用户分界断路器成套装置及保护方法.pdf

本发明公开了一种自动、直接切除用户端接地或短路故障及快速恢复用户端瞬时性故障供电，且通过配置通信设备可对线路进行实时监控、就地保护的保护方法及与之配套使用的用户分界断路器成套装置。该用户分界断路器成套装置包括断路器本体(1)、户外电源变压器(2)、测控单元(3)、连接插接件(4)，所述连接插接件(4)包括插头、插座及电缆，所述断路器本体(1)、户外电源变压器(2)与所述测控单元(3)通过所述连接插接件(4)电连接，所述断路器本体(1)包括真空断路器(11)、三相-零序组合式互感器(12)。本发明适用于城市10kV架空网配电线路，产品广泛适用于用户分支分界T接点处。

1、  一种用户分界断路器成套装置，包括断路器本体(1)、户外电源变压器(2)、测控单元(3)、连接插接件(4)，所述连接插接件(4)包括插头、插座及电缆，所述断路器本体(1)、户外电源变压器(2)与所述测控单元(3)通过所述连接插接件(4)电连接，其特征在于：所述断路器本体(1)包括真空断路器(11)、三相-零序组合式互感器(12)，所述真空断路器(11)的输入端与用户进线电源侧连接，所述真空断路器(11)的输出端与用户负荷侧供配电网络的输入端连接，所述户外电源变压器(2)的输入端与用户进线电源侧连接，所述户外电源变压器(2)的输出端与测控单元(3)连接，所述三相-零序组合式互感器(12)是穿心式互感器，所述三相-零序组合式互感器(12)安装在所述真空断路器(11)输出端的三相上。

2、  根据权利要求1所述的用户分界断路器成套装置，其特征在于：所述三相-零序组合式互感器(12)主要由三相穿心式相电流互感器及一个穿心式零序电流互感器整体浇铸成形，包括底座(21)、相CT铁芯(22)、零序铁芯(23)、绕组(24)、浇铸环氧体(25)，所述零序铁芯(23)为“口”字形或“O”字形，由高磁密硅钢片叠制或绕制而成，所述底座(21)、相CT铁芯(22)、零序铁芯(23)、绕组(24)均由环氧树脂按工艺依模具浇铸成一体，底座(21)、相CT铁芯(22)、零序铁芯(23)、绕组(24)彼此之间相互绝缘。

3、  根据权利要求1或2所述的用户分界断路器成套装置，其特征在于：所述测控单元(3)包括AC输入模块(31)、操作面板(33)、控制模块(32)、CPU模块(34)电连接。

4、  一种使用权利要求1所述的用户分界断路器成套装置来实现配电网相间短路故障、单相接地故障处理及快速恢复瞬时性故障供电的保护方法，其特征在于：
a.当线路发生相间短路故障时，测控单元(3)检测到故障相电流超出相间保护整定值且故障持续时间超出相间保护延时整定值时，测控单元(3)输出分闸信号给断路器本体(1)，断路器本体(1)跳闸，切除相间短路故障；
b.当线路发生单相接地故障时，测控单元(3)检测到零序电流超出零序保护整定值且故障持续时间超出零序保护延时整定值时，测控单元(3)输出分闸信号给断路器本体(1)，断路器本体(1)跳闸，切除接地故障；
c.对于上述相间短路故障或者接地故障，断路器本体(1)跳闸后，测控单元(3)进行重合闸计时，计时超出重合闸时间整定值时，测控单元(3)自动输出合闸信号给断路器本体(1)，断路器本体(1)合闸，对于瞬时性故障，测控单元(3)未检测到故障，恢复供电；对于永久性故障，测控单元(3)检测到故障电流，测控单元(3)立即输出后加速分闸信号给断路器本体(1)，断路器本体(1)跳闸，切除故障。

用户分界断路器成套装置及保护方法
技术领域
本发明涉及一种电力系统10KV配电网使用的保护方法和智能化柱上成套开关设备。具体地讲就是一种具有自动切除10KV配电网线路单相接地故障和相间短路故障及快速恢复瞬时性故障供电和线路实时监控功能的就地保护方法及与配套使用的用户断路器成套装置。
技术背景
配电网是电力系统中最后一个直接面向用户供电的重要环节，用户能否得到安全、可靠的电能，配电网保护设备起着极其重要的作用，特别是智能化的就地保护设备已经成为配电网系统中的首选设备。
在我国，随着城网、农网改造的不断深化，在10KV配电网的运行中供电的可靠性和安全性不断提高，主干线出现故障和事故的可能性已大大降低，这时候支线事故造成主干线停电的比率不断升高，支线故障已越来越成为影响配网安全运行的主要因素，因单一用户的故障及保护配合不当波及整条馈线停电的事故时有发生。随着我国国民经济持续、健康、快速发展，人们生活水平逐年提高，对供电可靠性的要求也越来越高，24小时不间断供电已成为现代社会中的正常需要，并且对于线路的实时监控也成为配网系统的重要要求。
目前，10KV架空配电线路至各用户支线入口处大量使用着户外柱上开关和隔离开关，但都具有很大的局限性，已不能满足国民经济及人民生活水平的需求。我公司经过认真调查研究发现主要有以下三点局限性：一、它们大多数为手动操作，主要用于正常分、合线路负荷电流和隔离电源的作用，不具有自动隔离用户侧事故的功能；二、近几年来虽然出现了一些可以隔离故障的负荷开关装置，如专利ZL200720053125.6中公开的用户分界负荷开关，但是其使用具有一定的局限性，对于相间短路故障不能直接切除故障，必须等变电站跳闸一次，才能隔离故障，继而造成全部线路瞬时停电，这种故障处理模式，对于故障的选择性较差；三、由于上述该类设备不具备重合闸功能，而鉴于我国气候的特殊性，10KV架空配电线路经常发生对于雷电引起的绝缘子表面闪络，大风引起的碰线，通过鸟类以及树枝等物掉落在导线上引起的短路、接地等瞬时性故障，因此，对于该类故障，必须进行人为巡线确定故障点及故障类型进行故障排除，然后进行手动重合闸，恢复供电，这种故障处理模式的缺点是故障恢复供电时间较长。
综上所述，专利ZL200720053125.6中所公开的用户分界负荷开关存在不能直接切除相间短路故障，不能快速恢复用户瞬时性故障供电的缺陷，因此新型的能够克服以上缺陷的就地保护设备已经成为用户及电力公司的首选设备。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种自动、直接切除用户端接地或短路故障及快速恢复用户端瞬时性故障供电，且通过配置通信设备可对线路进行实时监控、就地保护的保护方法及与之配套使用的用户分界断路器成套装置。
本发明所采用的技术方案是：用户分界断路器成套装置包括断路器本体、户外电源变压器、测控单元、连接插接件；连接插接件包括插头、插座及电缆；断路器本体、户外电源变压器与测控单元通过连接插接件连接；断路器本体包括真空断路器、三相-零序组合式互感器，真空断路器的输入端与用户进线电源侧连接，真空断路器的输出端与用户负荷侧供配电网络的输入端连接；户外电源变压器的输入端与用户进线电源侧连接，输出端与测控单元连接；三相-零序组合式互感器是穿心式互感器，安装在真空断路器输出端的三相上。
所述三相-零序组合式互感器主要由三相穿心式相电流互感器及一个穿心式零序电流互感器整体浇铸成形，包括底座、相CT铁芯、零序铁芯、绕组、浇铸环氧体，所述零序铁芯为“口”字形或“O”字形，由高磁密硅钢片叠制或绕制而成，所述底座、相CT铁芯、零序铁芯、绕组均由环氧树脂按工艺依模具浇铸成一体，底座、相CT铁芯、零序铁芯、绕组彼此之间相互绝缘。
测控单元包括AC输入模块、控制模块、操作面板和CPU模块，CPU模块与AC输入模块、控制模块、操作面板电连接。测控单元通过AC输入模块进行模拟量采集，模拟量包括相电流、零序电流和一个线电压；通过操作面板进行保护定值的整定、故障指示及控制操作；通过控制模块输出分、合闸信号及储能信号对断路器本体进行电动分、合闸、储能操作及对断路器本体位置信号、储能信号的采集；通过CPU模块进行故障判别、输入信号判别、输出信号控制及数据通信操作。
使用用户分界断路器成套装置用于实现10KV配电网相间短路故障、单相接地故障处理及快速恢复瞬时性故障供电的保护方法具体如下：①相间短路故障处理功能—当线路发生相间短路故障时，测控单元检测到故障相电流超出相间保护整定值且故障持续时间超出相间保护延时整定值时，测控单元输出分闸信号给断路器本体，断路器本体跳闸，切除相间短路故障；②单相接地故障处理功能—当线路发生单相接地故障时，测控单元检测到零序电流超出零序保护整定值且故障持续时间超出零序保护延时整定值时，测控单元输出分闸信号给断路器本体，断路器本体跳闸，切除接地故障；③快速恢复瞬时性故障供电功能—对于上述相间短路故障、接地故障，断路器本体跳闸后，测控单元进行重合闸计时，计时超出重合闸时间整定值时，测控单元自动输出合闸信号给断路器本体，断路器本体合闸，对于瞬时性故障，测控单元未检测到故障，恢复供电；对于永久性故障，测控单元检测到故障电流，测控单元立即输出后加速分闸信号给断路器本体，断路器本体跳闸，切除永久性故障。
本发明的有益效果是：由于本发明中所述用户分界断路器成套装置包括分界断路器本体、户外电源变压器、测控单元、连接插接件，已构成专用成套的10KV配电网故障保护装置，所以本发明具有自动、直接切除用户端故障及快速恢复用户瞬时性故障供电的功能，能有效地改善供电网络用户侧局部事故造成网络中大面积停电及用户端瞬时性故障引起停电的缺陷。
附图说明
图1是本发明电路结构方框示意图；
图2为本发明中所述三相-零序组合式互感器的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括断路器本体1、户外电源变压器2、测控单元3、连接插接件4，所述连接插接件4包括插头、插座及电缆，所述断路器本体1、户外电源变压器2与所述测控单元3通过所述连接插接件4电连接，所述断路器本体1包括真空断路器11、三相-零序组合式互感器12，所述真空断路器11的输入端与用户进户线电源侧连接，所述真空断路器11的输出端与用户负荷侧供配电网络的输入端连接，所述三相-零序组合式互感器12是穿心式互感器，所述三相-零序组合式互感器12安装在所述真空断路器11输出端的三相上。
本发明中所述用户分界断路器成套装置是一种功能全新的智能化的户外一次线路保护设备。断路器本体1采用真空开关，SF6气体绝缘。图2所示，断路器本体1内置三相-零序组合式互感器12，所述三相-零序组合式互感器12主要由三相穿心式相电流互感器及一个穿心式零序电流互感器整体浇铸成形，包括底座21、相CT铁芯22、零序铁芯23、绕组24、浇铸环氧体25，所述零序铁芯23为“口”字形或“O”字形，由高磁密硅钢片叠制或绕制而成，所述底座(21)、相CT铁芯22、零序铁芯23、绕组24均由环氧树脂按工艺依模具浇铸成一体，底座21、相CT铁芯22、零序铁芯23、绕组24彼此之间相互绝缘。
测控单元3外观采用防凝露帽形结构，硬件主要包括AC输入模块31、控制模块32、操作面板33和CPU模块34，所述CPU模块34与所述AC输入模块31、控制模块32、操作面板33电连接。本发明主要应用于10KV架空配电线路和用户支线的责任分界点处，防止用户侧事故障波及到电力配电主干线路，造成电力网络中大面积停电的事故，同时可以快速恢复瞬时性故障引起的停电，配置通信设备可实现对线路实时监控，从而确保配电网络的供电可靠性。