CN104269256B - 电压互感器消谐电阻自动跟踪调整的方法 - Google Patents

电压互感器消谐电阻自动跟踪调整的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电压互感器消谐电阻自动跟踪调整的方法，对于运行中的电压互感器，根据电压互感器开口三角电压或三相二次电压调整消谐电阻阻值，实现消谐电阻的自动跟踪调整，使消谐电阻全时段在线运行，主动防止电压互感器谐振。

Description

电压互感器消谐电阻自动跟踪调整的方法
技术领域
本发明涉及电力设备，更具体地说是一种电压互感器消谐电阻自动跟踪调整的方法。
背景技术
目前微机消谐器是消除电压互感器谐振的主要产品，开口三角的三相绕组串联连接的结构形式，使得开口三角的输出功率与开口三角的电压关系十分复杂，使得在开口三角投入电阻的大小众说纷纭，为防止开口三角绕组过载，当检测到电压互感器谐振时，在开口三角投入一个小阻值电阻或短接开口三角。
在电压互感器开口三角投入电阻能够消除电压互感器谐振是一个公知的道理，消谐电阻越小消谐能力越好，但越易引起电压互感器绕组过载，过载使铁芯饱和引发新的谐振直至损坏电压互感器，所以现有技术采用短时间投入小阻值消谐电阻甚至短接开口三角的办法来消谐，以此防止长时间过载烧坏电压互感器。一方面，现有技术的消谐器是谐振后才采取措施，也就是被动式保护方式；另一方面，实际运行中，是单相接地还是电压互感器谐振在有些情况下难以判断，而当无法准确判断是谐振还是单相接地故障时，为了防止烧坏电压互感器消谐电阻就不投入，也就是不短接开口三角。在单相接地时，投入消谐电阻使开口三角中的绕组过载引起铁芯饱和产生新的电压互感器谐振，造成很多误区死区不能消谐，如单相接地引发的电压互感器谐振由于微机消谐器不投入消谐电阻，现有技术的微机消谐器就无能为力。
电压互感器谐振分类为工频谐振、高频谐振和分频谐振，其中，高频谐振、分频谐振的频率和工频完全不一样，微机技术很容易对此进行区分，若是开口三角只要有高频、分频量的存在就可以判断出其是高频谐振还是分频谐振，就是说微机技术可以100％发现高频、分频谐振并采取措施消除谐振，微机消谐器能够完全治理高频、分频谐振。
难以解决的就是工频谐振，系统发生单相接地故障，开口三角都有工频电压，且很多工频谐振与单相接地的特征一模一样，也就是说开口三角有工频电压却无法判断是电压互感器谐振还是系统发生故障，特别是开口三角电压小于100V时，一方面单相接地时投入消谐电阻使开口三角中的绕组过载引起铁芯饱和产生新的电压互感器谐振，另一方面单相接地时投入消谐电阻会使电压互感器绕组过载烧坏电压互感器，尤其是将开口三角短接的消谐方式。
这就是为什么目前微机消谐器有时能消谐有时不能消谐的原因。高频、分频谐振完全能消谐，对于工频谐振因与单相接地故障不能准确区分，单相接地如投入的消谐电阻过小造成开口三角绕组过载引发新的谐振和电压互感器组烧坏，与单相接地特征一样的工频谐振及单相接地引发的谐振，现有微机消谐器不投入电阻而不能消谐。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种电压互感器消谐电阻自动跟踪调整的方法，以期解决单相接地时消谐电阻大小与电压互感器开口三角中的绕组过载这一对矛盾，解决单相接地故障与工频谐振特征难以区分的难题及单相接地过程中引发的谐振，自动跟踪调整消谐电阻全时段在线运行主动防止电压互感器谐振。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明电压互感器消谐电阻自动跟踪调整的方法，所述消谐电阻Rx跨接在电压互感器开口三角的两端，其特点是：设置电压互感器开口三角电压U△的电压监测；或设置电压互感器开口三角电压U△以及系统三相二次电压的监测；所述电压互感器消谐电阻自动跟踪调整的方法是按如下步骤进行：
步骤1、设置消谐电阻Rx首次投入的取值为不小于R100，R100＝5773.5/KS；
在消谐电阻Rx投入后：
若U△≤15V，则消谐电阻Rx取值为不小于R0，R0＝(U△+100)U△/3KS；
反之，则消谐电阻Rx取值为不小于R，θ＝acrcos(U△/100)；或UMX为此时监测获得的系统三相二次电压中的最大值；
步骤2、对于运行中的电压互感器，按如下方式调整消谐电阻Rx
(1)若开口三角电压U△为增加，且增幅不小于5％，调整消谐电阻Rx为不小于R100；继续监测开口三角电压为U△1，根据U△1调整消谐电阻Rx不小于R1；并有：
若U△1≤15V，R1＝(U△1+100)U△1/3KS；
反之，θ＝acrcos(U△1/100)，或是：
其中UMX1为此时监测获得的系统三相二次电压中的最大值；
(2)若开口三角电压U△为减小，且减幅不小于5％，监测开口三角电压为U△2，根据U△2调整消谐电阻Rx不小于R2；并有：
当U△2≤15V时，R2＝(U△2+100)U△2/3KS；
反之，θ＝acrcos(U△2/100)，或是：
UMX2为此时监测获得的系统三相二次电压中的最大值；
其中，K为电压互感器励磁特性电压倍数，S为电压互感器每相额定视在功率。
本发明电压互感器消谐电阻自动跟踪调整的方法的特点也在于：所述电压互感器开口三角电压U△是通过监测电压互感器开口三角的输出电流I而获得，U△＝IRx。
本发明电压互感器消谐电阻自动跟踪调整的方法的特点也在于：当电压互感器开口三角电压U△为零时，系统处于三相电压平衡，消谐电阻Rx取值为0；在所述系统处于三相电压平衡时，对于所述电压互感器开口三角输出电流I的变化进行监测，当所述输出电流I发生变化时，调整消谐电阻Rx为不小于R100,随后按步骤2所述方法进行调整。
本发明电压互感器消谐电阻自动跟踪调整的方法的特点也在于：对于K值和S值确定的电压互感器，开口三角电压U△按照0～100V分为若干区段，U△D为每个区段中的最大电压值，每个区段对应的消谐电阻Rx不小于RD；
对于U△≤15V的区段，RD＝(U△D+100)U△D/3KS；
反之，θ＝acrcos(U△D/100)。
本发明电压互感器消谐电阻自动跟踪调整的方法的特点也在于：所述系统三相二次电压可以通过对于所述电压互感器开口三角的每相绕组进行电压监测而获得，并且，前者是后者的根号3倍。
本发明电压互感器消谐电阻自动跟踪调整的方法的特点也在于：对于正常运行中不投入消谐电阻的电压互感器，当电压互感器开口三角电压监测值U△W达到或超过15V时，
调整消谐电阻Rx为不小于RW，
θ＝acrcos(U△W/100)。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明根除了电压互感器谐振，确保系统安全运行；
2、本发明中消谐电阻自动跟踪调整，消谐电阻全时段运行，实现主动消谐，不再被动地发生谐振后去判断；
3、本发明解决了系统三相不平衡时开口三角可控消谐电阻的如何调整问题；
4、本发明解决了系统发生单相接地时可控消谐电阻的如何调整问题；
5、本发明还解决了系统相间短路时可控消谐电阻的如何调整问题。
附图说明
图1单相接地故障θ<60°的电压矢量图；
图2单相接地故障θ>60°的电压矢量图；
图3单相接地故障θ＝60°的电压矢量图；
具体实施方式
本实施例中电压互感器消谐电阻自动跟踪调整的方法，其消谐电阻Rx跨接在电压互感器开口三角的两端，设置电压互感器开口三角电压U△的电压监测；或设置电压互感器开口三角电压U△以及系统三相二次电压的监测；电压互感器消谐电阻自动跟踪调整的方法是按如下步骤进行：
步骤1、设置消谐电阻Rx首次投入的取值为不小于R100，R100＝5773.5/KS；
在消谐电阻Rx投入后：
若U△≤15V，则消谐电阻Rx取值为不小于R0，R0＝(U△+100)U△/3KS；
反之，则消谐电阻Rx取值为不小于R，θ＝acrcos(U△/100)；或UMX为此时监测获得的系统三相二次电压中的最大值；
步骤2、对于运行中的电压互感器，按如下方式调整消谐电阻Rx
(1)若开口三角电压U△为增加，且增幅不小于5％，调整消谐电阻Rx为不小于R100；继续监测开口三角电压为U△1，根据U△1调整消谐电阻Rx不小于R1；并有：
若U△1≤15V，R1＝(U△1+100)U△1/3KS；
反之，θ＝acrcos(U△1/100)，或是：
其中UMX1为此时监测获得的系统三相二次电压中的最大值；
(2)若开口三角电压U△为减小，且减幅不小于5％，监测开口三角电压为U△2，根据U△2调整消谐电阻Rx不小于R2；并有：
当U△2≤15V时，R2＝(U△2+100)U△2/3KS；
反之，θ＝acrcos(U△2/100)，或是：
UMX2为此时监测获得的系统三相二次电压中的最大值；
其中，K为电压互感器励磁特性电压倍数，S为电压互感器每相额定视在功率。
具体实施中：
电压互感器开口三角电压U△也可以是通过监测电压互感器开口三角的输出电流I而获得，U△＝IRx。
当电压互感器开口三角电压U△为零时，系统处于三相电压平衡，消谐电阻Rx取值为0；在系统处于三相电压平衡时，对于电压互感器开口三角输出电流I的变化进行监测，当输出电流I发生变化时，调整消谐电阻Rx为不小于R100,随后按步骤2方法进行调整。
对于K值和S值确定的电压互感器，开口三角电压U△按照0～100V分为若干区段，U△D为每个区段中的最大电压值，每个区段对应的消谐电阻Rx不小于RD；
对于U△≤15V的区段，RD＝(U△D+100)U△D/3KS；
反之，θ＝acrcos(U△D/100)。
系统三相二次电压可以通过对于电压互感器开口三角的每相绕组进行电压监测而获得，并且，前者是后者的根号3倍。
此外，按本实施方法，对于正常运行中不投入消谐电阻的电压互感器，当电压互感器开口三角电压监测值U△W达到或超过15V时，调整消谐电阻Rx为不小于RW，
θ＝acrcos(U△W/100)。
在开口三角投入适当的电阻能100％消谐，目前微机消谐器的问题是：单相接地故障与很多工频谐振的特征完全一样，无法区分故障类型，无法投入电阻消谐，如果单相接地投入消谐电阻过小会造成开口三角绕组过载铁芯饱和引发新的谐振，并且单相接地本事也能引起谐振。以下讨论在三相不平衡、不对称故障(单相接地属不对称故障)情况下，如何自动跟踪调整可控消谐电阻。
一、单相接地情况下对于消谐电阻的自动跟踪调整
系统单相弧光接地故障时，一方面使开口三角有工频电压，很多谐振与单相接地故障特征一模一样，使微机消谐器对工频谐振无法判断而不能消谐；另一方面单相弧光接地持续间歇性的接地，反复冲击电压互感器又使电压互感器很容易谐振，此时现有技术的微机消谐器无法判断而不敢投入消谐电阻，直至发生事故。
如图1所示，以B相发生单相接地为例，Uam、Ubm、Ucm为开口三角三相的相电压，Ua、Ub、Uc为B相接地时开口三角三相对地二次电压，Uo为中性点对地电压为开口三角电压U△的三分之一，θ为零序电压Uo与B相相电压Ubm的夹角，B相接地A相对地电压Ua最大，A相的视在功率最大，只要确保开口三角中A相绕组不过载其它两相就不会过载开口三角电压U△通过监测得到，在直角三角形△OBG中：
θ＝acrcos(U△/100)(1)
当θ﹤60°时，如图1所示，在三角形△OAG中，OA和OG为已知，OA与OG的夹角为120°+θ，根据余弦定律，以AG的长度表征的Ua即为：
当θ﹥60°时，如图2所示，在三角形△OAG中，OA和OG已知，OA与OG的夹角为240°-θ，而240°-θ的余弦值等于120°+θ的余弦值，根据余弦定律，以AG的长度表征的Ua与式(2)相同。
当θ＝60°时，如图3所示，Ua＝50V，与通过式(2)计算的结果为相同。
令：R为消谐电阻，U△为开口三角电压，I为开口三角的电流，I＝U△/R，S为开口三角每相绕组的额定功率，Um为开口三角三相电压中最大相相电压。
由于常规电压互感器励磁特性是按照相额定电压的1.9倍设计，其1.9被称为电压互感器励磁特性电压倍数K，故过载能力很强可以达到其额定视在功率1.9倍也不会导致其因过载而铁芯饱和，对于抗饱和谐振的电压互感器这个倍数会更高如K＝2.5，对于B相单相接地时的A相电压最大值Um＝Ua，并有：
Um×I≦KS(3)
R≧UmU△/KS(4-1)
设Umx为系统三相二次电压最大相相电压，即电压互感器的三相二次侧电压，则有：
带入式(4-1)，有：
故有
因此，U△＝100V时的电阻R100为：
R100＝5773.5/KS(6)
对于A、C相单相接地可以类推。
二、三相不平衡的情况下对于消谐电阻的自动跟踪调整
当三相不平衡时，系统中性点会漂移，开口三角会有工频电压，国家标准没有规定中性点漂移电压的具体值，但是运行上经验一般不超过15V。
陈慈萱的《过电压保护原理与运行技术》在讲述电压互感器谐振中指出工频谐振谐振点不会落在线电压的三角形内，中性点距线电压最近的距离为相电压的二分之一，即：
Uo＝(100/3)/2，那么对应开口三角电压U△＝3Uo＝50V，也就是说开口三角电压U△小于50V的工频电压，绝对不是电压互感器谐振引起的。
当开口三角电压小于U△≦15V时，对应达到最大相的相电压为
(U△+100)/3(7)
因而，无故障时投入的消谐电阻RO为最小
RO＝(U△+100)U△/3KS(8)
三、相间短路的情况下对于消谐电阻的自动跟踪调整
两相短路、三相短路会被微机保护装置在700ms以内快速切除故障，无论开口三角设置什么阻值的电阻都不会在700ms以内引起电压互感器过载烧毁。
但是，最恶劣的两相异地经大电阻接地短路，虽然极少，可是因短路电流很小微机保护装置无法切除故障时会长时间存在，这种故障的特点是两相电压降低一相电压不变，没有任何一相升高，故式(4)、式(5)和式(8)都是按照大于相电压调整消谐电阻，显然，按本发明方法，这种恶劣的相间短路故障的发生不会使电压互感器过载，就是说对于使用本发明方法，相间短路故障不会影响自动跟踪调整消谐电阻的阻值的调整。
实施例1
已知电压互感器励磁特性电压倍数K＝1.9，功率S＝30VA，系统三相电压不平衡形成的开口三角电压U△＝7V，自动跟踪开口三角电压调整消谐电阻。
根据式(6)和式(8)
R100＝5773.5/KS＝101欧姆
RO＝(7+100)×7/3KS＝4.4欧姆
当系统正常运行时，开口三角电压为7V，此时在开口三角投入消谐电阻Rx为7欧姆，其值>4.4欧姆，当某一时刻开口三角电压突然增大，且增幅大于5％，系统发生单相弧光接地，立刻将消谐电阻Rx调整为150欧姆，其值大于101欧姆，继续监测开口三角电压为75V，根据式(5)计算得出R75＝75.76欧姆，将消谐电阻Rx调整到80欧姆，其值大于75.76欧姆，故障发生后1.20个小时的时候，开口三角电压恢复到7V，将消谐电阻Rx重新调整为7欧姆。
实施例2
已知1.9倍相电压的电压互感K＝1.9，功率S＝50VA，系统三相电压不平衡形成的开口三角电压U△＝0V，自动跟踪开口三角电压、开口三角各绕组电压调整消谐电阻Rx。
根据式(6)和式(8)
R100＝5773.5/KS＝60.77欧姆
RO＝0欧姆
当系统正常运行时，开口三角电压为0V，此时在开口三角投入消谐电阻Rx为5欧姆，其值大于0欧姆，当某一时刻开口三角电压突然增大，且增幅大于5％，系统发生单相弧光接地，立刻将消谐电阻Rx调整为100欧姆，其值大于60.77欧姆，继续监测开口三角电压为35V，其中三相绕组中A相电压最大Ua＝45V，根据式(4-1)或(4-2)计算获得R35为16.6欧姆，然后将消谐电阻Rx调整到20欧姆，其值大于16.5欧姆，故障发生后20分钟时，开口三角电压突然增大，立刻将消谐电阻Rx调整为100欧姆，其值大于60.77欧姆，继续监测开口三角电压为80V，其中三相绕组中A相电压最大Ua＝59V，根据式(4-1)或(4-2)计算得出R80为49.7欧姆，然后将消谐电阻Rx调整到60欧姆，其值大于49.7欧姆，又过半个小时，开口三角电压减小到0V，此时，将消谐电阻Rx调整为5欧姆，其值大于0欧姆。
实施例3
已知2.5倍相电压的电压互感器K＝2.5，功率S＝50VA，系统三相电压不平衡形成的开口三角电压U△＝5V，自动跟踪开口三角电压调整可控消谐电阻。
根据式(6)和式(8)
R100＝5773.5/KS＝46.2欧姆
RO＝(5+100)×5/3KS＝1.4欧姆
当系统正常运行时，开口三角电压为5V，此时在开口三角投入消谐电阻Rx为5欧姆，其值大于1.4欧姆，当某一时刻开口三角电压突然增大，且增幅超过5％，系统发生单相弧光接地，随之将消谐电阻Rx调整为60欧姆，其值大于46.2欧姆，继续监测开口三角电压为75V，根据式(5)计算得出R75＝34.6欧姆，然后将消谐电阻Rx调整到50欧姆，其值大于34.6欧姆，故障发生后1小时20分时，开口三角电压恢复到5V，将消谐电阻Rx调整为5欧姆。

Claims (5)

1.电压互感器消谐电阻自动跟踪调整的方法，所述消谐电阻Rx跨接在电压互感器开口三角的两端，其特征是：设置电压互感器开口三角电压U△的电压监测；或设置电压互感器开口三角电压U△以及系统三相二次电压的监测；所述电压互感器消谐电阻自动跟踪调整的方法是按如下步骤进行：
步骤1、设置消谐电阻Rx首次投入的取值为不小于R100，R100＝5773.5/KS；
在消谐电阻Rx投入后：
若U△≤15V，则消谐电阻Rx取值为不小于R0，R0＝(U△+100)U△/3KS；
反之，则消谐电阻Rx取值为不小于R，θ＝acrcos(U△/100)；或UMX为此时监测获得的系统三相二次电压中的最大值；
步骤2、对于运行中的电压互感器，按如下方式调整消谐电阻Rx
(1)若开口三角电压U△为增加，且增幅不小于5％，调整消谐电阻Rx为不小于R100；继续监测开口三角电压为U△1，根据U△1调整消谐电阻Rx不小于R1；并有：
若U△1≤15V，R1＝(U△1+100)U△1/3KS；
反之，θ＝acrcos(U△1/100)，或是：
其中UMX1为此时监测获得的系统三相二次电压中的最大值；
(2)若开口三角电压U△为减小，且减幅不小于5％，监测开口三角电压为U△2，根据U△2调整消谐电阻Rx不小于R2；并有：
当U△2≤15V时，R2＝(U△2+100)U△2/3KS；
反之，θ＝acrcos(U△2/100)，或是：
UMX2为此时监测获得的系统三相二次电压中的最大值；
其中，K为电压互感器励磁特性电压倍数，S为电压互感器每相额定视在功率。
2.根据权利要求1所述的电压互感器消谐电阻自动跟踪调整的方法，其特征是：所述电压互感器开口三角电压U△是通过监测电压互感器开口三角的输出电流I而获得，U△＝IRx。
3.根据权利要求1或2所述的电压互感器消谐电阻自动跟踪调整的方法，其特征是：当电压互感器开口三角电压U△为零时，系统处于三相电压平衡，消谐电阻Rx取值为0；在所述系统处于三相电压平衡时，对于所述电压互感器开口三角输出电流I的变化进行监测，当所述输出电流I发生变化时，调整消谐电阻Rx为不小于R100,随后按步骤2所述方法进行调整。
4.根据权利要求1所述的电压互感器消谐电阻自动跟踪调整的方法，其特征是：对于K值和S值确定的电压互感器，开口三角电压U△按照0～100V分为若干区段，U△D为每个区段中的最大电压值，每个区段对应的消谐电阻Rx不小于RD；
对于U△≤15V的区段，RD＝(U△D+100)U△D/3KS；
反之，θ＝acrcos(U△D/100)。
5.根据权利要求1所述的电压互感器消谐电阻自动跟踪调整的方法，其特征是：所述系统三相二次电压可以通过对于所述电压互感器开口三角的每相绕组进行电压监测而获得，并且，前者是后者的根号3倍。
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