时，本发明的接地保护装置作为后备保护，主变进线#1分支柜2和主变进线#2分支柜3的3lh、接地变及小电阻成套装置11的2llh均产生故障电流，结合运行方式判断出故障线路在第六母线6上，故障电流大于整定值且达到动作时间时出口跳主变进线#2分支柜3的第一断路器13以及和第六母线6所关联的所有断路器，这样可切除产生接地故障的第六母线6，保障非故障第五母线5的正常运行；同理，当第五母线5的某回集电线路出现单相接地故障时，采用接地保护装置可切除产生接地故障的第五母线5，保障非故障第六母线6的正常运行。

21、升压变低压侧扩大单元接线线路ii包括高压侧配电装置，高压侧配电装置连接升压变压器1，升压变压器1的输出端为两个主变进线，两个主变进线分别连接主变进线#1分支柜2和主变进线#2分支柜3；其中，主变进线#1分支柜2连接第五母线5，第五母线5分别连接1#pt柜7、站用变出线柜、集电线路出线柜、储能出线柜、svg出线柜；

22、主变进线#2分支柜3连接第六母线6，第六母线6连接2#pt柜8、站用变出线柜、集电线路出线柜、储能出线柜、svg出线柜；

23、主变进线#1分支柜2和主变进线#2分支柜3内均设置有电流互感器1lh~6lh，其输出端均连接有第一断路器13；第五母线5和第六母线6其他出线柜均设置有第三断路器16；

24、升压变压器1仅设置1台#1接地变及小电阻成套装置11，且#1接地变及小电阻成套装置11、与主变进线#1分支柜2和主变进线#2分支柜3共同t接在升压变压器1的低压侧；#1接地变及小电阻成套装置11设置有电流互感器1llh~3llh。

25、当第五母线5或者第六母线6的某回集电线路出现单相接地故障时，集电线路出线柜的保护装置通过本柜零序电流互感器17的电流启动零序电流保护，其动作出口跳本柜的第三断路器16以切除故障，当保护或者断路器拒动时，此时升压变低压侧零序电流保护作为后备保护，通过#1接地变及小电阻成套装置11的1llh电流启动零序电流保护，其动作出口跳升压变各侧断路器，所有新能源设备均不能正常发电；

26、接地保护装置采集主变进线#1分支柜2和主变进线#2分支柜3的第一断路器13的位置信号；采集1#pt柜7和2#pt柜8的电压量、主变进线#1分支柜2和主变进线#2分支柜3的3lh电流量、接地变及小电阻成套装置11的2llh电流量；正常运行时，主变进线#1分支柜2和主变进线#2分支柜3的第一断路器13处于合位位置，1#pt柜7和2#pt柜8的电压互感器均有压；当第六母线6的某回集电线路出现单相接地故障时，集电线路出线柜的保护装置通过本柜零序电流互感器17的电流启动零序电流保护，其动作出口跳本柜的第三断路器16以切除故障，当保护或者断路器拒动时，接地保护装置作为后备保护，主变进线#2分支柜3的3lh、接地变及小电阻成套装置11的2llh均产生故障电流，结合运行方式判断出故障线路在第六母线6上，故障电流大于整定值且达到动作时间时，出口跳主变进线#2分支柜3的第一断路器13以及和第六母线6所关联的所有断路器，这样可切除产生接地故障的第六母线6，但可以保障非故障第五母线5的正常运行；同理，当第五母线5的某回集电线路出现单相接地故障时，采用接地保护装置可切除产生接地故障的第五母线5，保障非故障第六母线6的正常运行。

27、升压变低压侧扩大单元接线线路iii包括高压侧配电装置，高压侧配电装置连接升压变压器1，升压变压器1的输出端为两个主变进线，两个主变进线分别连接主变进线#1分支柜2和主变进线#2分支柜3；其中，主变进线#1分支柜2连接第五母线5，第五母线5分别连接1#pt柜7、站用变出线柜、集电线路出线柜、储能出线柜、svg出线柜；

28、主变进线#2分支柜3连接第六母线6，第六母线6连接2#pt柜8、站用变出线柜、集电线路出线柜、储能出线柜、svg出线柜；

29、主变进线#1分支柜2和主变进线#2分支柜3内均设置有电流互感器1lh~6lh，其输出端均连接有第一断路器13；第五母线5和第六母线6其他出线柜均设置有第三断路器16；

30、升压变压器1的升压变接线形式为y/y带平衡绕组，低压侧从中性点引出并设置有小电阻装置12，小电阻装置12设置有电流互感器1llh~3llh。

31、当第五母线5或者第六母线6的某回集电线路出现单相接地故障时，集电线路出线柜的保护装置通过本柜零序电流互感器17的电流启动零序电流保护，其动作出口跳本柜的第三断路器16以切除故障，当保护或者断路器拒动时，此时升压变低压侧零序电流保护作为后备保护，通过小电阻成套装置12的1llh电流启动零序电流保护，其动作出口跳升压变各侧断路器，所有新能源设备均不能正常发电；

32、接地保护装置采集主变进线#1分支柜2和主变进线#2分支柜3的第一断路器13的位置信号；采集1#pt柜7和2#pt柜8的电压量、主变进线#1分支柜2和主变进线#2分支柜3的3lh电流量、小电阻成套装置12的2llh电流量；正常运行时，主变进线#1分支柜2和主变进线#2分支柜3的第一断路器13处于合位位置，1#pt柜7和2#pt柜8的电压互感器均有压；当第六母线6的某回集电线路出现单相接地故障时，集电线路出线柜的保护装置通过本柜零序电流互感器17的电流启动零序电流保护，其动作出口跳本柜的第三断路器16以切除故障，当保护或者断路器拒动时，接地保护装置作为后备保护，主变进线#2分支柜3的3lh、小电阻成套装置12的2llh均产生故障电流，结合运行方式判断出故障线路在第六母线6上，故障电流大于整定值且达到动作时间时，出口跳主变进线#2分支柜3的第一断路器13以及和第六母线6所关联的所有断路器，这样可切除产生接地故障的第六母线6，但可以保障非故障第五母线5的正常运行；同理，当第五母线5的某回集电线路出现单相接地故障时，采用接地保护装置可切除产生接地故障的第五母线5，保障非故障第六母线6的正常运行。

33、本发明的有益效果为：具有以下几方面的优点：接地保护装置设置转换开关qk以对应扩大单元接线方式，通过采集每个进线分支柜的断路器位置信号和电流量信号、每段母线的电压量信号、接地电阻回路电流量、接地变柜断路器位置信号（扩大单元接线方式二、三无此信号）以确定运行方式，通过各个回路故障电流的流向并结合运行方式逻辑判断接地故障所在母线段，当接地保护装置作为后备保护需要动作时精准切除故障母线段所有断路器，并保障剩下一段母线正常运行，避免后备保护出口跳闸范围扩大化，不影响非故障段新能源设备的正常发电，提高新能源发电时间，提升发电效益。