CN106443145B - 配电网中性点经ZnO非线性电阻接地抑制铁磁谐振的方法 - Google Patents

配电网中性点经ZnO非线性电阻接地抑制铁磁谐振的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种配电网中性点经ZnO非线性电阻接地抑制铁磁谐振的方法，包括以下步骤：根据配电网中性点不接地系统的系统特性，获取待接入ZnO非线性电阻的拐点电压以及与其对应的电流值、直流参考电压U1mA、以及残压Ur，拟合能够抑制配电网中性点不接地系统中铁磁谐振过电压的非线性电阻伏安特性；根据能够抑制配电网中性点不接地系统中铁磁谐振过电压的非线性电阻伏安特性制备待接入ZnO非线性电阻，再通过接地变压器将配电网中性点不接地系统的中性点引出，然后将待接入ZnO非线性电阻接入到接地变压器上，从而消除配电网中性点不接地系统中的铁磁谐振过电压，该方法能够准确的抑制配电网中性点不接地系统的铁磁谐振。

Description

配电网中性点经ZnO非线性电阻接地抑制铁磁谐振的方法
技术领域
本发明属于电力系统过电压领域，涉及一种配电网中性点经ZnO非线性电阻接地抑制铁磁谐振的方法。
背景技术
随着城市配电网的发展，电缆逐渐增多，系统的对地电容显著增大，导致电磁式电压互感器饱和引起的铁磁谐振过电压频繁发生，严重影响着电力系统的安全稳定运行。
铁磁谐振现象是由铁芯的磁饱和效应导致铁芯电感非线性变化引起的，尤其是在配电网中性点不接地系统中。谐振过程产生稳定持续的过电流和过电压，往往会造成互感器等设备的严重事故，甚至造成人身伤亡，随着生活水平的提高，我国用电量逐渐增加，对电网的安全稳定运行有了更高的要求，因此，寻找可靠稳定的消谐措施显得尤为重要。
目前，国内外学者提出了多种抑制铁磁谐振过电压的方法。例如1)现有工程中使用的消谐器，即在PT的一次侧添加SiC非线性电阻；2)通过改变系统的接地方式来抑制铁磁谐振过电压，包括中性点经消弧线圈接地、中性点经小电阻接地等；3)其它方法，包括采用电子式电压互感器、PT二次侧或开口三角侧添加电阻等。但是，第1)类方法由于非线性电阻的接入会使测得的对地电压及开口三角侧电压不够准确，影响系统相关数据的计量和保护的动作；第2)类方法中消弧线圈的补偿控制方面较难把握，小电阻方式中跳闸率较高且电阻容易发热，要求电阻具有良好的通流容量；第3)类方法在实际电网中的应用还不是很成熟，仍然出现多次事故，离实用还有一定距离。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种配电网中性点经ZnO非线性电阻接地抑制铁磁谐振的方法，该方法能够准确的抑制配电网中性点不接地系统的铁磁谐振。
为达到上述目的，本发明所述的配电网中性点经ZnO非线性电阻接地抑制铁磁谐振的方法包括以下步骤：
1)获取配电网中性点不接地系统的电压值，当配电网中性点不接地系统的电压值大于等于预设电压值时，则计算配电网中性点不接地系统中电磁式电压互感器的磁通量及电流值I流，得中性点不接地系统中电磁式电压互感器的电感值L，然后根据中性点不接地系统中电磁式电压互感器的电感值L利用工频铁磁谐振原理得待接入ZnO非线性电阻的拐点电压；
2)根据待接入ZnO非线性电阻的拐点电压及待接入ZnO非线性电阻的尺寸计算待接入ZnO非线性电阻的拐点电压对应的电流值；
3)建立配电网中性点不接地系统的状态方程，并构建配电网中性点不接地系统不发生谐振的条件，然后根据配电网中性点不接地系统的状态方程及不发生谐振的条件计算配电网中性点不接地系统的电流为1mA时待接入ZnO非线性电阻的直流参考电压U1mA；
4)计算待接入ZnO非线性电阻的残压比，得待接入ZnO非线性电阻的残压Ur；
5)根据步骤2)得到的待接入ZnO非线性电阻的拐点电压以及与其对应的电流值、步骤3)得到的待接入ZnO非线性电阻的直流参考电压U1mA、以及步骤4)得到的待接入ZnO非线性电阻的残压Ur拟合能够抑制配电网中性点不接地系统中铁磁谐振过电压的非线性电阻伏安特性；
6)根据能够抑制配电网中性点不接地系统中铁磁谐振过电压的非线性电阻伏安特性制备待接入ZnO非线性电阻，再通过接地变压器将配电网中性点不接地系统的中性点引出，然后将待接入ZnO非线性电阻接入到接地变压器上，从而消除配电网中性点不接地系统中的铁磁谐振过电压。
待接入ZnO非线性电阻的拐点电压对应的电流值I拐的表达式为：
I拐＝1mA/cm2×Scm2
其中，S为ZnO非线性电阻的截面积。
待接入ZnO非线性电阻的残压Ur的表达式为：
Ur＝k×U1mA
其中，k为待接入ZnO非线性电阻的残压比。
中性点不接地系统中电磁式电压互感器的电感值L的表达式为：
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的配电网中性点经ZnO非线性电阻接地抑制铁磁谐振的方法在具体操作时，根据配电网中性点不接地系统的系统特点，计算待接入ZnO非线性电阻的拐点电压以及与其对应的电流值、直流参考电压U1mA及残压Ur，然后拟合得到能够抑制配电网中性点不接地系统中铁磁谐振过电压的非线性电阻伏安特性，再制备该ZnO非线性电阻，并将该ZnO非线性电阻接入到配电网的中性点上，从而快速、准确的消除配电网中性点不接地系统中的铁磁谐振过电压。本发明与现有的抑制磁铁谐振过电压的方法相比，可以快速、有效的恢复系统配电网中性点的电压，使系统快速恢复正常，需要说明的是，本发明以铁磁谐振过电压的发生机理为理论基础，更易于实现。
附图说明
图1为实施例一中电网中性点不接地系统的电路原理图；
图2为实施例一中步骤2)的流程图；
图3为实施例一中系统谐振简化图；
图4为实施例一中投入ZnO非线性电阻之后的仿真结果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明所述的配电网中性点经ZnO非线性电阻接地抑制铁磁谐振的方法包括以下步骤：
1)获取配电网中性点不接地系统的电压值，当配电网中性点不接地系统的电压值大于等于预设电压值时，则计算配电网中性点不接地系统中电磁式电压互感器的磁通量及电流值I流，得中性点不接地系统中电磁式电压互感器的电感值L，然后根据中性点不接地系统中电磁式电压互感器的电感值L利用工频铁磁谐振原理得待接入ZnO非线性电阻的拐点电压；
2)根据待接入ZnO非线性电阻的拐点电压及待接入ZnO非线性电阻的尺寸计算待接入ZnO非线性电阻的拐点电压对应的电流值；
3)建立配电网中性点不接地系统的状态方程，并构建配电网中性点不接地系统不发生谐振的条件，然后根据配电网中性点不接地系统的状态方程及不发生谐振的条件计算配电网中性点不接地系统的电流为1mA时待接入ZnO非线性电阻的直流参考电压U1mA；
4)计算待接入ZnO非线性电阻的残压比，得待接入ZnO非线性电阻的残压Ur；
5)根据步骤2)得到的待接入ZnO非线性电阻的拐点电压以及与其对应的电流值、步骤3)得到的待接入ZnO非线性电阻的直流参考电压U1mA、以及步骤4)得到的待接入ZnO非线性电阻的残压Ur拟合能够抑制配电网中性点不接地系统中铁磁谐振过电压的非线性电阻伏安特性；
6)根据能够抑制配电网中性点不接地系统中铁磁谐振过电压的非线性电阻伏安特性制备待接入ZnO非线性电阻，再通过接地变压器将配电网中性点不接地系统的中性点引出，然后将待接入ZnO非线性电阻接入到接地变压器上，从而消除配电网中性点不接地系统中的铁磁谐振过电压。
待接入ZnO非线性电阻的拐点电压对应的电流值I拐的表达式为：
I拐＝1mA/cm2×Scm2
其中，S为ZnO非线性电阻的截面积。
待接入ZnO非线性电阻的残压Ur的表达式为：
Ur＝k×U1mA
其中，k为待接入ZnO非线性电阻的残压比。
中性点不接地系统中电磁式电压互感器的电感值L的表达式为：
实施例一
参考图1，电网中性点不接地系统如图1所示，电源为110kV，变压器为110/10kV，在10kV母线上连接电缆及输电线路，同时，母线上接有电磁式电压互感器(PT)，ZnO非线性电通过接地变压器接入到系统的中性点上。
本发明的具体操作为：
1)获取中性点不接地系统的电压值，当中性点不接地系统的电压值大于预设电压值10.97kV时，则计算中性点不接地系统的电压对应的电流值I及磁通量并计算的电感值L，其中 I＝0.01432。
根据工频铁磁谐振原理分析得到中性点不接地系统的电压的表达式假设条件为B相及C相饱和，A相不饱和，设LA为3448H，PT的铁芯饱和，电感迅速下降，设LB及LC为2000H，计算得到系统谐振时中性点的电压值为了消除谐振，ZnO非线性电阻在该电压值下开始动作，即为ZnO非线性电阻的拐点电压；
2)参考图2，根据ZnO非线性电阻的拐点电压及ZnO非线性电阻的尺寸计算ZnO非线性电阻的拐点电压对应的电流值I；
针对10kV系统经过查阅相关资料，其尺寸大小一般为φ115×22.5mm，拐点电压是指电流密度为1mA/cm2时的电压，计算ZnO非线性的电阻的截面积S＝πr2＝3.14×5.72＝102cm2，得到拐点电压相对应的电流值I拐为：
I拐＝1mA/cm2×102cm2＝102mA
因此，ZnO非线性电阻的拐点值为(6.143kV,102mA)；
3)根据系统谐振简化图如图3所示，R1为电磁式电压互感器PT的直流电阻，R2为系统中性点所添加的ZnO非线性电阻，根据图3中的参考方向，得电路的状态方程为：
4)根据冻结系数法的唯一稳定判据原理得到该系统不发生谐振的条件为：
其中，KL(t)为PT励磁曲线饱和前线性段的斜率。
该系统相关参数为U＝10kV,C＝12.98uF,R2＝2283Ω,KL＝1.973×10-4，计算得到R1<3.996MΩ，因此电流为1mA下的直流参考电压值为3.996kV；
5)ZnO非线性电阻的残压比选取为1.9，再根据步骤4)得到的ZnO非线性电阻的直流参考电压U1mA计算为ZnO非线性电阻的残压Ur，残压比的表达式为K＝Ur/U1mA，其中，
Ur＝k×U1mA＝1.9×3.966＝7.5354kV
6)得到能够抑制配电网中铁磁谐振过电压的ZnO非线性电阻的三个特殊点，其数值如下表1所示：
表1
电压(kV) 3.966 6.143 7.5374
电流 1mA 102mA 1kA
ZnO非线性电阻的一般表达式为U＝AIα(0<α<1)，利用Origin 8.0软件对表1中的数据进行拟合，得到ZnO非线性电阻伏安特性的表达式：
U＝5945I0.0386
7)在母线上添加接地变压器将系统的中性点引出，将步骤6)所得到的Zn0非线性电阻添加在中性点上，消除系统的铁磁谐振过电压，仿真结果如图4所示。

Claims (4)

1.一种配电网中性点经ZnO非线性电阻接地抑制铁磁谐振的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)获取配电网中性点不接地系统的电压值，当配电网中性点不接地系统的电压值大于等于预设电压值10.97kV时，则计算配电网中性点不接地系统中电磁式电压互感器的磁通量及电流值I流，得中性点不接地系统中电磁式电压互感器的电感值L，然后根据中性点不接地系统中电磁式电压互感器的电感值L利用工频铁磁谐振原理得待接入ZnO非线性电阻的拐点电压；
2)根据待接入ZnO非线性电阻的拐点电压及待接入ZnO非线性电阻的尺寸计算待接入ZnO非线性电阻的拐点电压对应的电流值；
3)建立配电网中性点不接地系统的状态方程，并构建配电网中性点不接地系统不发生谐振的条件，然后根据配电网中性点不接地系统的状态方程及不发生谐振的条件计算配电网中性点不接地系统的电流为1mA时待接入ZnO非线性电阻的直流参考电压U1mA；
4)计算待接入ZnO非线性电阻的残压比，得待接入ZnO非线性电阻的残压Ur；
5)根据步骤2)得到的待接入ZnO非线性电阻的拐点电压以及与其对应的电流值、步骤3)得到的待接入ZnO非线性电阻的直流参考电压U1mA、以及步骤4)得到的待接入ZnO非线性电阻的残压Ur拟合能够抑制配电网中性点不接地系统中铁磁谐振过电压的非线性电阻伏安特性；
6)根据能够抑制配电网中性点不接地系统中铁磁谐振过电压的非线性电阻伏安特性制备待接入ZnO非线性电阻，再通过接地变压器将配电网中性点不接地系统的中性点引出，然后将待接入ZnO非线性电阻接入到接地变压器上，从而消除配电网中性点不接地系统中的铁磁谐振过电压。
2.根据权利要求1所述的配电网中性点经ZnO非线性电阻接地抑制铁磁谐振的方法，其特征在于，待接入ZnO非线性电阻的拐点电压对应的电流值I拐的表达式为：
I拐＝1mA/cm2×Scm2
其中，S为ZnO非线性电阻的截面积。
3.根据权利要求1所述的配电网中性点经ZnO非线性电阻接地抑制铁磁谐振的方法，其特征在于，待接入ZnO非线性电阻的残压Ur的表达式为：
Ur＝k×U1mA
其中，k为待接入ZnO非线性电阻的残压比。
4.根据权利要求1所述的配电网中性点经ZnO非线性电阻接地抑制铁磁谐振的方法，其特征在于，中性点不接地系统中电磁式电压互感器的电感值L的表达式为：
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