CN107271746B - 电网单相接地电容电流测量装置的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电网单相接地电容电流的测量方法，包括以下步骤，1)测量消弧线圈当前档位下的第一态中性点电流；2)投切与所述的消弧线圈并联的附加电感，测量投切附加电感后的第二态中性点电流，然后断开附加电感；3)根据当前的系统电压以及系统阻抗计算电容电流。本发明通过并联外设的附加电感的投切和断开，通过消弧线圈二次并联附加电感，投切二次附加电感来改变消弧线圈电感值，取代有载开关调节消弧线圈档位改变电感值的方式，形成阻抗三角形，附加电感只参与电容电流计算，不参与补偿，在需要计算电容电流时，投入附加电感，计算完毕后，退出附加电感。

Description

电网单相接地电容电流测量装置的测量方法

技术领域

本发明涉及谐振接地系统技术领域，特别是涉及一种电网单相接地电容电流的测量方法及测量装置。

背景技术

谐振接地系统的电容电流计算是自动调谐消弧线圈进行自动补偿的依据。当系统发生故障后，消弧线圈必须快速合理地补偿电容电流，以使接地电弧快速自熄，由于系统的运行方式经常变化，使系统的电容电流也不断改变，为了使消弧线圈能够达到最佳的补偿效果，消弧线圈自动跟踪补偿装置必须及时测量当前运行方式下的电容电流，以合理调节消弧线圈。显然，电网电容电流的计算精度将直接影响消弧线圈的调谐和补偿效果。

传统谐振接地测量电容电流的方法为阻抗三角形法，此方法在测量和自动跟踪过程中，需要频繁地调节有载开关，改变消弧线圈档位，有载开关属于机械装置，频繁动作会大大减少使用寿命。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种电网单相接地电容电流的测量方法及测量装置。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种电网单相接地电容电流的测量方法，包括以下步骤，

1)测量消弧线圈当前档位下的第一态中性点电流I₁；

2)投切与所述的消弧线圈并联的附加电感，测量投切附加电感后的第二态中性点电流I₂，然后断开附加电感；

3)根据当前的系统电压以及系统阻抗计算电容电流I_C。

系统容抗X_C的计算公式为：

X_C＝kX₁+(1-k)R₁tanθ₁

其中，X₁为消弧线圈感抗，X₂为消弧线圈与附加电感并联的总感抗，R₁＝R₂＝R，即当有载开关档位不变时，附加电感与不附加电感折算到一次并联阻尼电阻相等，θ₁为第一态中性点电流I₁与基准信号源的夹角，X₁和X₂为测验值。

所述的第一态中性点电流和第二态中性点电流的测量方法为采用霍尔传感器和精密电流互感器分段测量。

所述的分段测量为大于第一阈值时采用霍尔传感器测量，霍尔传感器的感测电流经调理电路后输入AD转换芯片，不大于第一阈值时采用精密电流互感器，所述的精密电流互感器的感测电流由两段调理电路分段调理后输入所述的AD转换芯片。

一种电网单相接地电容电流的测量装置，包括控制器，电流测量模块，与消弧线圈并联设置的附加线圈，所述的附加线圈上设置有由所述的控制器可控连接的投切开关。

所述的投切开关为板载继电器，所述的板载继电器的触点串接在所述的附加线圈上。

所述的电流测量模块包括霍尔传感器和精密电流互感器以及与其对应的调理电路，以及AD转换芯片。

所述的精密电流互感器对应两段调理电路。

附加电感取值按消弧线圈最高档位并联附加电感前后电流变化15％-20％进行配置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过并联外设的附加电感的投切和断开，通过消弧线圈二次并联附加电感，投切二次附加电感来改变消弧线圈电感值，取代有载开关调节消弧线圈档位改变电感值的方式，形成阻抗三角形，附加电感只参与电容电流计算，不参与补偿，在需要计算电容电流时，投入附加电感，计算完毕后，退出附加电感。附加电感的加入减少了消弧线圈档位的调节次数，用附加电感的投切等效消弧线圈档位的变化，能减少消弧线圈有载开关动作次数，延长有载开关的使用寿命，附加电感只在测量电容电流时起到作用，不改变消弧线圈本质工作原理。

附图说明

图1(a)为消弧线圈在第档位时，补偿电网常态下零序等效电路；

图1(b)为串联等效电路；

图1(c)为消弧线圈二次并接附加电感转化为一次并联的等效电路；

图1(d)为并接附加电感后的串联等效电路。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明公开了一种电网单相接地电容电流的测量方法，包括以下步骤，

1)测量消弧线圈当前档位下的第一态中性点电流I₁；

2)投切与所述的消弧线圈并联的附加电感，测量投切附加电感后的第二态中性点电流I₂；在测得第二态中性点电流I₂断开所述的附加电感；其中，附加电感取值按消弧线圈最高档位并联附加电感前后电流变化15％-20％进行配置；

3)根据当前的系统电压以及系统阻抗计算电容电流I_C。

其中，中性点电流测量计算在全量程范围内满足精度2％以内。附加电感在第二态中性点电流采集完毕后即通过程序控制附加电感投切端口，断开附加电感。

本发明通过并联外设的附加电感的投切和断开，通过消弧线圈二次并联附加电感，投切二次附加电感来改变消弧线圈电感值，取代有载开关调节消弧线圈档位改变电感值的方式，形成阻抗三角形，附加电感只参与电容电流计算，不参与补偿，在需要计算电容电流时，投入附加电感，计算完毕后，退出附加电感。附加电感的加入减少了消弧线圈档位的调节次数，用附加电感的投切等效消弧线圈档位的变化，能减少消弧线圈有载开关动作次数，延长有载开关的使用寿命，附加电感只在测量电容电流时起到作用，不改变消弧线圈本质工作原理。

具体地说，

U为系统电压，通过电压互感器采集；

所述的系统容抗X_C的计算公式为：

X_C＝kX₁+(1-k)R₁tanθ₁

其中，X₁为消弧线圈感抗，X₂为消弧线圈与附加电感并联的总感抗，X_f为附加感抗，X₂＝X₁//X_f，R₁＝R₂＝R，即当有载开关档位不变时，附加电感与不附加电感，折算到一次并联阻尼电阻相等，θ₁为第一态中性点电流I₁的夹角。公式中用到的X₁、X₂是通过测量消弧线圈低压曲线获得的，具体实现方法为：在消弧线圈两端施加电压，串联电流表，读取消弧线圈每档位并联附加电感前后的电流值，即可计算出每档位的X₁、X₂，存入控制器中，实际计算电容电流时，根据实际情况，取相应档位的X₁、X₂代入计算公式中。即，X₁、X₂以数组的形式存储在控制器中。

其中，中性点电流信号采集时，有一路电压信号作为基准信号源，θ₁为第一态中性点电流与基准信号源的夹角，θ₂为第二态中性点电流与基准信号源的夹角，θ为两次的夹角差，可通过采集两次中性点电流信号与基准源信号，进行傅里叶分析，得到相角差θ，θ可测量计算，tanθ₂可通过下式计算得到，tanθ₂得知后，tanθ₁即可通过下式计算出来。

根据数学模型推导如下公式，

因为

令

X_T1＝kX₁

X_T2＝kX₂

R_T1＝(1-k)R₁

R_T2＝(1-k)R₂ (2)

由式1、式2可得

式中，I₁、I₂为两次采集的电流，θ为夹角；

将以上公式代入(1)得

X_C＝kX₁+(1-k)R₁tanθ₁

图中，X_T1，X_T2为等效串联电路时的感抗；R_T1，R_T2为等效串联电路时的阻尼电阻；X₂为消弧线圈与附加电感并联的总感抗。

投入二次并接的附加电感后，消弧线圈一次电感量会有相应的变化，这个变化等效于将消弧线圈档位调节至第i+1档或者第i-1档，由原理图可推导出投切附加电感前后的相量图，通过消弧控制器采集投切附加电感前后的中性点电流值，再根据电感量变化前后的相量关系，即可计算出系统的总容抗，从而计算出系统的电容电流。

其中，所述的第一态中性点电流和第二态中性点电流的测量方法为采用霍尔传感器和精密电流互感器分段测量。所述的分段测量为大于第一阈值，如7A，时采用霍尔传感器测量，霍尔传感器的感测电流经调理电路后输入AD转换芯片，不大于第一阈值时采用精密电流互感器，所述的精密电流互感器的感测电流由两段调理电路分段调理后输入所述的AD转换芯片。

电容电流的计算需要测量两次中性点电流，第一次测量只有消弧线圈的中性点电流即第一态中性点电流I₁，第二次测量消弧线圈并联附加电感的中性点电流，即第二态中性点电流I₂，同时采用霍尔传感器和精密电流互感器共同采集附加电感投切前后的中性点电流信号，再通过电流分段处理，实现宽范围电流采集，从而提高电容电流的测量精度，霍尔传感器和精密电流互感器都测量中性点电流，7A以上电流用霍尔传感器测量，通过电路板调理，给一路A D转换芯片进行采集；7A以下电流用精密电流互感器测量，调理电路分成两段，如0-1A和1A-7A，分别进两路AD转换芯片。电流信号整体通过外部传感器和对应的调理电路分成三段，保证电流信号的采样精度。电容电流就是通过采集中性点电流信号计算出来的，所以提高电流信号的采样精度可以提高电容电流的测量精度。

同时，本发明公开了一种电网单相接地电容电流的测量装置包括控制器，电流测量模块，与消弧线圈并联设置的附加线圈，所述的附加线圈上设置有由所述的控制器可控连接的投切开关。具体地，所述的投切开关为板载继电器，所述的板载继电器的触点串接在所述的附加电感上。即，增加并接电感的控制器，如控制电路，电路板上CPU的IO口控制板载继电器，板载继电器触点控制外部交流接触器线圈，接触器触点控制附加电感的投切。

消弧线圈本身档位之间有极差电流的要求，限制了两档之间电感量的变化，电感量变化小，导致不同档位中性点电流的变化就小，会引起电容电流的计算误差。每套消弧线圈二次只并联一只附加电感，不同的档位消弧线圈一次和二次的匝比不同，二次并联的附加电感等效到一次的电感值不同。本发明的有益效果是能准确测量系统电容电流，改善由于消弧线圈本身两档之间电感量变化小引起的测量误差，控制简单，易于实现。能准确测量系统电容电流并能减少消弧线圈有载开关动作次数，延长有载开关的使用寿命。

同时，本发明的电流测量模块包括霍尔传感器和精密电流互感器以及与其对应的调理电路，以及AD转换芯片，所述的精密电流互感器对应两段调理电路。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种电网单相接地电容电流测量装置的测量方法，其特征在于，所述测量装置包括控制器，电流测量模块，与消弧线圈并联设置的附加线圈，所述的附加线圈上设置有由所述的控制器可控连接的投切开关，所述的投切开关为板载继电器，所述的板载继电器的触点串接在所述的附加线圈上，所述的电流测量模块包括霍尔传感器和精密电流互感器以及与其对应的调理电路，以及AD转换芯片，所述的精密电流互感器对应两段调理电路，附加电感取值按消弧线圈最高档位并联附加电感前后电流变化15％-20％进行配置，所述的测量装置的测量方法，包括以下步骤，

1)测量消弧线圈当前档位下的第一态中性点电流I₁；

2)投切与所述的消弧线圈并联的附加电感，测量投切附加电感后的第二态中性点电流I₂，然后断开附加电感；

3)根据当前的系统电压以及系统阻抗计算电容电流I_C，

U为系统电压，通过电压互感器采集；X_C为系统容抗，

系统容抗X_C的计算公式为：

X_C＝kX₁+(1-k)R₁tanθ₁

其中，X₁为消弧线圈感抗，X₂为消弧线圈与附加电感并联的总感抗，R₁＝R₂＝R，即当有载开关档位不变时，附加电感与不附加电感折算到一次并联阻尼电阻相等，θ₁为第一态中性点电流I₁与基准信号源的夹角，X₁和X₂为通过测量消弧线圈低压曲线获得的，具体实现方法为：在消弧线圈两端施加电压，串联电流表，读取消弧线圈每档位并联附加电感前后的电流值，即可计算出每档位的X₁、X₂。

2.如权利要求1所述的电网单相接地电容电流测量装置的测量方法，其特征在于，所述的第一态中性点电流和第二态中性点电流的测量方法为采用霍尔传感器和精密电流互感器分段测量。

3.如权利要求2所述的电网单相接地电容电流测量装置的测量方法，其特征在于，所述的分段测量为大于第一阈值时采用霍尔传感器测量，霍尔传感器的感测电流经调理电路后输入AD转换芯片，不大于第一阈值时采用精密电流互感器，所述的精密电流互感器的感测电流由两段调理电路分段调理后输入所述的AD转换芯片。