CN100501418C - 配电网接地故障电流测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电网接地故障电流测量方法，包括以下步骤：从变电站母线电压互感器开口三角侧注入一个变频电流信号，测量电压互感器二次星型侧相电压；改变注入信号频率，再测量电压互感器二次星型侧相电压；根据注入的电流信号和测出的电压信号，计算出配电网接地故障电流值。本发明方法完全避免了变电站母线电压互感器短路阻抗对测量结果的影响，大大提高了测量精度，不需改变配电网一次接线，不影响配电网正常运行，具有安全、快捷、准确等优点，彻底解决了变电站母线电压互感器短路阻抗影响配电网接地故障电流测试精度的技术难题。

Description

配电网接地故障电流测量方法

技术领域

本发明涉及一种配电网接地故障电流的测量方法。

背景技术

目前国内现有的通过电压互感器向配电网注入信号，测量配电网接地故障电流的方法主要有两种：

一种是通过变电站母线电压互感器三角侧注入变频信号，并在电压互感器三角侧并联一电感，通过寻找谐振频率计算配电网对地电容电流；

另一种是通过变电站母线电压互感器三角侧注入两个或三个不同频率的信号，测量信号电压和信号电流，建立方程组，求解配电网对地电容电流值。

这两种方法的缺点是未考虑到变电站母线电压互感器短路阻抗的影响，使测量精度大大降低，事实上由于变电站母线电压互感器短路阻抗较大，因此按照上述方法在绝大多数应用情况下根本不可能得到正确的测试结果，有时误差甚至为真实值的好几倍。

发明内容

为解决现有配电网接地故障电流测量方法所存在的测量精度低的技术问题，本发明提供一种精确的配电网接地故障电流测量方法，解决了母线电压互感器短路阻抗影响测量精度的问题，提高了配电网接地故障电流测量的准确性，本发明方法不需改变配电网一次接线，不影响配电网正常运行。

本发明解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：

1)从变电站母线电压互感器开口三角侧注入一个角频率为ω₁的电流信号I₁；

2)测量对应于I₁的电压互感器二次星型侧相电压U₁；

3)改变注入信号频率，再从电压互感器开口三角侧注入另一个角频率为ω₂的电流信号I₂；

4)测量对应于I₂的电压互感器二次星型侧相电压U₂；

5)利用下述公式计算出配电网接地故障电流值I_C：

$I_C={3\mathrm{\ω}}_0\frac{\frac{{\mathrm{\ω}}_2}{{\mathrm{\ω}}_1}-\frac{{\mathrm{\ω}}_1}{{\mathrm{\ω}}_2}}{{\mathrm{\ω}}_1\mathrm{Im}\left(\frac{k_1{k}_2{\stackrel{\·}{U}}_2}{{\stackrel{\·}{I}}_2}\right)-{\mathrm{\ω}}_2\mathrm{Im}\left(\frac{k_1{k}_2{\stackrel{\·}{U}}_1}{{\stackrel{\·}{I}}_1}\right)}U$

上式中

表示对复数

取虚部，k₁为电压互感器一次侧与二次星形侧变比，k₂为电压互感器一次侧与开口三角侧变比，ω₀为配电网工频角频率，U为配电网相电压。

上述步骤1)或步骤3)中的注入信号角频率ω₁及ω₂取值范围为60～500rad/s。

上述步骤2)或步骤4)中，二次星型侧相电压可以为A相、B相和C相中的任意一相电压。

本发明的技术效果在于：本发明通过变电站母线电压互感器向被测配电网注入变频电流信号，测量分别对应于两个不同频率注入信号的电压互感器二次星型侧相电压，根据注入的电流信号和测出的电压信号计算配电网接地故障电流值。本发明方法中配电网接地故障电流值的计算完全与电压互感器短路阻抗无关，且本发明是在变电站母线低压侧进行测量，不需改变配电网一次接线。因此本发明方法完全避免了变电站电压互感器短路阻抗对测量结果的影响，大大提高了测量精度，且不影响配电网正常运行，操作简单、快捷、安全、可靠，彻底解决了变电站电压互感器短路阻抗影响配电网接地故障电流测量精度的技术难题。

下面结合附图对本发明做出进一步说明。

附图说明

图1是本发明的接线图。

图2是本发明的原理图。

图3是本发明的等效原理图。

具体实施方式

参见图1，图1为利用变电站母线电压互感器和配电网接地故障电流测量仪4实施本发明的接线图。变电站母线电压互感器有原边绕组1和副边绕组2、3。三绕组均为三相绕组，原边绕组1采用星形接线方式，即其首端接电网三相母线5，尾端星形连接后再接地。副边绕组2为星形接线方式，三相绕组尾端连接在一起，a相绕组的首尾端分别接入测量仪4的两个电压信号输入端子；副边绕组3为开口三角形接线方式，即三相绕组的首、尾相连接，摔出两个端子d₀、d₁，分别接入测量仪4的两个电流信号送出端子上。实际测量时，只需利用测量仪4从电压互感器二次开口三角侧注入两个不同频率的电流信号，并测量分别对应于两个不同频率电流信号的电压互感器二次星型侧一相返回电压信号即可。

本发明的原理图如图2所示。从电压互感器开口三角侧注入一个角频率为ω₁的电流信号I₁，测量对应于I₁的二次星形侧相电压U₁；再改变注入信号频率，从电压互感器开口三角侧注入另一个角频率为ω₂的电流信号I₂，测量对应于I2的二次星形侧相电压U2；根据注入的电流信号和测量的电压信号计算出接地故障电流值。其等效原理图如图3所示，令 ${\stackrel{\·}{Z}}_1=\frac{{\stackrel{\·}{U}}_1}{{\stackrel{\·}{I}}_1}{k}_1{k}_2,$ ${\stackrel{\·}{Z}}_2=\frac{{\stackrel{\·}{U}}_2}{{\stackrel{\·}{I}}_2}{k}_1{k}_2,$ 其中k₁为电压互感器一次侧与二次星形侧变比，k₂为电压互感器一次侧与开口三角侧变比，则有：

其中R₁为电压互感器一次侧漏电阻，L₁为电压互感器一次侧漏电感，

为配电网单相对地电容。

将求得的Z₁、Z₂取虚部得：

联立上述两式可得配电网单相对地电容

设配电网工频角频率为ω₀，配电网相电压为U，根据公式

可以计算出配电网接地故障电流I_c：

$I_C={3\mathrm{\ω}}_0\frac{\frac{{\mathrm{\ω}}_2}{{\mathrm{\ω}}_1}-\frac{{\mathrm{\ω}}_1}{{\mathrm{\ω}}_2}}{{\mathrm{\ω}}_1\mathrm{Im}\left(\frac{k_1{k}_2{\stackrel{\·}{U}}_2}{{\stackrel{\·}{I}}_2}\right)-{\mathrm{\ω}}_2\mathrm{Im}\left(\frac{k_1{k}_2{\stackrel{\·}{U}}_1}{{\stackrel{\·}{I}}_1}\right)}U$

从上式中可以看出，本发明测量方法中的接地故障电流计算与电压互感器的漏电阻R₁、漏电感L₁无关，因此这种测量方法完全消除了电压互感器短路阻抗对测量结果的影响，大大提高了配电网接地故障电流的测量精度。

本发明的具体实施例采用的是10kV三相五柱式电压互感器，该电压互感器一次侧与二次星形侧变比为k₁！100/1，一次侧与开口三角侧变比为 $k_2=100\sqrt{3}/1.$ 表1列出了实验测量电容值与实际被测电容值，表2列出了与表1对应的实验测量接地故障电流值和实际被测接地故障电流值。

表1

表2

从表1、表2可以看出，该测量方法完全消除了电压互感器短路阻抗对测量结果的影响，当两个测量频率分别为20Hz和60Hz时，测量值相对误差最大不超过1％，测量精度高。

Claims (3)

1、一种配电网接地故障电流测量方法，包括如下步骤：

1)从变电站母线电压互感器开口三角侧注入一个角频率为ω₁的电流信号I₁；

2)测量对应于I₁的电压互感器二次星型侧相电压U₁；

3)改变注入信号频率，再从电压互感器开口三角侧注入另一个角频率为ω₂的电流信号I₂；

4)测量对应于I₂的电压互感器二次星型侧相电压U₂；

5)利用下述公式计算出配电网接地故障电流值I_C：

$I_C={3\mathrm{\ω}}_0\frac{\frac{{\mathrm{\ω}}_2}{{\mathrm{\ω}}_1}-\frac{{\mathrm{\ω}}_1}{{\mathrm{\ω}}_2}}{{\mathrm{\ω}}_1\mathrm{Im}\left(\frac{k_1{k}_2{\stackrel{\·}{U}}_2}{{\stackrel{\·}{I}}_2}\right)-{\mathrm{\ω}}_2\mathrm{Im}\left(\frac{k_1{k}_2{\stackrel{\·}{U}}_1}{{\stackrel{\·}{I}}_1}\right)}U$

上式中

表示对复数

取虚部，k₁为电压互感器一次侧与二次星型侧变比，k₂为电压互感器一次侧与开口三角侧变比，ω₀为配电网工频角频率，U为配电网相电压。

2、根据权利要求1所述的配电网接地故障电流测量方法，其特征在于：所述步骤1)中的注入信号角频率ω₁或步骤3)中的注入信号角频率ω₂取值范围为60～500rad/s。

3、根据权利要求1所述的配电网接地故障电流测量方法，其特征在于：所述步骤2)或步骤4)中的二次星型侧相电压为A相、B相和C相中的任意一相电压。

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