CN101071146A - 相控式消弧线圈故障检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电气技术领域的相控式消弧线圈故障检测方法。本发明首先将相控式消弧线圈系统接在电网系统中；然后利用消弧线圈控制器检测中性点的电压及系统电流，如果检测到中性点电压升高到设定值，控制其计算出系统的接地电阻，初步判定系统运行的接地状态；最后通过控制器设定的接地类型判据判定系统运行的接地状态，控制相控式消弧线圈的二次绕组的可控硅导通角改变消弧线圈的运行状态，如果最后判定系统发生永久性接地，则使消弧线圈远离谐振点运行，并发出报警通知。本发明引入了接地电阻辅助判别方法，充分考虑了系统中性点过电压的各种情况，使接地故障类型的检测更加准确。

Description

相控式消弧线圈故障检测方法

技术领域

本发明涉及的是一种电气技术领域的检测方法，具体是一种相控式消弧线圈故障检测方法。

背景技术

在消弧线圈接地系统中，可控硅相控式消弧线圈以响应速度快、调节深度广(0-100％)及可实现电感无级调节的特点得到了广泛应用。相控式消弧线圈是漏抗很大的变压器(也称高短路阻抗变压器式)，它通过调节短接二次侧绕组的可控硅导通角，改变消弧线圈一次侧的等效电抗。当消弧线圈接地系统发生异常时，找出系统发生异常的原因是首要解决的问题。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利号：200420114635，专利名称为：无谐波相控式快速消弧及选线装置，该专利中采用的判别故障方法及动作步骤为：正常运行时，消弧线圈运行在远离谐振点(消弧线圈的电抗值与系统对地电容的容抗值几乎相等)位置，当控制器检测到中性点电压升高并高于设定值，判定系统发生接地故障；控制可控硅导通角使消弧线圈运行在谐振点附近，几秒钟后调节可控硅使消弧线圈远离谐振点运行；若中性点电压升高则为永久性接地，若中性点电压降低则为瞬间接地。该方法虽然可以判别故障类型并进行相应的动作，但该方法过于粗糙，判别不够详细，有时会导致误判，准确性及可靠性不高。

发明内容

本发明针对现有接地故障类型判定方法中的不足，提供一种相控式消弧线圈故障检测方法，使其引入了接地电阻辅助判别方法，提高了检测准确性，不但在实施过程中避免了现有方法上的缺点，而且简单可靠。

本发明是通过以下技术方案实现的，具体步骤如下：

第一步，将相控式消弧线圈系统接在电网系统中；

第二步，利用相控式消弧线圈系统中的消弧线圈控制器检测中性点的电压及系统电流，如果检测到中性点电压升高到设定值，控制其计算出系统的接地电阻，初步判定系统运行的接地状态；接地电阻求解公式为

$R_d=\frac{X_{\mathrm{LC}}\sqrt{U_E^2-U_n^2}}{U_n}$

其中：U_E为系统相电压，Un为中性点电压，X_LC为系统容抗，L与C的并联阻抗值。

第三步，消弧线圈控制器通过设定的接地类型判据判定系统运行的接地状态，控制相控式消弧线圈的二次绕组的可控硅导通角改变消弧线圈的运行状态，如果最后判定系统发生永久性接地，则使消弧线圈远离谐振点运行，并发出报警通知。

本发明中在系统正常运行条件下，消弧线圈远离谐振点运行，当消弧线圈控制器检测到中性点电压升高到设定值时，根据接地电阻推导公式计算出接地电阻，判断系统发生接地故障或是系统中性点发生谐振过电压；如果系统发生谐振，则需要通过控制可控硅的导通角改变消弧线圈一次侧的等效电抗，使消弧线圈远离谐振点运行，降低中性点的过电压；如果系统发生接地故障，控制可控硅导通角，使消弧线圈运行在谐振点附近；几秒后，使消弧线圈远离谐振点运行，如果中性点电压下降到设定值以下，则认为系统发生了瞬间接地，如果中性点电压仍然很高，则重新使消弧线圈运行在谐振点，认为系统发生了永久性接地故障，报警通知发生接地故障。

本发明根据控制器测量的系统电气量，利用推导公式计算出系统的接地电阻，并充分考虑了系统中性点过电压的各种情况，最后准确判断出系统地接地状态，使接地故障类型的判断更加准确。本发明大大的减少了系统发生谐振过电压和瞬间接地而导致的接地误判和误操作，经过多次实验，接地判断成功率为100％，保证了系统运行的可靠性和稳定性。

附图说明

图1本发明相控消弧线圈系统原理图；

图2为本发明消弧线圈接地系统等效电路图；

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。

二次侧串联可控硅的消弧线圈即为相控式消弧线圈，相控式消弧线圈是现在公知的设备，安装和普通消弧线圈一样。相控式消弧线圈系统主要有几个部分组成：带二次绕组的消弧线圈、双相并联可控硅、消弧线圈控制器、电压互感器、电流互感器。其系统原理图如图1所示：U0为系统的不平衡电压、C为系统的对地电容、L为带二次绕组的消弧线圈、K为双相并联可控硅、PT为用来测量中性点电压所用的电压互感器、CT为用来测量系统电流所用的电流互感器；消弧线圈和系统对地电容串联形成一次回路，通过PT、CT检测的电气信号进入控制器，双相并联可控硅串联在消弧线圈二次绕组回路中，控制器通过控制消弧线圈二次侧的双相并联可控硅改变消弧线圈一次侧的等效电抗。

消弧线圈控制器通过检测中性点电压是否超过设定的值判定系统是否发生了异常，如果中性点电压高于设定的值，则认为系统发生了异常，控制器需要根据采集的信号进一步判定引起系统异常的原因。引起中性点电压升高通常有以下几个原因：系统中性点发生谐振过电压；发生了瞬间接地故障；发生了永久性接地故障。

系统中性点发生谐振过电压：在系统正常运行条件下，消弧线圈远离谐振点运行，由于某一原因系统对地电容发生了变化，使消弧线圈的电抗接近系统的容抗，系统发生谐振，导致中性点电压升高。

瞬间接地故障：某一时刻系统发生了接地，在很短时间内接地消失。该类故障发生时间短，在消弧线圈的作用下通常能够自行消除，系统无需停电。

永久性接地故障：系统发生了接地故障，瞬间不能自动消除，需要停电排除故障。

本发明方法步骤：当系统的中性点电压升高到设定值时，先判定系统发生了接地还是发生了谐振，如果发生了接地则需要进一步的判定系统发生了永久性接地还是瞬间接地。

当系统的中性点电压发生异常，首先可以把所有的故障原因都认为是发生了接地故障，根据推导出接地电阻公式(公式1)求出系统的接地电阻，如果求出的接地电阻太大(超过设定值)则认为系统发生了谐振，否则发生了接地故障。以下是故障类型的具体判别过程。

在系统正常运行条件下，相控消弧线圈远离谐振点运行，中性点电压低于相电压的15％(系统中性点允许的最高电压)。当中性点电压高于15％时，认为系统发生了谐振或接地故障，此时可以用接地电阻进行初步判断：如果是接地，则该电阻大于设定值(如2kΩ，根据系统而定)，则该中性点电压升高为谐振造成；如果该电阻小于设定值，则认为发生了接地故障。

当系统发生接地故障时，其系统的等效电路图如图2所示：U0为系统的不平衡电压、C为系统的对地电容、L为消弧线圈电感、U_E为系统的中性点电压、Rd为系统的接地电阻。其中系统的对地电容与消弧线圈的电感并联后与系统的接地电阻形成串联回路。

根据接地系统的等效电路图(图2)可推导出接地电阻的求解公式：

$R_d=\frac{X_{\mathrm{LC}}\sqrt{U_E^2-U_n^2}}{U_n}---\left(1\right)$

其中：U_E为系统相电压，Un为中性点电压，X_LC为系统容抗(L与C的并联阻抗值)。

如果系统发生了谐振使中性点电压升高，则需要通过控制可控硅的导通角改变消弧线圈一次侧的等效电抗，使消弧线圈远离谐振点运行，降低中性点的过电压。如果通过接地电阻判断发生了接地故障，则需要消弧线圈运行在谐振点，补偿流过故障点的电容电流，2秒后再次使消弧线圈远离谐振点运行，如果中性点电压降到15％相电压以下，则系统发生了瞬间接地，接地故障消除；如果中性点电压仍然在15％相电压以上，则表明接地故障仍未消除，认为发生了永久性接地故障，快速使消弧线圈运行在谐振点，并报警输出。

Claims (5)

1、一种相控式消弧线圈故障检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，将相控式消弧线圈系统接在电网系统中；

第二步，利用相控式消弧线圈系统中的消弧线圈控制器检测中性点的电压及系统电流，如果检测到中性点电压升高到设定值，控制其计算出系统的接地电阻，初步判定系统运行的接地状态；

第三步，通过消弧线圈控制器设定的接地类型判据判定系统运行的接地状态，控制相控式消弧线圈的二次绕组的可控硅导通角改变消弧线圈的运行状态，如果最后判定系统发生永久性接地，则使消弧线圈远离谐振点运行，并发出报警通知。

2、根据权利要求1所述的相控式消弧线圈故障检测方法，其特征是，所述的接地电阻，其求解公式为： $R_d=\frac{X_{\mathrm{LC}}\sqrt{U_E^2-U_n^2}}{U_n},$

其中：U_E为系统相电压，Un为中性点电压，X_LC为系统容抗，L与C的并联阻抗值。

3、根据权利要求1或者2所述的相控式消弧线圈故障检测方法，其特征是，根据计算出的接地电阻，判断系统发生接地故障或是系统中性点发生谐振过电压。

4、根据权利要求3所述的相控式消弧线圈故障检测方法，其特征是，如果系统发生谐振，则通过控制可控硅的导通角改变消弧线圈一次侧的等效电抗，使消弧线圈远离谐振点运行，降低中性点的过电压。

5、根据权利要求3所述的相控式消弧线圈故障检测方法，其特征是，如果系统发生接地故障，控制可控硅导通角，使消弧线圈运行在谐振点附近，几秒后，使消弧线圈远离谐振点运行，如果中性点电压下降到设定值以下，则认为系统发生了瞬间接地，如果中性点电压仍然很高则重新使消弧线圈运行在谐振点，认为系统发生了永久性接地故障，报警通知发生接地故障。

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