CN103384065A - 偏磁式消弧线圈自动跟踪补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种偏磁式消弧线圈自动跟踪补偿方法，在消弧线圈上串联电阻R1接地，消弧线圈正常运行时，L为消弧线圈电感，r0为消弧线圈的有功损耗的等效电阻，设电网三相电压完全平衡，其中为U_Φ，各相漏电阻相等，ra=rb=rc=r,且以U_A作为参考相量；本发明在消弧线圈上串联电阻接地，通过串联电阻增大电网阻尼率，在电网正常运行时，消弧线圈工作在远离谐振点位置，出现单相接地，瞬间调整消弧线圈实施全补偿，调节灵敏，效果好。

Description

偏磁式消弧线圈自动跟踪补偿方法

技术领域

本发明涉及城市电网技术领域，尤其涉及一种偏磁式消弧线圈自动跟踪补偿方法。

背景技术

我国的城市电网及厂矿企业的中压系统，大部分为中性点不接地(即小电流接地)系统。这种系统在发生单相接地时，电网仍可带故障运行，这就大大降低了运行成本，提高了供电系统的可靠性，但这种供电方式在单相接地电流较大时容易产生弧光过电压和相间短路，给供用电设备造成了极大的危害。

电容电流是指中性点不接地供电系统的单相接地电流，由于其主要成分是容性无功分量，所以又称单相接地电容电流。

电容电流的危害：

（1）发生间歇性电弧接地时，伴随相对地电容上的电荷积累，会产生高幅值的过电压，一般为相电压的2～3.5倍。

（2）在单相接地的暂态过程中，会产生较大的接地电流，这会使接地点的相间绝缘热破坏，造成相间短路。

（3）单相接地电弧引起电压互感器励磁电流激增是引起电压互感器破坏的一个重要原因。在中性点不接地电网中，治理单相接地电容电流过大造成的危害的方法之一是在中性点加装消弧线圈。消弧线圈的作用是当电网发生单相接地故障后，提供一个电感电流I_L补偿接地电容电流I_C，使接地电流减小，也使得故障相接地电弧两端的恢复电压迅速降低，达到自动熄灭电弧的目的。当消弧线圈正确调谐时，不仅可以有效的减少产生弧光接地的几率，同时也最大限度地减少了故障点热破坏作用及接地过电压等。

目前国内外已有的自动跟踪调节消弧线圈补偿系统实际上都是一种随动系统，即消弧线圈的电抗自动跟踪电网电容电流的变化而调整，这种调整发生在单相接地故障之前。其基本工作原理有两种。

a）一种是利用中性点位移电压和参考电压之间的相位移与消弧线圈脱谐度之间的关系来跟踪调整消弧线圈电感，对于一个实际的电网，即使电容电流不变，也会给调谐带来误差，为了弥补这一缺陷，需要在某相对地之间附加一电容，增大电网的不平衡度。

b）另一种方法是利用中性点位移电压的幅值随脱谐度变化的关系来跟踪调整消弧线圈电感。从图2可见，随着脱谐度向零点逼近中性点位移电压趋近其最大值。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种偏磁式消弧线圈自动跟踪补偿方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种偏磁式消弧线圈自动跟踪补偿方法，在消弧线圈上串联电阻R1接地，消弧线圈正常运行时，L为消弧线圈电感，r0为消弧线圈的有功损耗的等效电阻，设电网三相电压完全平衡，其中为U_Φ，各相漏电阻相等，ra=rb=rc=r,且以U_A作为参考相量；

$U_N=-\frac{\mathrm{j\ω}(\mathrm{Ca}+{\mathrm{\α}}^2\mathrm{Cb}+\mathrm{\αCc})}{\mathrm{j\ω}(\mathrm{Ca}+\mathrm{Cb}+\mathrm{Cc})-j(1/\mathrm{\ωL})+1/r_0+3/r}{U}_A$

$=-\frac{\frac{\mathrm{j\ω}(\mathrm{Ca}+{\mathrm{\α}}^2\mathrm{Cb}+\mathrm{\αCc})}{\mathrm{j\ω}(\mathrm{Ca}+\mathrm{Cb}+\mathrm{Cc})}\·U_{\mathrm{\Φ}}}{\frac{\mathrm{j\ω}(\mathrm{Ca}+\mathrm{Cb}+\mathrm{Cc})-j(1/\mathrm{\ωL})}{\mathrm{j\ω}(\mathrm{Ca}+\mathrm{Cb}+\mathrm{Cc})}-j\frac{1}{\mathrm{R\ω}(\mathrm{Ca}+\mathrm{Cb}+\mathrm{Cc})}}$

$=-\frac{k_{\∞}}{v-\mathrm{jd}}{U}_{\mathrm{\Φ}};$

式中: k_∞为电网不对称度，  $k_{\∞}=\frac{\mathrm{Ca}+{\mathrm{\α}}^2\mathrm{Cb}+\mathrm{\αCc}}{\mathrm{Ca}+\mathrm{Cb}+\mathrm{Cc}};$

d为电网阻尼率，  $d=\frac{1}{\mathrm{R\ω}(\mathrm{Ca}+\mathrm{Cb}+\mathrm{Cc})};$

υ为电网脱谐度，  $v=\frac{\mathrm{j\ω}(\mathrm{Ca}+\mathrm{Cb}+\mathrm{Cc})-j/\mathrm{\ωL}}{\mathrm{j\ω}(\mathrm{Ca}+\mathrm{Cb}+\mathrm{Cc})}=\frac{\mathrm{IC}-\mathrm{IL}}{\mathrm{IC}};$

$\frac{1}{R}=\frac{3}{r}+\frac{1}{r_0+R1};$

中性点位移电压的大小

$U_N=\frac{k_{\∞}{U}_{\mathrm{\Φ}}}{\sqrt{v^2+d^2}}=\frac{U_0}{\sqrt{v^2+d^2}}---\left(1\right)$

式中U₀为中性点未加消弧线圈时电网的自然不平衡电压；

从式（1）可见，补偿系统中性点位移电压随着脱谐度变化而变化。其变化曲线即谐振曲线如图2所示。可见脱谐度υ越趋于零，中性点位移电压愈高。当υ = 0即全补偿时，其值为U0/d.所以加装消弧线圈后，对中性点位移电压起到了放大作用。脱谐度愈小，放大作用愈强，放大倍数约为10-40倍。

当电网中出现单相断线、非全相合闸等故障时，U0增大，UN将可能超过限值。另外，电网中出现非同期合闸或大型异步电机投切操作都可能产生过电压，只有一点补偿电网同未补偿电网是相同的，即发生单相金属性接地时，中性点位移电压都是U0。

在电网正常运行情况下，正确调谐的消弧线圈对电网安全运行有害无利，为了满足正常运行时中性点位移电压不超过某一限值的要求而不得不将消弧线圈的脱谐度整定在较大的数值，使接地残流加大，补偿效果降低。

在电网发生断线故障，断路器非同期合闸事故或大型异步电机投切操作时，小脱谐度的消弧线圈使中性点电压位移比无补偿电网严重得多，将出现危险的过电压。

消弧线圈发挥有利作用是在电网出现单相接地后，并且脱谐度越小效果越好，最好是全补偿。

根据（1）式

υ>>d 时  $U_N=\frac{U_0}{v}=\frac{U_0\mathrm{\ω}{C}_{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}{C}_{\mathrm{\Σ}}-1/\mathrm{\ωL}}---\left(2\right)$

式中：C_Σ为对地电容值， C_Σ= Ca+Cb+Cc

在远离谐振点处，当消弧线圈电感值为L1时，测得中性点位移电压为UN1，调整电感为L2时，测得中性点位移电压幅值为UN2，则可以利用（3）式计算出C_Σ

$C_{\mathrm{\Σ}}=\frac{U_{N1}/\left(U_{N2}\mathrm{\ωL}1\right)-1/\mathrm{\ωL}2}{\mathrm{\ω}(U_{N1}/U_{N2}-1)}---\left(3\right)$

通过公式

   （4）计算出电网电流值I，实现消弧线圈的自动跟踪补偿。

本发明的优点是：本发明在消弧线圈上串联电阻接地，通过串联电阻增大电网阻尼率，在电网正常运行时，消弧线圈工作在远离谐振点位置，出现单相接地，瞬间调整消弧线圈实施全补偿，调节灵敏，效果好。

附图说明

图1为消弧线圈接地系统等效电路图。

图2为谐振曲线图。

具体实施方式

如图1所示，一种偏磁式消弧线圈自动跟踪补偿方法，在消弧线圈上串联电阻R1接地，消弧线圈正常运行时，L为消弧线圈电感，r0为消弧线圈的有功损耗的等效电阻，设电网三相电压完全平衡，其中为U_Φ，各相漏电阻相等，ra=rb=rc=r,且以U_A作为参考相量；

$U_N=-\frac{\mathrm{j\ω}(\mathrm{Ca}+{\mathrm{\α}}^2\mathrm{Cb}+\mathrm{\αCc})}{\mathrm{j\ω}(\mathrm{Ca}+\mathrm{Cb}+\mathrm{Cc})-j(1/\mathrm{\ωL})+1/r_0+3/r}{U}_A$

$=-\frac{\frac{\mathrm{j\ω}(\mathrm{Ca}+{\mathrm{\α}}^2\mathrm{Cb}+\mathrm{\αCc})}{\mathrm{j\ω}(\mathrm{Ca}+\mathrm{Cb}+\mathrm{Cc})}\·U_{\mathrm{\Φ}}}{\frac{\mathrm{j\ω}(\mathrm{Ca}+\mathrm{Cb}+\mathrm{Cc})-j(1/\mathrm{\ωL})}{\mathrm{j\ω}(\mathrm{Ca}+\mathrm{Cb}+\mathrm{Cc})}-j\frac{1}{\mathrm{R\ω}(\mathrm{Ca}+\mathrm{Cb}+\mathrm{Cc})}}$

$=-\frac{k_{\∞}}{v-\mathrm{jd}}{U}_{\mathrm{\Φ}};$

式中: k_∞为电网不对称度， $k_{\∞}=\frac{\mathrm{Ca}+{\mathrm{\α}}^2\mathrm{Cb}+\mathrm{\αCc}}{\mathrm{Ca}+\mathrm{Cb}+\mathrm{Cc}};$

d为电网阻尼率， $d=\frac{1}{\mathrm{R\ω}(\mathrm{Ca}+\mathrm{Cb}+\mathrm{Cc})};$

υ为电网脱谐度， $v=\frac{\mathrm{j\ω}(\mathrm{Ca}+\mathrm{Cb}+\mathrm{Cc})-j/\mathrm{\ωL}}{\mathrm{j\ω}(\mathrm{Ca}+\mathrm{Cb}+\mathrm{Cc})}=\frac{\mathrm{IC}-\mathrm{IL}}{\mathrm{IC}};$

$\frac{1}{R}=\frac{3}{r}+\frac{1}{r_0+R1};$

中性点位移电压的大小

$U_N=\frac{k_{\∞}{U}_{\mathrm{\Φ}}}{\sqrt{v^2+d^2}}=\frac{U_0}{\sqrt{v^2+d^2}}---\left(1\right)$

式中U₀为中性点未加消弧线圈时电网的自然不平衡电压；

从式（1）可见，补偿系统中性点位移电压随着脱谐度变化而变化。其变化曲线即谐振曲线如图2所示。可见脱谐度υ越趋于零，中性点位移电压愈高。当υ = 0即全补偿时，其值为U0/d.所以加装消弧线圈后，对中性点位移电压起到了放大作用。脱谐度愈小，放大作用愈强，放大倍数约为10-40倍。

当电网中出现单相断线、非全相合闸等故障时，U0增大，UN将可能超过限值。另外，电网中出现非同期合闸或大型异步电机投切操作都可能产生过电压，只有一点补偿电网同未补偿电网是相同的，即发生单相金属性接地时，中性点位移电压都是U0。

在电网正常运行情况下，正确调谐的消弧线圈对电网安全运行有害无利，为了满足正常运行时中性点位移电压不超过某一限值的要求而不得不将消弧线圈的脱谐度整定在较大的数值，使接地残流加大，补偿效果降低。

在电网发生断线故障，断路器非同期合闸事故或大型异步电机投切操作时，小脱谐度的消弧线圈使中性点电压位移比无补偿电网严重得多，将出现危险的过电压。

消弧线圈发挥有利作用是在电网出现单相接地后，并且脱谐度越小效果越好，最好是全补偿。

根据（1）式

υ>>d 时 $U_N=\frac{U_0}{v}=\frac{U_0\mathrm{\ω}{C}_{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}{C}_{\mathrm{\Σ}}-1/\mathrm{\ωL}}---\left(2\right)$

式中：C_Σ为对地电容值， C_Σ= Ca+Cb+Cc

在远离谐振点处，当消弧线圈电感值为L1时，测得中性点位移电压为UN1，调整电感为L2时，测得中性点位移电压幅值为UN2，则可以利用（3）式计算出C_Σ

$C_{\mathrm{\Σ}}=\frac{U_{N1}/\left(U_{N2}\mathrm{\ωL}1\right)-1/\mathrm{\ωL}2}{\mathrm{\ω}(U_{N1}/U_{N2}-1)}---\left(3\right)$

通过公式

   （4）计算出电网电流值I，实现消弧线圈的自动跟踪补偿。

Claims (1)

1.一种偏磁式消弧线圈自动跟踪补偿方法，其特征在于：在消弧线圈上串联电阻R1接地，消弧线圈正常运行时，L为消弧线圈电感，r0为消弧线圈的有功损耗的等效电阻，设电网三相电压完全平衡，其中为U_Φ，各相漏电阻相等，ra=rb=rc=r,且以U_A作为参考相量；

$U_N=-\frac{\mathrm{j\ω}(\mathrm{Ca}+{\mathrm{\α}}^2\mathrm{Cb}+\mathrm{\αCc})}{\mathrm{j\ω}(\mathrm{Ca}+\mathrm{Cb}+\mathrm{Cc})-j(1/\mathrm{\ωL})+1/r_0+3/r}{U}_A$

$=-\frac{\frac{\mathrm{j\ω}(\mathrm{Ca}+{\mathrm{\α}}^2\mathrm{Cb}+\mathrm{\αCc})}{\mathrm{j\ω}(\mathrm{Ca}+\mathrm{Cb}+\mathrm{Cc})}\·U_{\mathrm{\Φ}}}{\frac{\mathrm{j\ω}(\mathrm{Ca}+\mathrm{Cb}+\mathrm{Cc})-j(1/\mathrm{\ωL})}{\mathrm{j\ω}(\mathrm{Ca}+\mathrm{Cb}+\mathrm{Cc})}-j\frac{1}{\mathrm{R\ω}(\mathrm{Ca}+\mathrm{Cb}+\mathrm{Cc})}}$

$=-\frac{k_{\∞}}{v-\mathrm{jd}}{U}_{\mathrm{\Φ}};$

式中: k_∞为电网不对称度，  $k_{\∞}=\frac{\mathrm{Ca}+{\mathrm{\α}}^2\mathrm{Cb}+\mathrm{\αCc}}{\mathrm{Ca}+\mathrm{Cb}+\mathrm{Cc}};$

d为电网阻尼率， $d=\frac{1}{\mathrm{R\ω}(\mathrm{Ca}+\mathrm{Cb}+\mathrm{Cc})};$

υ为电网脱谐度， $v=\frac{\mathrm{j\ω}(\mathrm{Ca}+\mathrm{Cb}+\mathrm{Cc})-j/\mathrm{\ωL}}{\mathrm{j\ω}(\mathrm{Ca}+\mathrm{Cb}+\mathrm{Cc})}=\frac{\mathrm{IC}-\mathrm{IL}}{\mathrm{IC}};$

$\frac{1}{R}=\frac{3}{r}+\frac{1}{r_0+R1};$

中性点位移电压的大小

$U_N=\frac{k_{\∞}{U}_{\mathrm{\Φ}}}{\sqrt{v^2+d^2}}=\frac{U_0}{\sqrt{v^2+d^2}}---\left(1\right)$

式中U₀为中性点未加消弧线圈时电网的自然不平衡电压；

根据（1）式

υ>>d 时  $U_N=\frac{U_0}{v}=\frac{U_0\mathrm{\ω}{C}_{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}{C}_{\mathrm{\Σ}}-1/\mathrm{\ωL}}---\left(2\right)$

式中：C_Σ为对地电容值， C_Σ= Ca+Cb+Cc

在远离谐振点处，当消弧线圈电感值为L1时，测得中性点位移电压为UN1，调整电感为L2时，测得中性点位移电压幅值为UN2，则可以利用（3）式计算出C_Σ

$C_{\mathrm{\Σ}}=\frac{U_{N1}/\left(U_{N2}\mathrm{\ωL}1\right)-1/\mathrm{\ωL}2}{\mathrm{\ω}(U_{N1}/U_{N2}-1)}---\left(3\right)$

通过公式

   （4）计算出电网电流值I。

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