JP7575619B2

JP7575619B2 - 相間短絡の処理方法

Info

Publication number: JP7575619B2
Application number: JP2023558925A
Authority: JP
Inventors: 占▲ユー▼ 薛; 進春 ▲しん▼
Original assignee: 保定玉▲しん▼電気科技有限公司
Priority date: 2020-12-12
Filing date: 2021-12-02
Publication date: 2024-10-29
Anticipated expiration: 2041-12-02
Also published as: EP4246746A4; US20230387677A1; JP2023554546A; WO2022121781A1; US12266914B2; CN113765053B; CN113765053A; EP4246746A1; EP4246746B1; EP4246746C0

Description

本発明は給電システム故障処理分野に関し、具体的には３相非有効接地給電システムの相間短絡故障発生後の処理方法に関する。

現在、３相非有効接地給電システムのある回路に対して相間短絡が発生した場合、通常の方法は、以下のようである。１、再閉路を採用する方法：まずこの回路上の第１の遮断器を切断してからこの第１の遮断器を閉じて、瞬間的な相間短絡であれば、第１の遮断器を閉路にした後に解消し、正常な給電を継続する。第１の遮断器を閉じた後もこの相間短絡障害が存在する場合は、第１の遮断器を切断して点検を待つ。２、時間上の段差協力方法を採用する方法：つまり、同じ回路の遮断器は電源からの距離によって異なり、異なる過電流トリップ時間を調整し、電源に近づくほどトリップ時間が長くなり、一般的に整定段差は１００ｍｓであり、この時間は機械動作の開閉時間とアルゴリズムの消費時間によって決定され、この方法は故障領域を隔離することができるが、故障点が電源に近い故障に対して、給電システムは短絡電流に耐える時間が長く、電力網への衝撃が大きい。３、第１の遮断器を過電流によってトリップしてから、最後の遮断器をトリップし、もし故障が発生したのは最後の遮断器の以降であれば、故障を排除することができ、さもなくば第１の遮断器を閉路にし、依然として故障電流があれば、第１の遮断器を過電流によってトリップし、それから逆数２本目の遮断器を切断し、もし相間短絡が逆数２本目の遮断器と最後の遮断器の間で発生すれば、故障を排除することができ、このように類推し、故障を排除するまで、遮断器を順に前向きに切断する。しかし、この操作中、切断されていない遮断器や給電システムは大きな短絡電流の衝撃を受け続け、時間が長すぎたり、回数が多すぎたりすると、回路に損傷を与えることがある。もし相間短絡の持続時間が３００ミリ秒を超えてはならず、遮断器のトリップ時間が１００ミリ秒であれば、一般的に回路上で３本の遮断器を超えるべきではなく、そうでなければ、上述の方法は回路が３００ミリ秒以上の衝撃を招く可能性がある。このことから、従来の相間短絡処理方法はいずれも故障処理に時間がかかり、故障を自動的に排除することができないという弊害があった。

中国特許出願公開第１０１５０５０５３号明細書

本発明は３相非有効接地給電システムにおける相間短絡故障区間を迅速に位置決めし、自動且つ正確に故障を除去でき、相間短絡故障の処理品質を良好に向上させ、給電安全性を向上させることができる相間短絡の処理方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、以下の実施形態を使用する。
３相非有効接地給電システムに複数の制御スイッチが分布し、前記制御スイッチは電流時間に応じて回路を切断することができ、
１つの回路で単純な２相または３相間短絡が発生した場合、（ａ）当該回路の１つの故障相を導通することを維持し、他の故障相をトリップし、前記１つの故障相と導通した別の故障相を人為的に接地し、次いで、前記１つの故障相と閉回路を形成して電流を発生するように、前記１つの故障相を除く前記３相非有効接地給電システムの１つの帯電相または中性点を接地し、電源下流の制御スイッチにおける切断をトリガする電流時間を電源上流の制御スイッチにおける切断をトリガする電流時間より短いように設定し、ある制御スイッチがトリガ条件に達して回路を切断した後、前記別の故障の接地を停止し、前記１つの帯電相又は前記中性点の接地を停止する方法に準じて処理し、
１つの回路で２相または３相間短絡に伴う接地障害が発生した場合、上記（ａ）方法に準じて処理するか、又は（ｂ）当該回路の１つの故障相を導通することを維持し、他の故障相をトリップし、次いで、前記１つの故障相と閉回路を形成して電流を発生するように、前記１つの故障相を除く前記３相非有効接地給電システムの１つの帯電相または中性点を接地し、電源下流の制御スイッチにおける切断をトリガする電流時間を電源上流の制御スイッチにおける切断をトリガする電流時間より短いように設定し、ある制御スイッチがトリガ条件に達して回路を切断した後、前記１つの帯電相または前記中性点の接地を停止する方法に準じて処理することを特徴とする相間短絡の処理方法。

好ましくは、前記方法（ａ）及び方法（ｂ）において、前記１つの故障相の導通を維持することは、前記１つの故障相をトリップしてから前記１つの故障相を導通すること及び、前記１つの故障相をトリップしないことを含む。

好ましくは、前記方法（ａ）において、まず、前記一回路の第１の遮断器をトリップさせ、その後、第１のスイッチを介して第１の遮断器で前記１つの故障相を短絡させて前記１つの故障相を導通し、前記第１のスイッチは前記制御スイッチであり、第３のスイッチを介して第１の遮断器のアウトレットで前記別の故障相を人為的に接地し、前記１つの故障と閉回路を形成して電流を発生するように第２のスイッチを介して前記１つの帯電相を前記第１の遮断器のインレットまたは中性点で接地し、ある前記制御スイッチがトリガ条件に達して回路を切断した後、前記第１のスイッチ、第３のスイッチをオフにし、かつ前記第２のスイッチの接地を停止し、その後、前記第１の遮断器を閉路にする。

好ましくは、前記方法（ｂ）は、まず、前記第１のラインの第１の遮断器をトリップし、その後、第１のスイッチを介して前記１つの故障相を第１の遮断器で短絡させて前記１つの故障相を導通し、前記第１のスイッチは前記制御スイッチであり、前記１つの故障と閉回路を形成して電流を発生するように第２のスイッチを介して前記１つの帯電相を前記第１の遮断器のインレットまたは中性点で接地し、ある前記制御スイッチがトリガ条件に達して回路を切断した後、前記第１のスイッチをオフにし、かつ前記第２のスイッチの接地を停止し、その後、前記第１の遮断器を閉路にする。

好ましくは、前記第２のスイッチは電力電子スイッチである。

好ましくは、前記電力電子スイッチは絶縁ゲート型バイポーラトランジスタである。

好ましくは、前記制御スイッチは、前の制御スイッチに検出された電流時間が前の制御スイッチのトリガ条件に達することを回避するために、トリガ条件に達した後、タイムリーに切断されることができる。

好ましくは、前記方法（ａ）及び方法（ｂ）において、前記閉回路に電流制限抵抗を直列に接続していることを特徴とする請求項１に記載の相間短絡の処理方法。

好ましくは、前記第２のスイッチと大地との間に電流制限抵抗を直列に接続している。

好ましくは、前記電流制限抵抗は可変抵抗である。

本発明の有益な効果は、以下のようである。
相間短絡故障が発生した後、まず元故障電流を遮断してから、１つの適切な電流が人為的に作成され、且つ元のすべて故障回路あるいは部分故障回路の新たな回路を流れることができ、故障の検出と排除に有利である。具体的には、１つの故障相を単相接地にし、別の故障相（２相短絡）を切断するか、または同時に第３の相（３相短絡）を切断した後、接地の故障相と閉回路を形成して制御可能な大きさの電流を生成するように給電システムの１つの帯電相またはシステムの中性点を接地し、故障相の制御スイッチを介して電流時間を検出し、制御スイッチがトリガ条件に達した後にオフにされ、電源下流の制御スイッチにおける切断をトリガする電流時間は、電源上流の制御スイッチにおける切断をトリガする電流時間より短いため、故障相上の相間短絡故障点以降の制御スイッチは閉回路に入らず、電流が流れていないので、相間短絡故障点以前の第１の制御スイッチが先にオフにされ、相間短絡故障を排除することを確定する。上記の場合に対して、相間短絡に伴う単相接地であれば、その接地点をそのまま利用してもよいし、人為的に作成された接地点を利用してもよい。単純な相間短絡であれば、人為的に接地点を作成しなければならない、すなわち、第３のスイッチを介して別の故障相に接地点を作成する必要がある、この接地点は好ましくは第１の遮断器のアウトレットに位置し、また、この別の故障相の他の場所に位置してもいい、特に相間短絡点以降に位置する場合、この別の故障相の制御スイッチは、該当相電流を検出しないように相応に設定し、すなわち、規則として相の区別を検出しないと予めに設定することができ、例えば、ＡＢ相間はＢ相を検出せず、ＡＣ相間はＣ相を検出せず、ＢＣ相間はＣ相を検出せず、ＡＢＣ相間はＣ相を検出せず、切断しようとする制御スイッチよりも前もって早く切断されないようにする。本方法は相間故障を単相接地故障に変換して処理し、制御スイッチを利用して自動的にトリップすることができ、迅速、正確、自動的に故障を排除し、その後に別の故障接地を停止してから帯電相の接地を停止し、最後に第１の遮断器を閉路にして電力供給を回復することができる。

本発明の方法の一例の配線概略図である。本発明の方法の他の一例の配線概略図である。

以下に添付図面を用いて、具体的な実施例を参照して本発明をさらに説明する。３相給電システムは一般的な非有効接地システムであり、一般的に３相給電システムの母線には複数の引き出し電線があり、各引き出し電線には複数の制御スイッチが設置され、制御スイッチは設置に応じて回路上の１相、２相または３相上の電流時間を検出することができ、いずれかの相を通過する電流時間が予め設定された値に達すると３相回路を切断することが設定できる。制御スイッチに関する具体的な１つの例では、制御ユニット、電流検出ユニット、および実行ユニットが含まれ、電流検出ユニットはそれぞれ３相回路の各相電流を検出することができ、制御ユニットは電流検出ユニットによる電流時間をプリセット値と比較し、任意の相の電流時間がプリセット値に達すると信号を発送して実行ユニットによって３相回路を切断することを設定できる。切断をトリガする電流時間のプリセット値に対して、電源方向下流にある制御スイッチの電流時間のプリセット値は、電源方向上流のプリセット値より短く、電源方向上流は電源に相対的に近く、電源方向下流は電源から相対的に離れ、即ち電源から電力が放出され、上流から下流へ伝送される。あるいは、電源方向に沿う上下流に従って、電源から遠い制御スイッチの切断をトリガするプリセット値が短いほど、先にトリガ条件に達して切断されやすくなる。実際には、各引き出し電線に設置された遮断器は、遮断器を通過する電流時間を検出することができ、ある１つの相または複数相を一定の電流時間通過すると回路を切断することを設定できるので、遮断器は制御スイッチと見なすことができる。

図１に示すように、１つの具体的な実施形態では、ＡＢＣ３相の各引き出し電線には、母線の付近に第１の遮断器９０が設置され、第１の遮断器９０で第１のスイッチ１が設けられ、第１のスイッチ１がＡＢＣ３相に取り付けられた３つのスイッチＫＡ１、ＫＢ１、ＫＣ１を含み、前記第１のスイッチは前記制御スイッチであり、即ちスイッチＫＡ１、ＫＢ１、ＫＣ１のいずれもプリセット電流時間に従って、切断を行い、第1のスイッチ1は、ある相を第1の遮断器90で短絡させることができる（例えば、第１の遮断器９０によって回路を切断した後、第１のスイッチ１のスイッチＫＡ１を閉路にして、即ちＡ相を短絡させて、Ａ相が第１の遮断器９０を迂回させて再導通することができる）、これにより、第１の遮断器が切断しても、短絡されても導通し帯電する（もちろん、第１の遮断器に最初から１相でも切断しないことを保持でき、そうすれば、第１のスイッチを用いて短絡する必要を有せずに、最初から帯電であることになる）。第１の遮断器９０以降には複数の遮断器（第１の遮断器以降のこれらの遮断器は制御スイッチと見なす）が設けられており、各遮断器はいずれもある相の電流時間に応じて３相回路を切断することができる。各引き出し電線の第１の遮断器９０のアウトレットには第３のスイッチ３が取り付けられており、第３のスイッチ３の３つのスイッチＫＡ３、ＫＢ３、ＫＣ３はそれぞれＡＢＣ３相を大地に導通できるため、いずれか１相を接地することができる。同時に、母線には第２のスイッチ２（すなわち、第２のスイッチ２は第１の遮断器９０のインレットに位置し、または第２のスイッチ２はシステム中性点に設置され、この場合は１相を開閉するだけでよい）が設置されており、第２のスイッチ２における３つのスイッチＫＡ２、ＫＢ２、ＫＣ２はそれぞれ母線の３相を接地し、切断することができる。１つの好ましい例では、第２のスイッチ２には、電流を制限し、相間短絡電流が大きすぎてシステムを損なうことを回避するための抵抗値可変抵抗が直列に設けられている。点Ｆで単純な相間短絡（例えばＢＣ２相短絡、３相短絡でもよい）が発生すると、まず第１の遮断器９０をトリップにして３相回路を切断し、その後、第１のスイッチ１のスイッチを閉路にすることで故障相（例えばＢ相であると、スイッチＫＢ１を閉路にする）を導通にし帯電させ、そして、第１の遮断器９０のアウトレットで、第３のスイッチ３のスイッチを用いて、別の故障相（すなわちＣ相であり、この場合スイッチＫＣ３を閉路にする）と点Ｄで接地する。このように、この回路のＢ相は短絡点ＦからＣ相を経て点Ｄに接地し、単相接地を形成する。そして、第２のスイッチのうちの１つのスイッチＫＡ２を介してＡ相（この場合、Ａ相は帯電相である）を第１の遮断器のインレットで接地することにより、第２のスイッチの接地点Ｅ、第３のスイッチの接地点Ｄ及び相間短絡点Ｆを経って故障相Ｂ相を流れる電流（又はスイッチＫＣ２を用いてＣ相を接地して、閉回路を形成する電流を発生してもよい）が発生し、電流時間が相間短絡点Ｆ以前の最も近い制御スイッチ９１のトリガ条件に達すると、この制御スイッチ９１は回路を切断し、相間短絡点Ｆをシステムから排除する（タイムリーに切断するので、切断した時、電流時間はより上流の制御スイッチ９２のトリガ条件に達していないので、制御スイッチ９２は切断されない、Ｂ相上の相間短絡点以降の制御スイッチ９３において電流が流れていないので動作しない）。その後、第１のスイッチ１上のスイッチＫＢ１をオフにし、第３のスイッチ３中のＫＣ３の接地を停止し、第２のスイッチ中のＫＡ２の接地を停止し、最後に第１のスイッチ９０を閉路にして回路電力供給を回復する。

１つの実施形態では、第１の遮断器は３相に分けて制御され、制御スイッチの機能を有することができ、この場合、第１の遮断器を直接利用して１つの故障の導通を保持し、他の故障相をトリップすることができる。同時に、第１の遮断器が切断をトリガする電流時間は最長（すなわち、第２の遮断器より長い）に設定することができ、もし第１の遮断器以降の遮断器（制御スイッチとして使用する）がトリップになっていなければ、相間短絡は第１の遮断器と第２の遮断器の間で発生することを示しており、設定されたトリガ条件に基づいて、第１の遮断器は必ずトリップになり、故障を隔離することができる。

図２に示すように、別の実施形態では、点Ｆで相間短絡が発生するとともに、短絡点に接地されている場合、上記方法の第３のスイッチを用いて人為的な接地点を作成し、その後、第２のスイッチを介して電流を発生することができ、すなわち、上記方法は依然として適用可能である。このような接地付随の故障の場合には、まず３相回路を切断するため、第１の遮断器９０をトリップし、その後、第１のスイッチのスイッチＫＢ１を閉路にして、短絡点にある接地点を直接利用して単相接地を作成し、その後、第２のスイッチを介してＡ相（Ｃ相でもよい）を第１の遮断器のインレットで接地すると、電流が発生し、この電流は、第２のスイッチの接地点Ｅと相間短絡点における接地点Ｆを経って故障相Ｂ相を流れ、電流時間が相間短絡点以前の最も近い制御スイッチ９１のトリガ条件に達すると、この制御スイッチ９１は回路を切断し、相間短絡点Ｆをシステムから排除するという他の方法も存在している。その後、第１のスイッチのスイッチＫＢ１を切断し、第２のスイッチ２は帯電相を接地することを停止し、第１の遮断器９０を閉路にして回路給電を回復する。

上述の実施形態では、制御スイッチのトリップはタイムリーであるべきであり、異なる制御スイッチの電流時間は、ある制御スイッチのトリップ中に前の制御スイッチも検出した電流時間のトリガ条件に達してオフにされ、不合理な大面積停電を回避するために十分な差を設定する必要がある。制御スイッチがトリップした後、第２のスイッチは接地を停止することができる。

上記の処理方法は、相間短絡点において３相短絡を同時に発生させ、又は接地を付随させる場合にも同様に故障を排除することができる。

１つの具体的な実施例では、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタなどの電力電子スイッチを用いて、短時間の接地を実現する。

上記実施例は、本発明の構想と実現についてのいくつかの説明にすぎず、それを限定するものではなく、本発明の構想の下で、実質的な変換を行っていない技術案は依然として保護範囲内にある。

３相給電システムで実験を行うことにより、上述の方法は完全に実行可能である。

Claims

３相非有効接地給電システムに複数の制御スイッチが分布し、前記制御スイッチは電流時間に応じて回路を切断することができ、
１つの回路で単純な２相または３相間短絡が発生した場合、（ａ）当該回路の１つの故障相を導通することを維持し、他の故障相をトリップし、前記１つの故障相と導通した別の故障相を人為的に接地し、次いで、前記１つの故障相と閉回路を形成して電流を発生するように、前記１つの故障相を除く前記３相非有効接地給電システムの１つの帯電相または中性点を接地し、電源下流の制御スイッチにおける切断をトリガする電流時間を電源上流の制御スイッチのトリガに切断をトリガする電流時間より短いように設定し、ある制御スイッチがトリガ条件に達して回路を切断した後、前記別の故障の接地を停止し、前記１つの帯電相又は前記中性点の接地を停止する方法に準じて処理し、
１つの回路で２相または３相間短絡に伴う接地障害が発生した場合、上記方法（ａ）に準じて処理するか、又は（ｂ）当該回路の１つの故障相を導通することを維持し、他の故障相をトリップし、次いで、前記１つの故障相と閉回路を形成して電流を発生するように、前記１つの故障相を除く前記３相非有効接地給電システムの１つの帯電相または中性点を接地し、電源下流の制御スイッチにおける切断をトリガする電流時間を電源上流の制御スイッチにおける切断をトリガする電流時間より短いように設定し、ある制御スイッチがトリガ条件に達して回路を切断した後、前記１つの帯電相または前記中性点の接地を停止する方法に準じて処理することを特徴とする相間短絡の処理方法。
前記方法（ａ）及び方法（ｂ）において、前記１つの故障相の導通を維持することは、前記１つの故障相をトリップしてから前記１つの故障相を導通すること及び、前記１つの故障相をトリップしないことを含むことを特徴とする請求項１に記載の相間短絡の処理方法。
前記方法（ａ）においては、まず、前記１つの回路の第１の遮断器をトリップさせ、その後、第１のスイッチを介して第１の遮断器で前記１つの故障相を短絡させて前記１つの故障相を導通し、前記第１のスイッチは前記制御スイッチであり、第３のスイッチを介して第１の遮断器のアウトレットで前記別の故障相を人為的に接地し、前記１つの故障と閉回路を形成して電流を発生するように第２のスイッチを介して前記１つの帯電相を前記第１の遮断器のインレットまたは中性点で接地し、ある前記制御スイッチがトリガ条件に達して回路を切断した後、前記第１のスイッチ、第３のスイッチをオフにし、かつ前記第２のスイッチの接地を停止し、その後、前記第１の遮断器を閉路にすることを特徴とする請求項１に記載の相間短絡の処理方法。
前記方法（ｂ）においては、まず、前記１つの回路の第１の遮断器をトリップし、その後、第１のスイッチを介して前記１つの故障相を第１の遮断器で短絡させて前記１つの故障相を導通し、前記第１のスイッチは前記制御スイッチであり、前記１つの故障と閉回路を形成して電流を発生するように第２のスイッチを介して前記１つの帯電相を前記第１の遮断器のインレットまたは中性点で接地し、ある前記制御スイッチがトリガ条件に達して回路を切断した後、前記第１のスイッチをオフにし、かつ前記第２のスイッチの接地を停止し、その後、前記第１の遮断器を閉路にすることを特徴とする請求項１に記載の相間短絡の処理方法。
前記第２のスイッチは電力電子スイッチであることを特徴とする請求項３または４に記載の相間短絡の処理方法。
前記電力電子スイッチは絶縁ゲート型バイポーラトランジスタであることを特徴とする請求項５に記載の相間短絡の処理方法。
前記制御スイッチは、前の制御スイッチに検出された電流時間が前の制御スイッチのトリガ条件に達することを回避するために、トリガ条件に達した後、タイムリーに切断されることができることを特徴とする請求項１に記載の相間短絡の処理方法。
前記方法（ａ）及び方法（ｂ）において、前記閉回路に電流制限抵抗を直列に接続していることを特徴とする請求項１に記載の相間短絡の処理方法。
前記第２のスイッチと大地との間に電流制限抵抗を直列に接続していることを特徴とする請求項３または４に記載の相間短絡の処理方法。
前記電流制限抵抗は可変抵抗であることを特徴とする請求項９に記載の相間短絡の処理方法。