基本信息
- 项目名称：
- 非有效接地配电网智能消弧与接地保护系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品发明了非有效接地配电网智能消弧与接地保护方法，在配电网瞬时性接地故障时，实现瞬时故障100%消弧,从而彻底消除由瞬时性故障引起的停电事故；在永久接地故障时，改变注入电流，检测并断开故障线路，实现接地保护，将接地保护可靠性由原来的20%提高到70%。作品已在全国应用，彻底解决了国内外长期存在的配电网接地故障消弧与保护难题，居国际领先水平。
- 详细介绍：
- 配电网覆盖面广、深入用户终端、结构复杂、运行方式多变，随机故障频繁。约70％的配电网故障是瞬时性接地故障，如果不能快速消弧，易发展为永久性故障。本作品发明了非有效接地配电网智能消弧与保护方法，在配电网瞬时性接地故障时，实现瞬时故障100%消弧，从而彻底消除由瞬时性故障引起的停电事故；在永久接地故障时，改变注入电流，检测并断开故障线路，实现接地保护，将接地保护可靠性由原来的20%提高到60%。研发了故障消弧与保护成套装置，并已在全国应用，彻底解决了国内外长期存在的配电网接地故障消弧与保护难题，居国际领先水平。替代传统消弧线圈调整系统，在每个变电站安装，具有广阔应用前景，社会经济效益显著。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 为解决中性点非有效接地配电网长期存在的单相接地故障消弧与接地保护的难题，本作品开展了非有效接地配电网智能消弧与接地保护系统的研究。 一 基本思路 本作品提出了配电网对地绝缘参数测量新方法-精确谐振测量法，揭示了基于STATCOM注入零序电流对零序电压的作用机理，建立了基于STATCOM的故障电压消弧理论，提出了接地故障保护新原理，研制了智能配电网接地故障有源电压消弧与保护装置，解决长期存在的单相接地故障消弧与接地保护的难题，减少接地故障停电率和停电时间，促进配电网智能化发展。并申请了2项发明专利。 二 创新点和关键技术 提出了配电网对地绝缘参数测量的新方法-精确谐振测量法，测量简单、方便、精确。 提出了基于注入零序电流控制零序电压的有源电压消弧理论，通过注入一零序电流强制故障点电压恒为零，则故障电流为零，实现故障电流的全补偿，满足故障消弧最佳条件，实现瞬时接地故障的100%消弧。 提出了基于注入电流的永久性接地故障保护方法，有效提高接地保护的灵敏度。 研制了智能配电网接地故障有源电压消弧与保护装置，实现任意波形电流的产生。 三 主要技术指标 1．配电网对地电容电流测量误差小于0.5%； 2．配电网对地电阻的测量误差小于1%，阻尼率的测量误差小于1%； 3．发生接地故障时配电网故障残流小于0.1A； 4．跳闸隔离故障线路，正确率达98%； 5．降低了单相永久性接地故障率60%。
科学性、先进性
- 本作品的科学性和先进性具体如下: 国内外同类配电网接地故障消弧技术一般采用中性点经消弧线圈接地的电流消弧法。随电力电子技术和计算机控制技术的发展，在传统配电网消弧接地技术的基础上，近年来国内外涌现了连续可控阻抗接地的系列消弧技术。但是这些方法仅仅以补偿电容电流为控制目标，只能补偿故障点无功残流，不能补偿有功电流和谐波电流，且没有考虑电压大小及上升速度，消弧效果有限。电压消弧是一个新的发展方向，本作品以故障相电压为控制目标，通过注入电流控制故障相电压到零，同时实现故障电流和故障相电压上升速度为零，从源头上实现瞬时故障的100%消弧。 中性点非有效接地配电网发生单相接地故障时，接地故障电流小，保护灵敏度低。近年来，残流增量接地保护是一个发展方向，但在保护过程中需要操作中性点接地阻抗，有可能影响故障消弧，产生谐波，限制了接地保护的精度。为此，本作品通过控制注入零序电流，人为制造接地故障特征量，综合判断，灵敏度高。
获奖情况及鉴定结果
- 已申请的发明专利二项： 1）“一种配电网接地故障消弧与保护方法”申请号：201110006701.2 2）“一种配电网接地故障保护方法”申请号：201010588133.7 已发表论文： A Novel Arc-Suppression Method for Grounding Fault in Wind Farm. 2010 International Conference on Power System Technology.
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 学生自主创业，已创办“长沙启同电力科技有限公司”。
作品可展示的形式
- 实物产品 1）配电网接地故障智能消弧装置； 2）配电网接地保护装置
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点和优势： 采用电压消弧法，通过注入一零序电流，使故障相电压恒为零，破坏电弧再次重燃的条件，实现瞬时故障的100%消弧，将瞬时故障停电率由原来的60%降低到0%；将接地故障保护可靠性由原来的20%上升为70%；非有效接地配电网智能消弧与保护装置可实现任意波形电流的产生；控制策略分为开环控制和闭环控制。 作品适用范围： 本作品广泛应用于电力、石化、化工、冶金和煤炭等行业的配电网。 推广前景和技术性说明： 本成套装置采用配电网电压消弧法，从源头上实现了瞬时故障的100%消弧、永久故障的快速跳闸隔离，具有广阔的应用前景。 市场分析和经济效益预测： 本作品开发的非有效接地配电网智能消弧与接地保护系统，已在常德，益阳等地进行了推广和应用，应用效果显著，取得了巨大的经济效益和社会效益。并由申请人成立公司，进行产品的研发和生产。此后，将替代现有电流消弧技术，在湖南省电网及全国各大电网推广应用。
同类课题研究水平概述
- 随电力电子和计算机控制技术的发展，在传统配电网消弧接地技术的基础上，近年来国内外涌现了连续可控阻抗接地的系列消弧技术。这些静止连续可控消弧线圈电抗或投切电阻的接地方式只能补偿故障点无功残流，不能补偿有功电流和谐波电流，消弧效果有限。电压消弧是一个新的发展方向，国内外一些配电网推广采用电压消弧技术。近年来推出了“限制间歇电弧接地过电压”的“消弧柜”，钳制故障相电压，阻止故障电弧重燃；但受高阻接地故障选相准确率的制约，有可能出现错误地短路正常相，引发相间故障；同时受开关动作时间的限制，消弧效果有限。为此，国内采用电抗器短路接地故障相，限制短路电流，但消弧效果没有显著提高；且在发生低阻接地故障时，旁路电抗器为故障点的分流下，故障点电流较大，持续时间长，存在安全隐患。综上所述，国内外中性点非有效接地方式的研究发展动态：固定阻抗接地（消弧线圈接地、电阻接地、消弧线圈串联/并联电阻接地）→ 开关控制阻抗接地→ 静止连续可控阻抗接地（接地阻抗变压器、偏磁式谐振接地、磁通可控的可调电抗器、基于IGBT的消弧接地补偿装置、柔性零残流消弧线圈等） → 基于STATCOM的零序电压柔性控制及故障电压消弧。本作品采用电压消弧法，通过注入一零序电流，使故障相电压恒为零，破坏电弧再次重燃的条件，实现瞬时故障的100%消弧。 中性点非有效接地配电网发生单相接地故障时，接地故障电流小，保护灵敏度低。为此，国内外提出了一系列接地故障选线保护方法，如：基波及5次谐波零序电流群体比幅比相、零序功率方向、零序暂态能量、故障暂态特征、注入信号测量零序信号电流、基于人工智能接地保护方法、注入信号测量阻尼率接地保护方法、负序电流接地保护方法、零序导纳接地保护方法和基于计算接地点功率损耗及故障电阻等的保护方法。所有这些接地保护方法，在金属性接地故障试验时，一般都能准确动作。但实际运行中，准确度不高。近年来，残流增量法接地保护是一个发展方向，已得到了工业应用。本作品采用残流增量法，从源头上增大故障电流，大大提高了保护灵敏度。
