CN100507583C - 配电网对地绝缘参数测量和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电网对地绝缘参数测量和控制的方法，包括以下步骤：在配电网的中性点处安装一个电感值很大的电抗器和一个容量可调的消弧线圈，通过电抗器向配电网注入频率变化的电流信号，实时测量返回的电压信号，计算配电网的对地电容、对地电阻和阻尼率，根据位移电压和阻尼率大小判断单相接地故障；当电网发生单相接地故障时，迅速闭合消弧线圈开关，投入适当容量的消弧线圈，补偿电网的电容电流，促进故障电弧熄灭。该测量和控制方法具有测量精度高和实时性好的特点，特别适用于具有单相负荷的配电网，彻底解决了不对称度大的配电网中性点位移电压、故障熄弧和对地绝缘参数在线测量的技术难题，有利于提高配电网安全可靠运行指标。

Description

配电网对地绝缘参数测量和控制方法

技术领域

本发明涉及一种配电网对地绝缘参数的测量和控制方法，特别适用于具有单相负荷的配电网。

背景技术

所述配电网对地绝缘参数包括配电网的对地电容、对地电阻和阻尼率。配电网对地绝缘参数直接影响配电网单相接地故障残余电流大小和故障电弧熄灭能力。我国现有的6～35kV配电网一般采用中性点经消弧线圈接地方式，部分负荷采用单相供电，如城市路灯负荷，导致配电网三相不对称度增大，产生较高的位移电压，甚至超过电力系统运行规程的允许范围。为降低中性点位移电压，采用增加配电网阻尼率或增大消弧线圈脱谐度绝对值的方法。但增加配电网阻尼率或增大消弧线圈脱谐度绝对值的方法却降低了配电网的接地故障电弧熄灭能力。因此国内外不对称度大的中性点经消弧线圈接地配电网很难同时满足电力系统运行规程对中性点位移电压和接地故障熄弧的要求。配电网对地绝缘参数直接影响配电网中性点位移电压和接地故障电弧熄灭能力。目前国内外尚没有关于配电网对地绝缘参数在线测量和最优控制的方法报道。

因此有必要对配电网对地绝缘参数进行在线测量，寻找配电网对地绝缘参数的最优控制方法，使配电网正常运行时中性点位移电压能维持在规程允许的范围，接地故障时能有效熄灭故障电弧。

发明内容

为解决不对称度大的配电网同时满足中性点位移电压和接地故障熄弧的技术难题，实现配电网对地绝缘参数的在线测量和最优控制，本发明提供一种精确的配电网对地绝缘参数测量和控制的方法，具有测量和控制精度高、实时性好的特点。

本发明解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：

1)在配电网安装一个电感值很大的电抗器和一个容量可调的消弧线圈，电抗器直接和配电网中性点相连，消弧线圈通过开关与配电网中性点相连，消弧线圈开关只在配电网发生单相接地故障时闭合；

2)测量配电网对地绝缘参数：从电抗器的一个二次侧线圈注入变频电流信号

，从电抗器的另一个二次线圈上采集返回的电压信号

，由电流信号和电压信号的关系确定配电网的谐振角频率ω₀，由下述公式计算配电网对地总电容值：

$C_{\mathrm{\Σ}}=\frac{1}{{{\mathrm{\ω}}_0}^{2}L}$

上式中L为电抗器的电感值；

并由下述公式分别计算出配电网对地电阻值R和配电网阻尼率d：

$R=k^2\frac{\stackrel{.}{U}}{\stackrel{.}{I}}$

$d=\frac{1}{R{\mathrm{\ω}}_0{C}_{\mathrm{\Σ}}}$

上式中k为电抗器的一次侧与二次侧的变比；

3)如果配电网中性点位移电压大于位移电压整定值或配电网阻尼率大于阻尼率整定值，则判断配电网发生单相接地故障，迅速闭合消弧线圈开关，投入消弧线圈的容量为：

上式中为配电网相电压，ω为配电网工频角频率；

4)如果配电网中性点位移电压小于位移电压整定值且配电网阻尼率小于阻尼率整定值，则判断接地故障消除，迅速断开消弧线圈开关。

上述步骤1)中电抗器的电抗值大小为配电网对地容抗的8～20倍。

上述步骤2)中注入变频电流信号的频率变化范围为5Hz～45Hz，电流信号的大小为0.1A～2A。

上述步骤3)中配电网中性点位移电压整定值的取值范围为10％～50％的额定相电压，阻尼率整定值取值范围为0.05～0.20。

本发明的技术效果在于：本发明在配电网的中性点处安装一个电感值很大的电抗器和一个容量可调的消弧线圈，电抗器长期投入配电网，正常运行时，经电抗器向配电网注入变频电流信号，寻找配电网的谐振频率，计算配电网的对地电容、对地电阻和阻尼率；并由位移电压和阻尼率大小判断接地故障，当发生接地故障时，投入消弧线圈，有效促进故障电弧熄灭，接地故障消除时，消弧线圈退出配电网。本发明中电抗器的电抗值为配电网对地容抗的8～20倍，使配电网正常运行时谐振频率远离工频50Hz，有效降低了不对称度大的配电网的位移电压问题；配电网发生单相接地故障时，中性点投入的消弧线圈全补偿配电网对地电容，降低接地故障残流，有效促进接地故障电弧熄灭；该测量和控制方法特别适用于具有单相负荷的配电网，彻底解决了不对称度大的配电网中性点位移电压、故障熄弧和对地绝缘参数在线测量的技术难题。

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是本发明的测量原理图。

图3是本发明的等效原理图。

具体实施方式

参见图1，图1为利用接地变压器1、电抗器4、测控仪5实施本发明的接线图。接地变压器1接电网的A、B、C三相母线，接地变压器1的中性点O经开关2与消弧线圈3相连，消弧线圈3的另一端接大地。电抗器4高压侧串接在接地变压器1的中性点O和大地之间；电抗器4低压侧有四个端子，两个接测控仪5的电流信号送出端子，另外两个接测控仪5的电压信号返回端子。当系统正常运行时，开关2断开，消弧线圈3不投入配电网，电抗器的电抗值为配电网对地容抗的8～20倍，使配电网正常运行时谐振频率远离工频50Hz，有效降低了不对称度大的配电网位移电压。

本发明的测量原理如图2所示。电网正常运行时，测控仪5从电抗器4的一个二次侧线圈向配电网注入变频电流信号，从另一个二次侧线圈采集返回的电压信号；由电流信号和电压信号的关系确定配电网的谐振角频率ω0。其等效原理图如图3所示，根据谐振原理可得：

$C_{\mathrm{\Σ}}=\frac{1}{{{\mathrm{\ω}}_0}^{2}L}$

上式中L为电抗器的电感值；

当配电网处于谐振状态时向电抗器二次线圈注入谐振角频率ω₀的电流信号

并从电抗器的二次侧采集返回的电压信号

利用下述公式计算出配电网对地电阻值和配电网阻尼率的值：

$R=k^2\frac{\stackrel{.}{U}}{\stackrel{.}{I}}$

$d=\frac{1}{R{\mathrm{\ω}}_0{C}_{\mathrm{\Σ}}}$

上式中k为电抗器的一次侧和二次侧的变比，C_E为配电网对地总电容值。

实施例1是测量一10kV模拟配电网的对地绝缘参数，接线如图2所示。配电网对地绝缘参数中的对地电容参数测量结果如表1所示，对地电容测量的最大相对误差为1.59％；配电网对地绝缘参数中的对地电阻和阻尼率的测量结果如表2所示，对地电阻测量的最大相对误差为3.5％；阻尼率测量的最大相对误差为3.5％。

实施例2是测量和控制一实际配电网。基于该配电网对地绝缘参数测量和控制方法的配电网对地绝缘参数测控仪已在一个具有单相路灯负荷的三相不对称度大的10kV变电站运行，设置测控仪的中性点位移电压整定值为500V，阻尼率整定值为0.20。配电网安装对地绝缘参数测控仪运行期间，发生了3次单相接地故障，现场故障记录数据如表3所示，接地故障发生时，测控仪均能可靠地检测接地故障，闭合消弧线圈开关，投入适当容量的消弧线圈，全补偿配电网对地电容电流，熄灭接地故障电弧；接地故障清除后，测控仪均能自动检测接地故障的消除，自动断开消弧线圈开关，控制配电网运行在严重欠补偿状态，以限制中性点位移电压，恢复配电网正常运行。工业现场运行经验表明：配电网对地绝缘参数测控仪彻底解决了不对称度大的配电网中性点位移电压、接地故障熄弧和对地绝缘参数在线测量的技术难题，能有效维护配电网安全可靠运行。

表1

表2

表3

Claims (4)

1、一种配电网对地绝缘参数测量和控制方法，具有如下步骤：

1)在配电网安装一个电感值很大的电抗器和一个容量可调的消弧线圈，电抗器直接和配电网中性点相连，消弧线圈通过开关与配电网中性点相连，消弧线圈开关只在配电网发生单相接地故障时闭合；

2)测量配电网对地绝缘参数：从电抗器的一个二次侧线圈注入变频电流信号

，从电抗器的另一个二次线圈上采集返回的电压信号

，由电流信号和电压信号的关系确定配电网的谐振角频率ω₀，由下述公式计算配电网对地总电容值：

$C_{\mathrm{\Σ}}=\frac{1}{{{\mathrm{\ω}}_0}^{2}L}$

上式中L为电抗器的电感值；

并由下述公式分别计算出配电网对地电阻值R和配电网阻尼率d：

$R=k^2\frac{\stackrel{\·}{U}}{\stackrel{\·}{I}}$

$d=\frac{1}{{\mathrm{R\ω}}_0{C}_{\mathrm{\Σ}}}$

上式中k为电抗器的一次侧与二次侧的变比；

3)如果配电网中性点位移电压大于位移电压整定值或配电网阻尼率大于阻尼率整定值，则判断配电网发生单相接地故障，迅速闭合消弧线圈开关，投入消弧线圈的容量为：

上式中

为配电网相电压，ω为配电网工频角频率；

4)如果配电网中性点位移电压小于位移电压整定值且配电网阻尼率小于阻尼率整定值，则判断接地故障消除，迅速断开消弧线圈开关。

2、根据权利要求1所述的配电网对地绝缘参数测量和控制方法，其特征在于：所述步骤1)中电抗器的电抗值大小为配电网对地容抗的8～20倍。

3、根据权利要求1所述的配电网对地绝缘参数测量和控制方法，其特征在于：所述步骤2)中注入变频电流信号的频率变化范围为5Hz～45Hz，电流信号的大小为0.1A～2A。

4、根据权利要求1所述的配电网对地绝缘参数测量和控制方法，其特征在于：所述步骤3)中配电网中性点位移电压整定值的取值范围为10％～50％的额定相电压，阻尼率整定值取值范围为0.05～0.20。

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