CN103439558B - 相控式消弧线圈的电容电流测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种相控式消弧线圈的电容电流测量方法，该方法基于带滤波回路的相控式消弧线圈，具体包括：A.相控式消弧线圈正常运行时，将相控式消弧线圈的一次部分等效为连接在电网主回路中的一次电容器；B.将电网主回路等效为串联连接在中性点与地之间的测量支路；C.进行分压测量并计算电网三相对地电容值；D.结合系统发生单相接地时中性点对地电压值计算系统单相接地时系统的电容电流值。本发明基于带滤波回路的相控式消弧线圈，采用分压测量法，进行电网三相对地电容值的计算以及电网发生单相接地时电容电流的精确测量计算，为消弧线圈能够提供适量的补偿电流提供了可靠保障。

Description

相控式消弧线圈的电容电流测量方法
技术领域
本发明涉及配电网接地技术领域，特别是一种消弧线圈的电容电流测量方法。
背景技术
随着电网的容量增大、距离延长、电压等级逐渐升高，在此情况下发生单相接地故障时接地电容电流在故障点形成的电弧不能自行熄灭，间歇电弧产生的过电压往往会使事故扩大，显著降低电力系统运行的可靠性。目前我国在中低压配电网系统中经常采用中性点经消弧线圈接地的方式进行灭弧，能够自动消除瞬间性接地故障，保证电力系统的正常运行。
相控式消弧线圈又称为高短路阻抗变压器式消弧线圈，是一种由可控硅控制的消弧线圈，具有电流调节范围大、伏安特性好、能够实现无级连续可调等优点，是目前应用最广泛的随调式弧线圈。相控消弧线圈是一种新型可控电抗器，其原理图如图1所示，一次绕组与二次绕组间的短路阻抗很大，可达100%，二次绕组输出端连接一对反并联的可控硅，通过改变可控硅的导通角来实现电感量的快速连续调节，以向系统中投入适合的电感量，抵消系统中产生的电容电流。相控式消弧线圈导通角的计算基于系统电容电流的测量，因此无论采用何种调节方式的自动消弧线圈装置，都必须能够实现电容电流的在线检测，并能够保证检测的精度，才能够计算出最为合适的导通角。
目前消弧线圈装置中应用最为普遍的电容电流检测方法是位移电压法。位移电压法的原理是在消弧线圈投入运行后，补偿电网在正常运行条件下，根据不同导通角下对应的消弧线圈投入电网的不同感抗XL以及测得的相应的电感电流I0，计算出电网三相对地容抗XC；然后再依据接地时的不平衡电压U0计算出系统在发生接地故障时的电容电流IC。
然而由于系统在正常运行时，系统的不对称度通常为0.5%～1.5%，架空线路对应较大值，电缆居多的混合电网取较小数值，纯电缆网络时不对称度就往往小于0.5%；而相控式消弧线圈的可控硅触发电压在大于5V时才能够可靠导通，在大于10V时才能够勉强实现触发角的调节。因此在电网不对称度较小的情况下采用位移电压法进行电容电流的计算时，由于无法实现可控硅导通角的触发，从而导致三相对地容抗无法精确计算，最终严重影响系统在发生接地故障时的电容电流值的计算。
另外，由于相控式消弧线圈的电感量调整是通过调节二次绕组所接的可控硅的导通角来实现的，相当于TCR支路，因此流过二次绕组的电流也即是流过可控硅的电流，为间歇性导通的电流，存在谐波分量；为了保证一次绕组对外的输出电流畸变率在允许范围内，必须进行滤波处理。中国专利200920314624.5公开了一种具有滤波回路的相控式消弧线圈，包括消弧线圈本体、可控硅回路和滤波回路，消弧线圈本体包括一个一次绕组和两个二次绕组，一次绕组串接在电网主回路中，第一个二次绕组连接可控硅回路，第二个二次绕组连接滤波回路，滤波回路采用的是单相变流器。采用该技术尽管可以较好的消除谐波，但是其滤波回路较为复杂，比较难以在实际应用中实现；并且该相控式消弧线圈仍然采用位移电压法进行电容电流的计算，无法消除采用此种方法进行电网正常运行时三相对地容抗计算时所存在的缺陷。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种相控式消弧线圈的系统电容电流测量方法，能够在不受电网不对称度影响的情况下，对电网正常运行时的三相对地容抗进行精确测量并计算系统接地时的瞬间电容电流值。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
相控式消弧线圈的电容电流测量方法，该方法基于带滤波回路的相控式消弧线圈，所述相控式消弧线圈包括消弧线圈本体、可控硅控制回路以及滤波回路，所述消弧线圈本体包括一个一次绕组和两个二次绕组，一次绕组连接在电网主回路中，第一个二次绕组连接可控硅控制回路，第二个二次绕组连接滤波回路；
所述滤波回路包括分别并联连接在第二个二次绕组两端的3次谐波滤波支路和5次谐波滤波支路，3次谐波滤波支路和5次谐波滤波支路分别为串联连接的电容和电感支路；所述滤波回路与第二个二次绕组之间串联连接有用于控制滤波回路投切的投切开关K；
所述相控式消弧线圈的电容电流测量方法采用分压测量法，具体包括以下步骤：
A.相控式消弧线圈正常运行时，可控硅控制回路不触发，第一个二次绕组为开路状态，将滤波回路等效为容量已知的二次电容器，二次电容器的容值为Cxh2；将相控式消弧线圈的一次部分等效为连接在电网主回路中的一次电容器，一次电容器的容值为Cxh，Cxh通过Cxh2计算得出；
B.将电网主回路等效为串联连接在中性点与地之间的测量支路，测量支路为串联连接的投切开关K、一次电容器以及电网三相对地电容；设定电网三相对地电容的容值为C0，电网中性点的电压为E0，电网三相对地电容的电压为U0；
C.进行分压测量并计算电网三相对地电容值：
断开投切开关，测量电网三相对地电容的电压，此时电网三相对地电容的电压与电网中性点的电压相等；
闭合投切开关，测量电网三相对地电容的电压U0，此时电网三相对地电容的电压为电网中性点的电压在一次电容器和电网三相对地电容上的分压，即：
U0=C0*E0/(C0+Cxh)
由上式可得出电网三相对地电容的电容值为：
C0=U0*Cxh/(E0-U0)
其中U0和E0通过测量获得；
D.根据步骤C计算得到的电网三相对地电容值，并结合系统发生单相接地时中性点对地电压值，即可计算出系统单相接地时系统的电容电流值。
本发明所述步骤A中，一次电容器容值根据下式计算：
Cxh=Cxh2*n2
其中：n为相控式消弧线圈的一次绕组与第二二次绕组之间的变比值。
本发明所述的投切开关优选为真空接触器或者真空断路器。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明基于带滤波回路的相控式消弧线圈，采用分压测量法，通过在电网中对滤波支路进行投切，利用滤波电容器实现电容器的分压，从而进行电网三相对地电容值的计算，以及电网发生单相接地时电容电流的精确测量计算，为消弧线圈能够提供适量的补偿电流提供了可靠保障。本发明的相控式消弧线圈硬件结构简单可靠、成本低廉，电容电流测量计算方法复杂度低、精度较高，可适用于任何电网，不受电网不对称度的影响。
附图说明
图1为本发明所述相控式消弧线圈的原理图。
图2为电网正常运行时相控式消弧线圈的等效转换示意图。
图3为电网正常运行时主回路的等效图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
一种带滤波回路的相控式消弧线圈，其原理图如1所示，包括消弧线圈本体、可控硅控制回路以及滤波回路，消弧线圈本体包括一个一次绕组和两个二次绕组，一次绕组连接在电网主回路中；第一个二次绕组为控制绕组，连接可控硅控制回路，可控硅控制回路主要包括一对反并联的可控硅SCR，通过调节可控硅的触发角度来调节第一个二次绕组的电感值。
第二个二次绕组连接滤波回路，滤波回路包括分别并联连接在第二个二次绕组两端的3次谐波滤波支路和5次谐波滤波支路，3次谐波滤波支路为串联连接的电容C3和电感L3支路，用于滤除3次谐波；5次谐波滤波支路为串联连接的电容C5和电感L5支路，用于滤除5次谐波。滤波回路与第二个二次绕组之间串联连接有投切开关K，用于控制滤波回路的投切。
一种基于上述相控式消弧线圈的电容电流测量方法，该方法采用分压测量法，具体包括以下步骤：
A.相控式消弧线圈正常运行时，可控硅控制回路不触发，第一个二次绕组为开路状态；而此时3次谐波滤波支路和5次谐波滤波支路相对于工频，则可等效为容量已知的二次电容器，二次电容器的容值为Cxh2。由于相控式消弧线圈的励磁阻抗大于10kΩ，且此时中性点位移电压较小，因此可忽略流过相控式消弧线圈的电感电流；将相控式消弧线圈的一次部分等效为连接在电网主回路中的一次电容器，如图2所示。设定一次电容器的容值为Cxh，Cxh通过Cxh2计算得出。
一次电容器容值根据下式计算：
Cxh=Cxh2*n2
其中：n为相控式消弧线圈的一次绕组与第二二次绕组之间的变比值。
B.将电网主回路等效为串联连接在中性点与地之间的测量支路，测量支路为串联连接的投切开关K、一次电容器以及电网三相对地电容；设定电网三相对地电容的容值为C0，电网中性点的电压为E0，电网三相对地电容的电压为U0，如图3所示。
C.进行分压测量并计算电网三相对地电容值：
首先断开投切开关，测量电网三相对地电容的电压，此时电网三相对地电容的电压与电网中性点的电压相等E0，
闭合投切开关，测量电网三相对地电容的电压U0，此时电网三相对地电容的电压为电网中性点的电压在一次电容器和电网三相对地电容上的分压，即：
U0=C0*E0/(C0+Cxh)
由上式可得到电网三相对地电容值为：
C0=U0*Cxh/(E0-U0)
D.根据步骤C计算得到的电网三相对地电容值，并结合系统发生单相接地时中性点对地电压值，即可计算出系统单相接地时系统的电容电流值。
本发明中投切开关为真空接触器或者真空断路器，滤波支路的额定电压一般为交流500V，因此本发明中的投切开关可选用交流1140V的真空接触器。

Claims (3)

1.相控式消弧线圈的电容电流测量方法，其特征在于：该方法基于带滤波回路的相控式消弧线圈，所述相控式消弧线圈包括消弧线圈本体、可控硅控制回路以及滤波回路，所述消弧线圈本体包括一个一次绕组和两个二次绕组，一次绕组连接在电网主回路中，第一个二次绕组连接可控硅控制回路，第二个二次绕组连接滤波回路；
所述滤波回路包括分别并联连接在第二个二次绕组两端的3次谐波滤波支路和5次谐波滤波支路，3次谐波滤波支路和5次谐波滤波支路分别为串联连接的电容和电感支路；所述滤波回路与第二个二次绕组之间串联连接有用于控制滤波回路投切的投切开关K；
所述相控式消弧线圈的电容电流测量方法采用分压测量法，具体包括以下步骤：
A.相控式消弧线圈正常运行时，可控硅控制回路不触发，第一个二次绕组为开路状态，将滤波回路等效为容量已知的二次电容器，二次电容器的容值为Cxh2；将相控式消弧线圈的一次部分等效为连接在电网主回路中的一次电容器，一次电容器的容值为Cxh，Cxh通过Cxh2计算得出；
B.将电网主回路等效为串联连接在中性点与地之间的测量支路，测量支路为串联连接的投切开关K、一次电容器以及电网三相对地电容；设定电网三相对地电容的容值为C0，电网中性点的电压为E0，电网三相对地电容的电压为U0；
C.进行分压测量并计算电网三相对地电容值：
断开投切开关，测量电网三相对地电容的电压，此时电网三相对地电容的电压与电网中性点的电压相等为E0；
闭合投切开关，测量电网三相对地电容的电压U0，此时电网三相对地电容的电压为电网中性点的电压在一次电容器和电网三相对地电容上的分压，即：
U0＝C0*E0/(C0+Cxh)
由上式可得出电网三相对地电容的电容值为：
C0＝U0*Cxh/(E0-U0)
其中U0和E0通过测量获得；
D.根据步骤C计算得到的电网三相对地电容值，并结合系统发生单相接地时中性点对地电压值，即可计算出系统单相接地时系统的电容电流值。
2.根据权利要求1所述的相控式消弧线圈的电容电流测量方法，其特征在于：所述步骤A中，一次电容器容值根据下式计算：
Cxh＝Cxh2*n2
其中：n为相控式消弧线圈的一次绕组与第二个二次绕组之间的变比值。
3.根据权利要求1所述的相控式消弧线圈的电容电流测量方法，其特征在于：所述投切开关为真空接触器或者真空断路器。
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