CN107069690B - 消弧线圈接地补偿装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种消弧线圈接地补偿装置，属于配电系统接地消弧补偿装置技术领域。包括与消弧线圈并联的中性点接地开关，消弧线圈上连接有控制消弧线圈是否接地的智能开关，在系统正常运行时中性点接地开关和智能开关处于断开状态，消弧线圈不接地；当需要测量系统对地电容容抗时，中性点接地开关短时闭合，系统发生单相接地或谐振导致中性点电压升高过限时，智能开关自动闭合将消弧线圈接地，在中性点电压低于限值时智能开关自动断开，消弧线圈恢复不接地。本发明实现了即时、快速输出补偿电流和中性点位移电压低的优点，取消了阻尼电阻，减小装置体积，节省造价，避免了发热及损耗。

Description

消弧线圈接地补偿装置
技术领域
本发明涉及一种消弧线圈接地补偿装置，属于配电系统接地消弧补偿装置技术领域。
背景技术
在小接地电流的电网系统中，消弧线圈的作用是当电网出现单相接地故障时，消弧线圈提供的电感电流与故障点流过的系统对地电容电流相位相差180度，相互补偿，使得故障点电流降至弧光自熄电流以下，达到灭弧的目的，防止事故进一步扩大，维护了系统的安全运行。
常规预调式自动调谐消弧线圈多数采用在系统正常运行中通过调节消弧线圈电感引起的中性点位移电压与流过消弧线圈的电流的变化计算系统对地电容电流，然后调节消弧线圈感抗使其与系统对地电容容抗相近，以便在系统发生单相接地时补偿接地电容电流，使接地点残流小于弧光自熄电流。因而正常运行时消弧线圈与系统对地电容处于接近串联谐振状态，会导致中性点位移电压升高。所以，预调式消弧线圈通常采用串接阻尼电阻的方式来降低中性点位移电压。为避免在系统接地时影响消弧线圈输出电流以及防止阻尼电阻发热烧毁，需在阻尼电阻两端并联开关或可控硅，在系统接地时短接阻尼电阻。
如系统固有的不平衡电压过高，预调式消弧线圈投入后会使中性点位移电压进一步升高，造成系统三相电压严重不平衡，影响系统正常运行。
随调式消弧线圈是采用在正常运行中调节消弧线圈感抗使其远离谐振点，在系统接地后再迅速调节消弧线圈感抗、使其接近系统容抗的方式来避免中性点位移电压升高，但由于这种调节方式是接地后调节，消弧线圈不能及时输出补偿电流，电流输出慢导致接地起始瞬间补偿不到位，接地点电流过大，补偿效果差，易引发弧光过电压等事故。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种消弧线圈接地补偿装置，既可即时、快速输出补偿电流，又克服了预调式消弧线圈运行中中性点电压升高和随调式消弧线圈电流输出慢、补偿效果差的问题，同时还取消了阻尼电阻，使得装置体积减小，节省造价，并避免了阻尼电阻带来的发热及损耗，特别适用于配电系统不平衡电压较高的场合。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种消弧线圈接地补偿装置，包括与中性点连接的消弧线圈XL(中性点可以通过接地变压器引出或者为系统变压器中性点)，消弧线圈XL上连接有控制消弧线圈XL是否接入的智能开关，当配电系统正常运行时智能开关处于断开状态；当配电系统因单相接地或铁磁谐振引起的中性点电压U0升高超过限值后，智能开关自动闭合将消弧线圈XL接地；当中性点电压U0降低到限值以下时，智能开关自动断开，消弧线圈XL恢复到不接地状态。
本发明技术方案的进一步改进在于：智能开关包括智能开关组KZ、与中性点连接且与消弧线圈XL和智能开关组KZ并联设置的中性点接地开关KD，智能开关组KZ和中性点接地开关KD接地；智能开关组KZ和中性点接地开关KD上连接有实时监测中性点电压U0、系统不平衡电压E0和中性点接地开关KD回路电流I0的控制电路，控制电路在采集完成系统不平衡电压E0后，控制中性点接地开关KD短暂闭合以测量回路电流I0，然后断开中性点接地开关KD；当中性点电压U0超过限值后，智能开关组KZ自动闭合，当故障消失中性点电压U0降低到限值以下时，智能开关组KZ自动断开。
本发明技术方案的进一步改进在于：控制电路包括与中性点接地开关KD连接的用于测得系统不平衡电压E0和中性点电压U0的控制装置、与中性点接地开关KD连接的用于检测中性点接地开关KD回路电流I0的电流互感器LH1，电流互感器LH1接地且与控制装置连接。中性点接地开关KD的作用是在电网系统正常运行中测量、计算系统对地电容容抗和电容电流，即：中性点接地开关KD在断开状态下，控制装置通过其自带的中性点电压互感器或母线电压互感器可测得系统不平衡电压E0，然后自动控制装置控制中性点接地开关KD闭合并通过电流互感器LH1测得中性点接地电流I0，用公式求得系统对地电容容抗。
本发明技术方案的进一步改进在于：智能开关组KZ的接地线路上还设置有用于检测消弧线圈XL电流的电流互感器，电流互感器接地并与控制装置连接，中性点还可以连接用于测量中性点电压U0的电压互感器T1，电压互感器T1与控制装置连接(中性点电压U0也可以来自系统侧电压互感器)。
本发明技术方案的进一步改进在于：中性点接地开关KD为经自耦、双圈或多圈线圈耦合的二次开关KP，电流互感器LH1与二次开关KP的线圈的主绕组或副绕组串联。主绕组为中性点接地开关KD的主电气接点，副绕组接二次开关KP。
本发明技术方案的进一步改进在于：经耦合而成的线圈为变压器、互感器或电抗器。
本发明技术方案的进一步改进在于：中性点接地开关KD通过串接限流装置XR接地，限流装置XR主要用于防止在中性点接地开关KD闭合的同时突发的单相接地引起的电流过大的问题；当中性点接地开关KD为二次开关KP时，二次开关KP的耦合线圈的主绕组或副绕组通过串接限流装置XR接地，耦合线圈主绕组串接限流装置XR作为接地开关KD的主电气接点，副绕组接二次开关KP；或者耦合线圈主绕组为中性点接地开关KD的主电气接点，副绕组串接限流装置XR接二次开关KP。耦合线圈的主绕组或副绕组串接电流互感器LH1。
本发明技术方案的进一步改进在于：限流装置XR为电阻、电容、电感的任一种或多种。
本发明技术方案的进一步改进在于：中性点接地开关KD为电力电子开关或机械开关。
本发明技术方案的进一步改进在于：二次开关KP为电力电子开关或机械开关。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：本发明实现了消弧线圈既可即时、快速输出补偿电流的目标，又克服了预调式消弧线圈运行中中性点电压升高和随调式消弧线圈电流输出慢、补偿效果差的问题，解决了中小电流过大的难题；同时还取消了阻尼电阻，无需使用阻尼电阻降压，使得装置体积减小，节省工程造价，并避免了阻尼电阻带来的发热及损耗，有效降低损耗，特别适用于系统不平衡电压较高的场合。
消弧线圈XL与中性点接地开关KD并联方式，二者并联配合，当配电系统正常运行时中性点接地开关KD、智能开关组KZ均处于断开状态，此时控制装置通过零序电压互感器可以测得系统不平衡电压E0。其中零序电压互感器的电压信号来自系统侧或装设于中性点用于检测中性点电压U0的电压互感器，控制装置控制中性点接地开关KD(或二次开关KP)的定时短时闭合可测得系统回路电流I0，按照等值电路图6或图7即可计算出系统对地容抗和电容电流。其中图6与图7的区别在于图6中性点接地开关KD(或二次开关KP)阻抗XR＝0，通过公式即可计算出系统对地容抗和电容电流，控制装置根据计算出的容抗调整消弧线圈XL进入设定的补偿状态，以备电网系统发生单相接地故障时快速输出电感电流。
中性点接地开关KD串接限流装置XR(XR可为电阻、电容、电感等限流器件，任一种或多种)是为了防止在中性点接地开关KD闭合时系统突发单相接地导致电流过大现象发生。
消弧线圈XL上连接有控制消弧线圈XL是否接入的智能开关组KZ，当电网系统发生单相接地或铁磁谐振故障导致中性点电压升高过限时，智能开关组KZ自动闭合将消弧线圈XL接地。在故障消失后中性点电压低于限值时智能开关组KZ自动断开，消弧线圈XL恢复到不接地状态，从而实现了预调式消弧线圈即时、快速输出补偿电流的目的，而在正常运行时不会因为消弧线圈XL的使用使位移电压升高，解决了预调式消弧线圈中性点位移电压高和随调式消弧线圈电流输出慢、补偿效果差的问题；同时还取消了阻尼电阻，使得装置体积减小，节省造价，并避免了阻尼电阻带来的发热及损耗。
智能开关组KZ串接消弧线圈XL方式，智能开关组KZ随时监测中性点电压U0，在中性点电压U0超过限值(系统接地或谐振)后智能开关组KZ自动闭合，并将消弧线圈XL直接接地。此时，如为系统谐振引起的中性点电压U0升高，则在消弧线圈XL投入后系统参数变化破坏谐振条件，谐振自行消失，中性点电压U0降至正常值，智能开关组KZ自动断开，消弧线圈XL退出，本装置恢复正常状态。如为系统接地，则消弧线圈XL输出的电感电流与系统对地电容电流在接地点相互抵消，使接地点残余电流小于弧光自熄电流。因此，在系统正常运行中，因消弧线圈XL未投入，不会造成中性点电压U0升高，中性点电压U0仅为系统不平衡电压E0，因而特别适用于配电系统不平衡电压较高的场合。
附图说明
图1是本发明系统原理图一；
图2是本发明系统原理图二；
图3是本发明系统原理图三；
图4是本发明系统原理图四；
图5是本发明系统原理图五；
图6是本发明图1和图3的等效原理图；
图7是本发明图2、图4和图5的等效原理图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
如图1至图7所示，一种消弧线圈接地补偿装置，包括与中性点连接的消弧线圈XL(其中中性点可以通过接地变压器引出或连接于该电网系统主变压器中性点)，消弧线圈XL上连接有控制消弧线圈XL是否接入的智能开关，当配电系统正常运行时智能开关处于断开状态；当配电系统因单相接地或铁磁谐振引起的中性点电压U0升高超过限值后，智能开关自动闭合将消弧线圈XL接地；当中性点电压U0降低到限值以下时，智能开关自动断开，消弧线圈XL恢复到不接地状态。
智能开关包括智能开关组KZ、与中性点连接且与消弧线圈XL和智能开关组KZ并联设置的中性点接地开关KD，智能开关组KZ和中性点接地开关KD接地；智能开关组KZ和中性点接地开关KD上连接有实时监测中性点电压U0、系统不平衡电压E0和中性点接地开关KD回路电流I0的控制电路，控制电路在采集完成系统不平衡电压E0后，控制中性点接地开关KD短暂闭合以测量回路电流I0，然后断开中性点接地开关KD；当中性点电压U0超过限值后，智能开关组KZ自动闭合，当故障消失中性点电压U0降低到限值以下时，智能开关组KZ自动断开。
控制电路包括与中性点接地开关KD连接的用于测得系统不平衡电压E0和中性点电压U0的控制装置、与中性点接地开关KD连接的用于检测中性点接地开关KD回路电流I0的电流互感器LH1，电流互感器LH1接地且与控制装置连接。控制装置通过控制中性点接地开关KD的开关状态改变中性点的运行方式，通过与中性点接地开关KD串接的电流检测装置LH1检测流过中性点接地开关KD的回路电流I0，通过自带的中性点电压互感器或系统侧的电压互感器检测中性点电压U0，控制装置通过零序电压互感器可以测得系统不平衡电压E0。其中零序电压互感器的电压信号来自系统侧或装设于中性点用于检测中性点电压的电压互感器。
智能开关组KZ的接地线路上还设置有用于检测消弧线圈XL电流的电流互感器，电流互感器接地并与控制装置连接，中性点还可以连接用于测量中性点电压U0的电压互感器T1，电压互感器T1与控制装置连接。
中性点接地开关KD为经自耦、双圈或多圈线圈耦合的二次开关KP，电流互感器LH1与二次开关KP的线圈的主绕组或副绕组串联，电压互感器T1设置在二次开关KP的线圈的主绕组和副绕组之间、且与中性点连接，此时电压互感器T1可以起到短接的作用，也可以测量中性点电压U0。
耦合线圈为变压器、互感器或电抗器。
中性点接地开关KD通过串接限流装置XR接地，当中性点接地开关KD为二次开关KP时，二次开关KP的耦合线圈的主绕组或副绕组通过串接限流装置XR接地。二次开关KP的耦合线圈的主绕组串接电流互感器LH1。
限流装置XR为电阻、电容、电感的任一种或多种。
中性点接地开关KD为电力电子开关或机械开关。
二次开关KP为电力电子开关或机械开关。
控制装置采用高性能的嵌入式系统，主要负责对消弧线圈XL的控制、模拟量信号的采集、故障选线、系统电容电流的计算等。
控制装置上电运行后，控制装置实时监测中性点电压U0，并对中性点电压U0值进行判别，如果中性点电压U0过限(限值可设定，一般为25V)，则为发生系统接地或谐振故障，否则系统处于正常运行状态。
配电系统正常运行时中性点接地开关KD、智能开关组KZ均处于断开状态，中性点电压U0为系统不平衡电压E0(由接地变压器不平衡电压与系统不平衡叠加而成)。控制装置采集完成系统不平衡电压E0后，控制装置控制中性点接地开关KD定时短时(如可设定几秒～几分钟或其他数值)闭合、断开。中性点接地开关KD闭合后，系统等效如图6、图7所示，其中图6与图7的区别在于图6中性点接地开关KD阻抗XR＝0，通过公式即可计算出系统对地容抗和电容电流，控制装置根据计算的容抗调整消弧线圈XL进入设定的补偿状态，以备电网系统发生单相接地故障时快速输出电感电流。
消弧线圈XL上连接有控制消弧线圈XL是否接入的智能开关组KZ，当中性点电压U0过限时，智能开关组KZ自动闭合将消弧线圈XL接地。在故障消失后中性点电压U0低于限值时智能开关组KZ自动断开，消弧线圈XL恢复到不接地状态，从而实现了预调式消弧线圈即时、快速输出补偿电流的目的，而在正常运行时不会因为消弧线圈的使用使位移电压升高，解决了预调式消弧线圈中性点位移电压高和随调式消弧线圈电流输出慢、补偿效果差的问题；同时还取消了阻尼电阻，使得装置体积减小，节省造价，并避免了阻尼电阻带来的发热及损耗。
当中性点电压U0过限时智能开关组KZ可立即自动闭合，消弧线圈XL投入进行接地补偿或消谐：如为系统谐振，消弧线圈XL投入后系统参数被改变，谐振条件被破坏，谐振被消除，中性点电压低于限值后智能开关组KZ自动断开；如为单相接地，消弧线圈XL输出电感电流用以补偿接地电容电流，使流过接地点的残余电流小于弧光自熄电流。在接地消失、中性点电压U0低于限值后，智能开关组KZ自动断开。

Claims (7)

1.一种消弧线圈接地补偿装置，包括与中性点连接的消弧线圈XL，其特征在于：消弧线圈XL上连接有控制消弧线圈XL是否接入的智能开关，当配电系统正常运行时智能开关处于断开状态；当配电系统因单相接地或铁磁谐振引起的中性点电压U0升高超过限值后，智能开关自动闭合将消弧线圈XL接地；当中性点电压U0降低到限值以下时，智能开关自动断开，消弧线圈XL恢复到不接地状态；
智能开关包括智能开关组KZ、与中性点连接且与消弧线圈XL和智能开关组KZ并联设置的中性点接地开关KD，智能开关组KZ和中性点接地开关KD接地；智能开关组KZ和中性点接地开关KD上连接有实时监测中性点电压U0、系统不平衡电压E0和中性点接地开关KD回路电流I0的控制电路，控制电路在采集完成系统不平衡电压E0后，控制中性点接地开关KD短暂闭合以测量回路电流I0，然后断开中性点接地开关KD；当中性点电压U0超过限值后，智能开关组KZ自动闭合，当故障消失中性点电压U0降低到限值以下时，智能开关组KZ自动断开；
中性点接地开关KD通过串接限流装置XR接地，当中性点接地开关KD为二次开关KP时，二次开关KP的线圈的主绕组或副绕组通过串接限流装置XR接地；
控制电路包括与中性点接地开关KD连接的用于测得系统不平衡电压E0和中性点电压U0的控制装置、与中性点接地开关KD连接的用于检测中性点接地开关KD回路电流I0的电流互感器LH1，电流互感器LH1接地且与控制装置连接；中性点接地开关KD在断开状态下，控制装置通过其自带的中性点电压互感器或母线电压互感器可测得系统不平衡电压E0，然后自动控制装置控制中性点接地开关KD闭合并通过电流互感器LH1测得中性点接地电流I0，用公式求得系统对地电容容抗。
2.根据权利要求1所述的消弧线圈接地补偿装置，其特征在于：智能开关组KZ的接地线路上还设置有用于检测消弧线圈XL电流的电流互感器，电流互感器接地并与控制装置连接，中性点还可以连接用于测量中性点电压U0的电压互感器T1，电压互感器T1与控制装置连接。
3.根据权利要求2所述的消弧线圈接地补偿装置，其特征在于：中性点接地开关KD为经自耦、双圈或多圈线圈耦合的二次开关KP，电流互感器LH1与二次开关KP的线圈的主绕组或副绕组串联。
4.根据权利要求3所述的消弧线圈接地补偿装置，其特征在于：线圈为变压器、互感器或电抗器。
5.根据权利要求1所述的消弧线圈接地补偿装置，其特征在于：限流装置XR为电阻、电容、电感的任一种或多种。
6.根据权利要求1～2任一项所述的消弧线圈接地补偿装置，其特征在于：中性点接地开关KD为电力电子开关或机械开关。
7.根据权利要求3或4所述的消弧线圈接地补偿装置，其特征在于：二次开关KP为电力电子开关或机械开关。
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