CN100570377C - 消弧线圈自动跟踪补偿装置电容电流的测量方法 - Google Patents

Abstract

一种消弧线圈自动跟踪补偿装置电容电流的测量方法，步骤如下：①、在消弧线圈的二次侧串一电阻或在二次阻抗元件上直接并一个电阻，在电阻回路上串双向并联可控硅模块；②、利用消弧线圈自动跟踪补偿装置的控制器，在设定时刻控制可控硅的开断，从而控制所述电阻的投切；③、消弧线圈二次侧电阻的投切引起消弧线圈一次侧电流和电压的变化，消弧线圈控制器根据测量两种状态的电气量，利用系统电压相量的单位圆计算方法，测出系统的对地电容电流。本发明简单易行，不影响电网的正常运行，且准确率高，适合在线实时跟踪计算系统的电容电流。

Description

消弧线圈自动跟踪补偿装置电容电流的测量方法

技术领域

本发明涉及的是一种电气技术领域的测量方法，具体是一种消弧线圈自动跟踪补偿装置电容电流的测量方法。

背景技术

在消弧线圈接地系统中，准确的测量电网系统电容电流是消弧线圈有效补偿对地电容电流的先决条件，它是消弧线圈自动跟踪补偿装置的主要功能之一。国内广泛使用的消弧线圈自动跟踪补偿装置对电网系统电容电流的测定多采用调档测量方式、谐波注入测量方式等，这些检测方式虽然可以求出系统的对地电容，但各自都存在着缺点。系统电容电流的调档测量方式：利用有载开关改变消弧线圈的档位，消弧线圈在不同档位下中性点电压和电流状态发生改变，根据两个不同状态下的状态量求出系统的电容电流。由于自动跟踪补偿装置需要不断的调档才能完成系统电容电流跟踪测量，而调档所用的有载开关是机械元件，反应速度慢，调档噪音大，调档过于频繁容易出现故障，可靠性不高。

经对现有技术领域的检索发现，中国专利申请名称：《一种配电网单相接地电流测试方法》，专利申请号：02134294，该专利采用谐波注入测量方式：向电网系统注入至少二个不同频率的电压信号，根据注入的电信号频率和被测电网连接点的电流、电压值计算出电网的电容电流值。该测量方式所需元件复杂，且向电网注入了不必要的谐波，不是一种理想的系统电容电流测量方式。

发明内容

本发明针对现有对地电容电流测量技术中的不足，提供一种简单可靠的消弧线圈自动跟踪补偿装置电容电流的测量方法，使其在实施过程中不但避免了现有测量方法上的缺点，而且简单易行，不影响电网的正常运行，准确率高，更适合在线实时跟踪计算系统的电容电流。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明步骤如下：

①、在消弧线圈的二次侧串一电阻或在二次阻抗元件上直接并一个电阻，在电阻回路上串双向并联可控硅模块；

②、利用消弧线圈自动跟踪补偿装置的控制器，在设定时刻控制可控硅的开断，从而控制电阻的投切；

③、消弧线圈二次侧电阻的投切引起消弧线圈一次侧电流和电压的变化，消弧线圈控制器根据测量两种状态的电气量，利用系统电压相量的单位圆计算方法，测出系统的对地电容电流；

本发明中，如果消弧线圈没有二次侧，则从消弧线圈引出一个绕组作为消弧线圈二次侧。

本发明中电阻的大小应根据消弧线圈的参数和计算的精确度来选定：为了保证电阻投切前后，一次系统的电流、电压有一个较大的变化，有利于系统电容电流的计算，电阻值的选取不能太大，为了使可控硅导通是流过电阻的电流不能过大，电阻值的选取也不能过太小，一般为10倍的消弧线圈的二次绕组电抗值X_L0。

在本发明电阻回路中串联一个双向可控硅，利用消弧线圈自动跟踪补偿装置的控制器控制可控硅的导通控制电阻的投切，可控硅每导通或断开一次就可以计算一次对地电容电流，可控硅的导通时间根据现场系统的计算要求进行设定(如：若系统每5分钟需要计算一次电容电流，则可控硅每5分钟导通一次，为了能够使可控硅导通时控制器有足够的采样值，可控硅导通的保持时间应大于2秒)，从而达到在线实时跟踪计算系统的电容电流的目的。

与现有技术相比，本发明方法只需在消弧线圈引出一个二次侧，在二次侧上串一个电阻，控制器只需控制电阻的投切即可实现系统电容电流的计算，其结构简单不需有载开关装置，也不会产生谐波给电网一次系统带来不利的影响，且经过现场的多次试验，误差率在2％内，测量结果比较准确，能实时跟踪测量消弧线圈接地系统中电容电流。

附图说明

图1本发明消弧线圈系统原理图；

图2为本发明消弧线圈系统等效电路图；

图3为本发明电阻投切前后的电压矢量图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例：

以阻尼电阻放二次的调匝式消弧线圈为例。

阻尼电阻放二次的调匝式消弧线圈系统如图1所示：L为带二次的消弧线圈，U0为系统的不平衡电压，C为系统的对地电容，R’为系统的电阻，R为消除系统谐振所用的阻尼电阻，r为计算系统电容电流所用的投切电阻，投切电阻r与阻尼电阻R并联，双向可控硅模块K串在投切电阻r电路上，控制电阻r的投切。可控硅模块K通过消弧线圈控制器控制开断引起电阻r的投切，控制器利用测量系统电流所用的电流互感器CT、测量中性点电压所用的电压互感器PT测得一次侧电流电压的变化，从而利用计算公式求解出系统的电容电流。投切电阻r的阻值应根据阻尼电阻R来选取，保证在投切r前后消弧线圈一次侧的电压和电流一个较大的变化，能够满足计算电容电流的需要。

计算系统电容电流的消弧线圈系统等效电路图如图2所示，其中XL’为消弧线圈一次侧的等效电抗，Rb为消弧线圈一次侧的等效电阻。系统回路的电压矢量关系式如(式1)所示，电阻r投切前后的电压矢量关系式如(式2)所示，电阻r投切前后的电压矢量单位圆图如图3所示。

(式1)

(式2)

根据电阻r投切前后的电压矢量图中电压的向量关系可得(式3)，进而求得系统的容抗Xc(式4)和电容电流Ic(式5)。

$\left\{\begin{array}{c}{I}_1(R^{\′}+R_{b1})=I_2(R^{\′}+R_{b2})\·\frac{1}{\cos \mathrm{\θ}}+I_1(X_{L1}^{\′}-X_C)\mathrm{tg\θ}\\ I_2(X_{L2}^{\′}-X_C)=I_2(R^{\′}+R_{b2})\mathrm{tg\θ}+I_1(X_{L1}^{\′}-X_C)\·\frac{1}{\cos \mathrm{\θ}}\end{array}\right.$ (式3)

$X_C=\frac{(R_{b2}-R_{b1})I_1{I}_2\sin \mathrm{\θ}+(I_1^2{X}_{L1}^{\′}+I_2^2{X}_{L2}^{\′})-(X_{L1}^{\′}+X_{L2}^{\′})I_1{I}_2\cos \mathrm{\θ}}{I_1^2+I_2^2-2I_1{I}_2\cos \mathrm{\θ}}$ (式4)

$I_c=\frac{U_n}{X_c}$ (式5)

注：θ为电阻r投切前后消弧线圈一次线路电流的相角的差值：

θ＝θ₁-θ₂

θ₁、θ₂为电阻r投切前后流过消弧线圈的系统电流的相角；

I₁、I₂为电阻r投切前后的消弧线圈一次线路的电流幅值；

R_b1、R_b2为r投切前后消弧线圈一次侧的等效串联电阻值；

X′_L1、X′_L2为r投切前后消弧线圈一次侧等效串联电抗值：

$\left\{\begin{array}{c}{R}_{b1}=\frac{U_{N1}}{I_1}\cos {\mathrm{\β}}_1\\ X_{L1}^{\′}=\frac{U_{N1}}{I_1}\sin {\mathrm{\β}}_1\end{array}\right.$ $\left\{\begin{array}{c}{R}_{b2}=\frac{U_{N2}}{I_2}\cos {\mathrm{\β}}_2\\ X_{L2}^{\′}=\frac{U_{N2}}{I_2}\sin {\mathrm{\β}}_2\end{array}\right.$

β₁、β₂分别为r投切前后中性点电压与线路电流的相位角差；

U_N1、U_N2分别为r投切前后中性点电压幅值；

U_n为系统线路的相电压。

根据以上条件和计算公式在实际中进行了模拟实验，其中调匝式消弧线圈容量S：300/30KVA、U0＝58V、R’＝20Ω、R＝11.2Ω、C＝15.14uF、r＝10Ω，中性点电压值和一次系统电流值由自动控制装置的控制器采集计算，在不同档位的实验数据如表1所示。根据本发明方法得到的对地电容电流误差率在1％左右，准确度比较高。

表1

Claims (2)

1.一种消弧线圈自动跟踪补偿装置电容电流的测量方法，其特征在于，步骤如下：

①、在消弧线圈的二次侧串一电阻或在二次阻抗元件上直接并一个电阻，在电阻回路上串双向并联可控硅模块；

所述的电阻的大小为10倍的消弧线圈的二次绕组电抗值X_L0；

②、利用消弧线圈自动跟踪补偿装置的控制器，在设定时刻控制可控硅的开断，从而控制所述电阻的投切；

③、消弧线圈二次侧电阻的投切引起消弧线圈一次侧电流和电压的变化，消弧线圈控制器根据测量两种状态的电气量，利用系统电压相量的单位圆计算方法，测出系统的对地电容电流，具体步骤为：

具体为：

$X_C=\frac{(R_{b2}-R_{b1})I_1{I}_2\sin \mathrm{\θ}+(I_1^2{X}_{L1}^{\′}+I_2^2{X}_{L2}^{\′})-(X_{L1}^{\′}+X_{L2}^{\′})I_1{I}_2\cos \mathrm{\θ}}{I_1^2+I_2^2-2I_1{I}_2\cos \mathrm{\θ}}$

$I_c=\frac{U_n}{X_c}$

其中：θ为电阻r投切前后消弧线圈一次线路电流的相角的差值：

θ＝θ₁-θ₂

I₁、I₂为r投切前后的消弧线圈一次线路的电流幅值；

R_b1、R_b2为r投切前后消弧线圈一次侧的等效串联电阻值；

X′_L1、X′_L2为r投切前后消弧线圈一次侧等效串联电抗值：

$\left\{\begin{array}{c}{R}_{b1}=\frac{U_{N1}}{I_1}\cos {\mathrm{\β}}_1\\ X_{L1}^{\′}=\frac{U_{N1}}{I_1}\sin {\mathrm{\β}}_1\end{array}\right.$ $\left\{\begin{array}{c}{R}_{b2}=\frac{U_{N2}}{I_2}\cos {\mathrm{\β}}_2\\ X_{L2}^{\′}=\frac{U_{N2}}{I_2}\sin {\mathrm{\β}}_2\end{array}\right.$

β₁、β₂分别为r投切前后中性点电压与线路电流的相位角差；

U_N1、U_N2分别为r投切前后中性点电压幅值；

U_n为系统线路的相电压。

2.根据权利要求1所述的消弧线圈自动跟踪补偿装置电容电流的测量方法，其特征是，所述①中，如果消弧线圈没有二次侧，则从消弧线圈引出一个绕组作为消弧线圈二次侧。

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