CN105158546A - 中性点外加可调电抗的配电网电容电流测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中性点外加可调电抗的配电网电容电流测量方法，其特征是：在主变压器中性点与地之间设置一路测量电路，测量电路是由一电流表、一个可调电抗器、一个固定限压电阻串联连接构成；测量方法是：调节可调电抗器的电感大小，测录中性点与地之间的中性点电流幅值和相角，利用阻抗三角形原理，计算获得配网线路对地电容和电容电流。本发明方法测量精度高、无需重复接线、可靠性高、操作简单，对于平衡度不高的系统也能保证较高的测量精度。

Description

中性点外加可调电抗的配电网电容电流测量方法

技术领域

本发明涉及一种配电网电容电流的测量方法，更具体地说是一种中性点外加可调电抗的配电网电容电流测量方法。

背景技术

随着电力系统配电网络的不断发展，尤其是电缆线路的大量投运，线路对地电容电流不断增大，导致配网线路的单相接地故障电流急剧增大，接地电弧难以自熄灭，进而引发相间短路故障。目前，国内大部分10kV和35kV电网通过安装消弧线圈来补偿电容电流，起到了良好的运行效果。配网电容电流的准确测量是消弧线圈合理补偿的前提，消弧线圈安装与否以及安装容量的大小，取决于电容电流测量值的大小。

目前，配电网电容电流测量方法主要有中性点外加电容法、偏置电容法、人工中性点法、二次信号注入法等方法，这些方法各自在不同的方面存在着不同的问题，包括：

中性点外加电容法适用于主变压器被测量侧中性点有套管引出网络的电容电流测量，该方法在变压器的中性点外接一定电容量的电容器，通过测量中性点的不平衡电压和位移电压，计算得到系统的对地电容和电容电流。该方法中外加的电容若不合适，会导致中性点电压变化不大，带来较大的测量误差。

偏置电容法适用于主变压器被测系统侧没有中性点引出的系统，常用于35kV网络。该方法在任一相对地之间附加一外接电容，通过测量外接电容接入前后三相对地相电压偏移，获取系统的对地电容和电容电流。该方法中加入较大的电容会造成非偏置相电压升高，使电网的绝缘薄弱处容易发生短路等故障。

人工中性点法适用于主变压器被测系统侧没有中性点引出的系统，常用于10kV网络。该方法也是在任一相对地之间附加一外接电容，使得三相对地电压产生偏移。同时，在线路与地之间接入了一组三相电容量基本一致的星形电容器组，形成了一人工中性点来测量系统的中性点位移电压。通过测量人工中性点的不平衡电压，计算得到系统的对地电容和电容电流。该方法对人工电容器组的平衡度要求较高，当人工电容器组有微小的不对称时，就会产生较大的测量误差，甚至会出现负数开根号的情况。

二次信号注入法近些年来提出的电容电流测量新方法，尤其适用于不平衡度较小的中低压配电网络。该方法是从电压互感器二次侧开口三角注入异频零序电流信号，通过测量二次零序电压和零序电流的幅值、相位关系，求解线路的对地电容值。该方法中注入信号的频率、幅值选取对测量结果的准确度会产生较大影响。

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，提供一种中性点外加可调电抗的配电网电容电流测量方法，通过在中性点外加可调电抗，利用阻抗三角形原理，方便、可靠、高精度地测量配网线路对地电容和电容电流。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明中性点外加可调电抗的配电网电容电流测量方法，其特点在于：在主变压器中性点与地之间设置一路测量电路，所述测量电路是由一电流表、一个可调电抗器、一个固定限压电阻串联连接构成；所述测量方法是：调节可调电抗器的电感大小，测录中性点与地之间的中性点电流幅值和相角，利用阻抗三角形原理，计算获得配网线路对地电容和电容电流。

本发明中性点外加可调电抗的配电网电容电流测量方法，其特点也在于：

所述可调电抗器为无级连续调节的型式，或为级差离散调节的型式。

设置所述固定限压电阻的阻值，以避免形成串联谐振过电压。

令：Z₁为可调电抗器调节前的电路总阻抗，Z₂为可调电抗器调节后的电路总阻抗，为Z₁的阻抗角，θ为Z₁和Z₂的阻抗角之差；L₁为可调电抗器调节前的电感值，L₂为可调电抗器调节后的电感值，I₀₁为可调电抗器调节前的中性点电流，I₀₂为可调电抗器调节后的中性点电流，ω为工频角频率，U_φ为电网额定相电压；

由式(1)计算获得配网线路对地电容C为：

$C={\mathrm{\ω}}^{-1}{\[{\mathrm{\ωL}}_1+\frac{R(I_{02}-I_{01}cos\mathrm{\θ})}{I_{01}sin\mathrm{\θ}}\]}^{-1}---\left(1\right)$

由式(2)计算获得电容电流I_C为：

I_C＝ωCU_φ(2)。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

本发明通过在配网中性点与地之间外加一个可调电抗器和一个固定限压电阻，只需调节一次可调电抗器的电感大小，测录中性点与地之间的中性点电流幅值和相角，即可计算出配网线路对地电容和电容电流。本发明无需重复接线，调节电感操作简单，尤其对于平衡度不高的系统也能保证较高的测量精度

附图说明

图1为本发明测量接线图；

图2为本发明电容电流测量等效电路图；

图3为本发明中用以计算对地电容的阻抗三角形原理图；

图4为本发明具体实施例仿真模型图。

图中标号：1主变压器被测系统侧绕组，2主变压器中性点，3三相线路对地电容，4电流表，5可调电抗器，6固定限压电阻,7电压测量模块，8示波器模块。

具体实施方式

参见图1和图2，本实施例中性点外加可调电抗的配电网电容电流测量方法是：针对主变压器被测系统侧绕组1，在主变压器中性点2与地之间设置一路测量电路，所述测量电路是由一电流表4、一个可调电抗器5、一个固定限压电阻6串联连接构成；所述测量方法是：调节可调电抗器5的电感大小，测录中性点2与地之间的中性点电流幅值和相角，利用阻抗三角形原理，计算获得配网线路对地电容和电容电流。

具体实施中，所述可调电抗器5为无级连续调节的型式，或为级差离散调节的型式，设置所述固定限压电阻6的阻值，以避免形成串联谐振过电压。

令U₀为中性点不对称电压，I₀为中性点电流，L为可调电抗器5，R为固定限压电阻6，C为三相对地电容总和，本实施例中电容电流测量等效电路如图2所示。

参见图3，Z₁为可调电抗器调节前的电路总阻抗，Z₂为可调电抗器调节后的电路总阻抗，为Z₁的阻抗角，θ为Z₁和Z₂的阻抗角之差；L₁为可调电抗器调节前的电感值，L₂为可调电抗器调节后的电感值，X_C为三相对地电容电抗值，X_L1为可调电抗器调节前的电抗值，X_L2为可调电抗器调节后的电抗值，I₀₁为可调电抗器调节前的中性点电流，I₀₂为可调电抗器调节后的中性点电流，ω为工频角频率，U_φ为电网额定相电压。

根据阻抗三角形原理，可以得到如下关系：

又有：

Z₁＝U₀/I₀₁，Z₂＝U₀/I₀₂(4)

将式(4)代入式(3)中可以得到：

根据图形关系有：

将式(5)代入式(6)中，并反解出对地电容C：

$C={\mathrm{\ω}}^{-1}{\[{\mathrm{\ωL}}_1+\frac{R(I_{02}-I_{01}cos\mathrm{\θ})}{I_{01}sin\mathrm{\θ}}\]}^{-1}---\left(1\right)$

进而电容电流为：

I_C＝ωCU_φ(2)。

本实施例接线一次完成，不需重复接线测取其它参量，只需调节一次可调电抗器5的电感大小，即可完成对地电容和电容电流的测量。尤其，对于平衡度不高的系统也能保证较高的测量精度。

以下给出仿真算例，在Matlab/Simulink中搭建仿真模型，如图4所示。包括：Matlab/Simulink仿真软件中的电压测量模块7和示波器模块8，电压测量模块7和示波器模块8是为了测录和读取中性点电流I₀的幅值和相位角。

图4所示的系统仿真参数为：系统线电压为10kV，设A相电压初相角为0°，三相线路对地电容3采用集中电容进行模拟，分别为C_A＝10.3μF，C_B＝10.1μF，C_C＝10.5μF，三相电容之和C＝30.9μF，限压电阻R＝1kΩ。可调电抗器L采用无级连续调节，可调电抗器L的调节范围为0.2H～1.0H。

调节可调电抗器L的大小，测取记录电抗器调节前后中性点电流I₀的幅值和相角差，根据式(1)计算得到系统的对地电容。挑选若干档位进行测量，表1给出了电抗器在各个档位时，仿真得到的中性点电流I₀的电流幅值和相角。

表1电抗器下各档位下的中性点电流幅值和相角

选择电感最小的档位1作为初始电感，表2给出了选择不同的档位组合计算出的对地电容值。

表2不同档位组合下计算出的电容值

上述仿真结果中，6次计算得到的对地电容值测量误差，均在10％以内，有效验证了本发明所述方法的有效性，并且表明该方法具有较高的测量精度。

Claims (4)

1.一种中性点外加可调电抗的配电网电容电流测量方法，其特征是：在主变压器中性点(2)与地之间设置一路测量电路，所述测量电路是由一电流表(4)、一个可调电抗器(5)、一个固定限压电阻(6)串联连接构成；所述测量方法是：调节可调电抗器(5)的电感大小，测录中性点(2)与地之间的中性点电流幅值和相角，利用阻抗三角形原理，计算获得配网线路对地电容和电容电流。

2.根据权利要求1所述的中性点外加可调电抗的配电网电容电流测量方法，其特征是：所述可调电抗器(5)为无级连续调节的型式，或为级差离散调节的型式。

3.根据权利要求1所述的中性点外加可调电抗的配电网电容电流测量方法，其特征是：设置所述固定限压电阻(6)的阻值，以避免形成串联谐振过电压。

4.根据权利要求1所述的中性点外加可调电抗的配电网电容电流测量方法，其特征是：令：Z₁为可调电抗器调节前的电路总阻抗，Z₂为可调电抗器调节后的电路总阻抗，为Z₁的阻抗角，θ为Z₁和Z₂的阻抗角之差；L₁为可调电抗器调节前的电感值，L₂为可调电抗器调节后的电感值，I₀₁为可调电抗器调节前的中性点电流，I₀₂为可调电抗器调节后的中性点电流，ω为工频角频率，U_φ为电网额定相电压；

由式(1)计算获得配网线路对地电容C为：

$C={\mathrm{\ω}}^{-1}{\[{\mathrm{\ωL}}_1+\frac{R(I_{02}-I_{01}cos\mathrm{\θ})}{I_{01}sin\mathrm{\θ}}\]}^{-1}---\left(1\right)$

由式(2)计算获得电容电流I_C为：

I_C＝ωCU_φ(2)。