CN103368167A - 一种单相接地故障基波电流全补偿装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单相接地故障基波电流全补偿装置与方法，通过在故障相的超前相接入电感和电阻可实现单相接地故障基波电流的全补偿，包括有功电流和无功电流，可消除电网参数不平衡对接地电流的影响。由于全补偿偏置原价强行将零序电压钳制至故障相电源相电势，因而消除间歇性电弧重燃的可能性。本发明需要设备成本低廉，补偿效果好。

Description

一种单相接地故障基波电流全补偿装置与方法
技术领域
    本发明涉及的是一种电气技术的测量和控制方法，具体是中性点不接地系统发生单相接地故障基波故障电流全补偿的技术。
背景技术
小电流接地系统，包括中性点不接地和中性点经消弧线圈接地，发生单相接地故障时电网线电压对称仍可持续供电，我国配电网以小电流接地方式为主。由于消弧线圈在中性点能产生补偿接地电容电流的感性电流，大大减小故障电流，达到熄弧的效果。但是单相接地故障基波电流除了线路对地电容产生的无功分量以外，还包括线路对地电阻产生的有功电流和线路参数不对称产生的不平衡电流。目前工业上广泛使用的消弧线圈只能补偿接地电流的的无功分量对于接地电流的有功分量和电网线路自然不平衡电流无能为力的。
目前接地电流全补偿的方法可分为两类：一类是应用在谐振接地系统的滞后相接电容或超前相接电感的方法，或中性点经电阻接地系统超前相接电感的方法。以上两种方法需预调好中性点接地电阻或电感，操作步骤复杂。中性点电抗满足接地电流补偿的要求，再经线路接入电感或电容实际意义不大，且该方法建立在电网线路对地参数已知的条件下。另一类是在中性点有源注入的方式实现，该方法基于有源电力滤波器的方式实现接地电流的全补偿。但是该方法设备复杂，费用较高，实际效果还有待验证。对于中性点不接地系统有源注入的方法需增加接地变压器制造中性点，费用高。
经对现有技术领域的检索发现，中国专利申请号为201120426044.2，授权公告号为CN202474862U，专利名称为：有源全补偿的消弧线圈装置，该专利为有源注入的方式实现接地电流全补偿的装置。
中国专利申请号为201210277809.X，授权公告号为CN102818938A，专利名称为：移参换相法电网对地分布参数跟踪测量控制方法，该专利通过把同一偏置原件投切至任意两相即可实现电网线路绝缘参数的测量，包括线路对地分布总电容和总电导。该发明未给出接地电流全补偿的条件。本发明在此基础上实现了中性点不接地系统单相接地故障基波电流的全补偿。
发明内容
技术问题：本发明所要解决的技术问题是提供一种单相接地故障基波电流全补偿装置与方法，通过在线路接入特定的偏置原件实现中性点不接地系统单相接地故障基波电流的全补偿。
技术方案：为解决以上述技术问题，本发明提出一种单相接地故障基波电流全补偿装置与方法，当中性点不接地电网发生单相接地故障时，在接地相的超前相对地接入电抗和电阻，实现接地基波电流的全补偿。
一种单相接地故障基波电流全补偿的方法包括步骤如下：
步骤a：电网正常运行时，测量中性点电压U bd，根据电网线路对地分布总电容和总电导，计算电网线路参数不对称矢量和k bd：
Figure 2013102622156100002DEST_PATH_IMAGE001
              式1
上式中：其中α=e120°，C Σ=C A+C B+C C为系统总分布电容，G Σ=G A+G B+G C为系统分布总电导， C A、C B和C C为三相对地分布总电容，G A、G B和G C为三相对地分布总电导；E δ电源相电压；Y bd和G bd分别为电网线路参数不对称矢量和的虚部和实部。
在电网正常运行时故障相未知，因而需令E δ分别为E A、E B、E C分别计算k bd，E A、E B、E C为三相电源电压。
步骤b：电网正常运行时，根据电网线路对地分布总电容和总电导、电网线路参数不对称矢量和计算满足基波电流全补偿的电感和电导的值：
Figure 2013102622156100002DEST_PATH_IMAGE002
                    式2
Figure DEST_PATH_IMAGE003
                    式3
以上式中L M、G M为全补偿偏置原件，式中Y bd和G bd分别为E δ取故障相电源电势的电网线路参数不对称矢量和的虚部和实部。
步骤c：当电网发生单相接地故障后，将式2和式3中的电抗和电导并联，然后接入故障相的超前相。
一种单相接地故障基波电流全补偿的装置包括零序电信号测量模块1、断路器模块2、全补偿偏置原件模块3、控制器模块4、驱动模块5、显示模块6。
连接关系：零序电信号测量模块1连接电网母线，并送出零序电压和零序电流信号给控制器模块4；站用220V电源与控制器模块4相连，提供工作电源；全补偿偏置原件模块3通过断路器模块2与电网线路相连接，全补偿偏置原件模块3另一端可靠接地；控制器模块4发出控制信号至驱动模块5，驱动模块5根据控制要求控制断路器模块2的开断和调节全补偿偏置原件模块3；控制器模块4将计算结果输入显示模块6。
实施步骤：
a. 装置开始运行，断路器模块2全断开，控制器模块4上电并测量中性点电压信号，保存测量数据；
b. 电网正常运行时，控制器模块4根据电网参数计算全补偿偏置原件参数，控制器模块4发出控制至驱动模块5，驱动模块5调节全补偿偏置原件模块3至全补偿值；
c. 电网发生单相接地故障后，控制器模块4发出控制至驱动模块5，驱动模块5调节断路器模块2中故障相超前相断路器闭合；
d. 控制器模块4驱动显示模块6显示故障情况；
e. 若需重新测量，从步骤a开始重新执行。
有益效果：本发明提出的一种单相接地故障基波电流全补偿装置与方法，该方法可实现单相接地故障基波电流的全补偿，包括接地无功电流、接地有功电流和消除电网自然不平衡电流对接地电流的影响。不需要引入电力电子设备，不需要接地变压器，成本低。只在电网故障时接入全补偿偏置原件，因而在电网正常运行时不会像谐振接地系统那样产生谐振过电压。
附图说明：
图1中性点不接地系统单相接地故障基波电流全补偿原理图；
图2单相接地故障有功和无功电流补偿原理图；
图3单相接地故障电网自然不平衡电流补偿原理图；
图4单相接地故障基波电流全补偿装置结构框图；
图4中：
1-     零序电信号测量模块；
2-     断路器模块；
3-     全补偿偏置原件模块；
4-     控制器模块；
5-     断路器控制模块；
6-     显示模块。
具体实施方式
为使本发明实施的技术手段、创作特征、技术方案和优点与功效更加清楚明了，下面结合本发明实施例中的附图，给出了详细的实施方式和具体操作过程。
本发明的实施可直接从PT二次侧取得电网母线零序电压信号，下面以电网A相发生单相接地故障为例具体介绍一种单相接地故障基波电流全补偿的方法步骤，如下：
步骤①：电网正常运行时，如图1，测量中性点电压U bd：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
                              式4
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
=jY bd+G bd为系统线路参数不对称矢量和，若系统三相参数对称则
Figure 593889DEST_PATH_IMAGE005
=0。根据电网线路对地分布总电容和总电导，则电网线路参数不对称矢量和：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
                    式5
上式中：C Σ为系统总分布电容，G Σ为系统分布总电导； E A 为A相电源相电压；Y bd和G bd分别为电网参数不对称矢量和的虚部和实部。
步骤②：电网正常运行时，根据电网线路对地分布总电容和总电导、电网自然不平衡电流计算当A相发生接地故障时全补偿偏置原件电感和电导的值，该全补偿偏置原件接入故障相的超前相，即C相，则接入后零序电压为：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
                  式6
则全补偿的零序电压条件是
                
Figure DEST_PATH_IMAGE008
                                式7
即强行将零序电压钳制至故障相电源相电势，因而消除间歇性电弧重燃的可能性。解得：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
                    式8
Figure DEST_PATH_IMAGE010
                    式9
全补偿偏置原件接入C相后，C相电压为
Figure DEST_PATH_IMAGE011
。若电网线路参数严格对称，Y bd=G bd=0，则
Figure DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure DEST_PATH_IMAGE013
，则L M、G M产生的电流I LGM见图2。
Figure 223761DEST_PATH_IMAGE010
                   式9
图2中I LM为电感产生的电流，I GM为电导产生的电流。由式9可知，此时偏置原件在C相产生的电流与A相接地故障电流大小相等。
当线路参数不对称时，
Figure 416101DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 2013102622156100002DEST_PATH_IMAGE015
 产生的电流见图3。图2中I Lbd为电感L bd产生的电流，I Gbd为电导G bd产生的电流。
                    式10
由式10可知，此时全补偿偏置原件在C相除了产生电网A相故障的有功和无功电流外还产生消除电网不对称度影响电网不平衡电流。
式8和式9中的全补偿偏置原件产生的全部补偿电流为：
                   式11
由式10可知全补偿偏置原件可实现电网单相接地基波电流的补偿。
步骤③：当电网发生单相接地故障后，将式8和式9中的电抗和电导并联，然后接入故障相的超前相。
一种单相接地故障基波电流全补偿的装置包括：零序电信号测量模块1、断路器模块2、全补偿偏置原件模块3、控制器模块4、断路器控制模块5、显示模块6，见图4。
连接关系：零序电信号测量模块1连接电网母线，并送出零序电压和零序电流信号给控制器模块4；站用220V电源与控制器模块4相连，提供工作电源；全补偿偏置原件模块3通过断路器模块2与电网线路相连接，全补偿偏置原件模块3另一端可靠接地；控制器模块4发出控制信号至驱动模块5，驱动模块5根据控制要求控制断路器模块2的开断和调节全补偿偏置原件模块3；控制器模块4将计算结果输入显示模块6。
实施步骤：
a. 装置开始运行，断路器模块2全断开，控制器模块4上电并测量中性点电压信号，保存测量数据；
b. 电网正常运行时，控制器模块4根据电网参数计算全补偿偏置原件参数，控制器模块4发出控制至驱动模块5，驱动模块5调节全补偿偏置原件模块3至全补偿值；
c. 电网发生单相接地故障后，控制器模块4发出控制至驱动模块5，驱动模块5调节断路器模块2中故障相超前相断路器闭合；
d. 控制器模块4驱动显示模块6显示故障情况；
e. 若需重新测量，从步骤a开始重新执行。

Claims (3)

1.一种单相接地故障基波电流全补偿的方法，其特征在于，当中性点不接地电网发生单相接地故障时，在接地故障相的超前相对地接入电抗和电阻，实现接地基波电流的全补偿，包括步骤如下：
步骤a：电网正常运行时，测量中性点电压U bd，根据电网线路对地分布总电容和总电导，计算电网线路参数不对称矢量和k bd：
Figure 619569DEST_PATH_IMAGE001
              式1
上式中：其中α=e120°，C Σ=C A+C B+C C为系统总分布电容，G Σ=G A+G B+G C为系统分布总电导， C A、C B和C C为三相对地分布总电容，G A、G B和G C为三相对地分布总电导；E δ电源相电压；Y bd和G bd分别为电网线路参数不对称矢量和的虚部和实部；
步骤b：电网正常运行时，根据电网线路对地分布总电容和总电导、电网线路参数不对称矢量和计算满足基波电流全补偿的电感和电导的值：
Figure 773645DEST_PATH_IMAGE002
                    式2
Figure 78856DEST_PATH_IMAGE003
                    式3
以上式中L M、G M为全补偿偏置原件，式中Y bd和G bd分别为E δ取故障相电源电势的电网线路参数不对称矢量和的虚部和实部；
步骤c：当电网发生单相接地故障后，将式2和式3中的电抗和电导并联，然后接入故障相的超前相。
2.根据权利要求1所述的一种单相接地故障基波电流全补偿的方法，其特征在于，在电网正常运行时，需令E δ分别为E A、E B、E C分别计算k bd，E A、E B、E C为三相电源电压。
3.一种单相接地故障基波电流全补偿的装置，其特征在于，包括零序电信号测量模块1、断路器模块2、全补偿偏置原件模块3、控制器模块4、驱动模块5、显示模块6；
连接关系：零序电信号测量模块1连接电网母线，并送出零序电压和零序电流信号给控制器模块4；站用220V电源与控制器模块4相连，提供工作电源；全补偿偏置原件模块3通过断路器模块2与电网线路相连接，全补偿偏置原件模块3另一端可靠接地；控制器模块4发出控制信号至驱动模块5，驱动模块5根据控制要求控制断路器模块2的开断和调节全补偿偏置原件模块3；控制器模块4将计算结果输入显示模块6；操作步骤如下：
a. 装置开始运行，断路器模块2全断开，控制器模块4上电并测量中性点电压信号，保存测量数据；
b. 电网正常运行时，控制器模块4根据电网参数计算全补偿偏置原件参数，控制器模块4发出控制至驱动模块5，驱动模块5调节全补偿偏置原件模块3至全补偿值；
c. 电网发生单相接地故障后，控制器模块4发出控制至驱动模块5，驱动模块5调节断路器模块2中故障相超前相断路器闭合；
d. 控制器模块4驱动显示模块6显示故障情况；
e. 若需重新测量，从步骤a开始重新执行。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20131023

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