CN107831378B

CN107831378B - 一种检验消弧线圈补偿效果的装置及方法

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Publication number: CN107831378B
Application number: CN201710821286.3A
Authority: CN
Inventors: 梅素真
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-09-13
Filing date: 2017-09-13
Publication date: 2020-06-30
Anticipated expiration: 2037-09-13
Also published as: CN107831378A

Abstract

一种检验消弧线圈补偿效果的装置及方法，其中检验消弧线圈补偿效果的装置包含：电流互感器，一端与三相电压线的C相连接另一端接地，电流互感器接地处作为接地点试验处；电压互感器与试验用三相电压线连接，用以将接地点试验处的高压电压变换为转换为安全的电压；电压测量装置与电压互感器二次侧的非接地相A相、B相连接；功率测量装置的电压回路连接于电压互感器二次侧的非接地相A相、B相之间，其电流回路连接于电流互感器二次侧，消弧线圈位于不同档位下时，根据多次电压测量装置与功率测量装置得测量结果计算多个无功电流的大小以及方向，从而得出当前消弧线圈提供的补偿档位是否为最佳档位。

Description

一种检验消弧线圈补偿效果的装置及方法

技术领域

本发明是有关于一种消弧线圈及其控制领域。

背景技术

我国绝大多数6-66kv配电网(下文统称配电网)采用中性点非有效接地方式。随着国民经济快速发展，配电网的规模不断，消弧线圈的应用成为必然选择。国家电力行业标准《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定，3kV～10kV钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路构成的系统和所有35kV、66kV系统，当单相接地故障电容电流超过10A时，应采用消弧线圈接地方式；大量的消弧线圈自动跟踪补偿装置投入运行，强有力的提高了配电网的安全运行水平与供电可靠性,国家相关部门随后制定了相应的规程，规范消弧线圈的生产、交接、投运的一系列生产活动，对消弧线圈的大规模推广起到了重要作用；但是，投运后的消弧线圈自动跟踪补偿装置对配电网单相接地故障中的电容电流的补偿效果究竟如何，缺乏有效的检测手段\；虽然市场上有一些电容电流测量仪器，可以作校核工作，但其本身对电容电流测量精度也是参差不齐，使得目前消弧线圈自动跟踪补偿装置投运后，装置工作正确与否及其性能优劣的标准完全掌握在设备生产厂家，使用单位缺乏必要的手段校验其补偿效果处于什么样的水平，消弧线圈自动跟踪补偿装置的补偿度评估领域处于真空状态。

消弧线圈自动跟踪补偿装置根据调节电感的方式不同可以分为：调匝式、直流偏磁式、相控式、调容式、调气隙式等，虽然实现方式各不相同，其基本原理都是根据各自算法估算配电网的对地电容电流，然后再用各自不同的方法调节电感，使之能够尽量补偿配电网的对地电容电流；因此，消弧线圈自动跟踪补偿装置性能的优劣，在于能否正确的计算出电网对地电容电流

现场投运时，由于电容电流不像常规电气参数可以直接用常规仪表进行直接测量，具有一定的抽象性，经常假定消弧线圈自动跟踪补偿装置能够准确测量配电网的电容电流，并提供最合适的补偿挡位；没有具体手段检验其正确性和准确性，没有客观评价消弧线圈自动跟踪补偿装置的优劣及对电网方式发生变化时的跟随性，检验方法成为一个空白，特需要一种检验消弧线圈自动跟踪补偿装置补偿效果的装置及方法，可以完全摆脱生产厂家提供的数据与补偿说明，在运行环境中，客观评价自动跟踪补偿消弧线圈的性能优劣，完善了配电网运行状况全面分析的基础数据，对提高配电网安全运行水平有着重要意义。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种能够检验消弧线圈补偿效果的装置及方法。

本发明提供的检验消弧线圈补偿效果的装置，与配电网中的变电站母线引出的A相、B相和C相试验用三相电压线连接，所述消弧线圈通过一接地变压器与所述变电站母线连接，其特征在于，所述检验消弧线圈补偿效果的装置包含：

一电流互感器，通过一接地试验线路与三相电压线的C相连接，所述电流互感器一次侧一端接地，所述电流互感器一次侧另一端与一控制开关串联，所述电流互感器一次侧接地点处作为接地点试验处，所述控制开关用以控制C相接地或者断开接地；

一电压互感器，与试验用三相电压线连接，用以将接地点试验处的三相电压变换为转换为安全的三相电压；

一电压测量装置，与电压互感器二次侧的非接地相A相、B相连接；

一功率测量装置，其电压回路连接于电压互感器二次侧的非接地相A相、B相之间、电流回路连接于所述电流互感器二次侧。

本发明又提供一种检验消弧线圈补偿效果的方法，所述检验消弧线圈补偿效果的方法包括：

所述检验消弧线圈补偿效果的方法包括：

步骤1，通过变电站母线引出A相、B相和C相试验用三相电压线与检验消弧线圈补偿效果的装置连接，通过一接地变压器将消弧线圈与变电站母线连接；

步骤2，并将所述消弧线圈设置于dwbc档位上或者处于脱谐度v下；

步骤3，将试验用三相电压线的C相通过控制开关、电流互感器直接接地，所述电流互感器一次侧一端接地处作为C相电压线的接地点试验处；

步骤4，通过将一电压互感器与试验用三相电压线连接，将接地点试验处的三相电压转换为安全的三相电压；

步骤5，通过将一电压测量装置接入所述电压互感器二次侧的非接地相A相、B相之间，测量试验用三相电压线的C相单相接地时，所述电压互感器二次侧的非接地相A相、B相之间的电压U_AB；

步骤6，通过将一功率测量装置的电压回路连接于所述电压互感器二次侧的非接地相A相、B相之间、电流回路连接于所述电流互感器二次侧，测量接地点试验处的无功功率W，并记录功率测量装置无功功率W偏转方向；

步骤7，计算所述C相单相接地且所述消弧线圈位于dwbc档位或者处于脱谐度v下时接地点试验处的无功残余电流I_D＝W/U_AB。

本发明提出的检验消弧线圈补偿效果的装置及方法能够对各级配电网已经投运或即将投运的自动跟踪补偿消弧线圈的工作性能进行客观评价，降低劣质产品对配电网的影响，对提高有效发挥自动跟踪补偿消弧线圈的优良性能，提高配电网的自身安全水平和供电可靠性有着重要的积极作用。

附图说明

图1，为消弧线圈电感电流I_L及电网电容电流I_C的等效电路图。

图2，接地点试验处流过的无功残余电流I_D与脱谐度v的关系曲线图。

图3，为接地点处流过的无功残余电流I_D与消弧线圈挡位的关系图。

图4，为检验消弧线圈补偿效果的装置结构示意图。

图5，为C相接地时检验消弧线圈补偿效果的装置中电压和电流的向量图。

其中附图标记为：

1 变电站母线

2 接地变压器

3 消弧线圈

4 接地试验线路

41 真空开关

42 单相隔离开关

5 用户分支熔断器

CT 电流互感器

TV 电压互感器

G 接地点试验处

H 连接点

电压表 6

功率表 7

电流表 8

终端用户变压器 9

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，配合图式说明如下：

消弧线圈的作用是当系统发生单相接地故障时，流经消弧线圈的电感电流补偿故障点的电容电流，两者的和为流过故障地点的电流，消弧线圈的电感电流和接地点的电容上电流相位相差180度，相互补偿，使接地点的电流迅速减小，从而使电弧易于熄灭，并避免接地电弧的复燃，同时减少弧光接地过电压。中性点经消弧线圈接地又称为谐振接地。

为了检测投用的消弧线圈补偿效果的好坏，本发明提供了一种检测消弧线圈补偿效果的装置及方法，检测消弧线圈补偿效果的装置简称检测装置，介绍该检测装置以及方法之前，先介绍所述检测装置检测原理，因为配电网中性点经消弧线圈接地，接地故障发生时，忽略数值相对很小的有功分量后，流经接地点的故障电流I_D主要是无功分量(下称无功残余电流),为消弧线圈电感电流I_L及电网电容电流I_C之和,其等效电路参见图1，V₀为接地故障发生时的电网零序电压，经接地点的无功残余电流I_D计算公式如下：

式中C、L分别为电网对地等值电容、消弧线圈电感。

对于配电网一定的运行方式下电网对地等值电容相对固定，对于预调式调档消弧线圈，随着消弧线圈挡位的不同其电感值也不同，脱谐度v及补偿电感电流随之变化，接地点流过的无功残余电流I_D也将变化，脱谐度的计算公式为：

v＝(I_C-I_L)/I_C (2)

接地点流过的无功残余电流I_D与脱谐度v的关系曲线参见图2，图2中纵轴为接地点试验处流过的无功残余电流I_D(有效值)，横轴为脱谐度v；因此，脱谐度从0出发，不管是向正方向数值增加，还是向负方向数值增加，接地点试验处流过的无功残余电流I_D在数值上变大；在脱谐度v为0时接地点处流过的残流电流取得最小值，此时，接地点试验处流过的无功残余电流I_D为零。

接地点处流过的无功残余电流I_D与消弧线圈挡位的关系曲线如图3所示：图中纵轴为单相接地时，流经接地点试验处的无功残余电流I_D，横轴为消弧线圈挡位，并假定无功残余电流I_D过零点(即全补偿状态)发生在消弧线圈3、4挡位之间。

在此基础上，本发明提供了一种检测消弧线圈补偿效果的装置，与配电网中的变电站母线1引出的A相、B相和C相试验用三相电压线连接，所述消弧线圈3通过一接地变压器2与所述变电站母线1连接，其特征在于，所述检验消弧线圈补偿效果的装置包含：电流互感器、电压互感器、电压测量装置、功率测量装置和电流测量装置。

该电流互感器一次侧一端通过一接地试验线路4与三相电压线的C相连接，所述电流互感器一次侧一端接地，所述电流互感器一次侧另一端与一控制开关串联，所述控制开关用以控制C相接地或者断开接地；电流互感器一次侧接地点处作为接地点试验处G,该接地点试验处G等同于接地试验线路4与三相电压线的C相连接点H，进一步而言，控制开关包括单相隔离开关42和真空开关41，该单相隔离开关42和真空开关41串联在所述接地试验线路4上，也即是C相电压线通过单相隔离开关42、真空开关41、电流互感器CT直接接地。在试验用三相电压线上利用已有用户分支熔断器5，控制试验用三相电压线的供电或断电。分支熔断器、单相隔离开关42是为了试验接线期间，将其打开，保障人身安全，接线结束后，其处于闭合状态；真空开关41用于当分支熔断器、单相隔离刀闸都处于闭合状态时，用于分合操作，将试验处的C相与地网相接或分开，进行接地试验，当真空开关41闭合时，发生C相单相接地，当真空开关41打开时，将接地点试验处切除。

该电压测量装置为一单相电压表，该功率测量装置为一单相功率表，电流测量装置为单相电流表，该电压互感器与试验用三相电压线连接，电压互感器TV为三相电压互感器，用于将接地点试验处的三相电压变换为二次三相安全电压Ua、Ub、Uc，并引出非接地相A、B之间的线电压U_AB；该电压表与电压互感器二次侧的非接地相A相、B相连接；功率表的电压回路连接电压互感器二次侧非接地相之间的线电压U_AB，功率表的电流回路与电流表的电流回路串联接入电流互感器CT的二次侧，电压表的电压回路与功率表的电压回路并联后，连接电压互感器二次侧非接地相A、B之间的线电压U_AB。

将一电流测量装置串联接入所述电流互感器的二次侧，以验证利用检验消弧线圈补偿效果的装置计算出的无功电流与电流测量装置测量出的接地点试验处的电流相比是否差别过大，若通过检验装置计算得到的接地点试验处的无功残余电流I_D与采用电流表测量出的电流I相比差别过大，则检查该检验装置的接线是否正确。

需要特别说明的是，设C相发生单相接地故障后，电流表测量的电流为接地点试验处的残流记为I，包括无功残余电流分量与有功电流分量，而通过检验装置测量计算得到的为无功残余电流分量I_D。

该检验装置还设置一录波仪，录波仪的电流回路串入电流互感器CT的二次回路、电压回路并入电压互感器二次线电压U_AB回路，以校验接地点试验处的电压U_AB及无功功率W，为可选项。

本发明提供的检验消弧线圈补偿效果的方法包括：

步骤1，通过变电站母线1引出A相、B相和C相试验用三相电压线与检验消弧线圈补偿效果的装置连接，通过一接地变压器将消弧线圈与变电站母线1连接；

步骤2，并将所述消弧线圈设置于dwbc档位上或者处于脱谐度v下，其中dwbc档位是做试验前，消弧线圈正常运行中显示的当前控制挡位，脱谐度v为做试验前，消弧线圈正常运行中显示的脱谐度；

步骤5，通过将一电压测量装置接入所述电压互感器二次侧的非接地相A相、B相之间，测量所述C相单相接地时，所述电压互感器二次侧的非接地相A相、B相之间的电压U_AB；

步骤6，通过将一功率测量装置的电压回路连接于所述电压互感器二次侧的非接地相A相、B相之间、电流回路连接于所述电流互感器二次侧，测量所述C相单相接地时，所述接地点试验处的无功功率W，并记录无功功率测量装置无功功率W偏转方向；

出于消弱弧光接地过电压的考虑，要求消弧线圈能够实时提供的挡位dwbc，尽可能使得消弧线圈感性补偿电流接近配电网对地电容电流，即使流经接地点试验处的无功残余电流I_D尽量接近于0。因此对于刚刚投运的消弧线圈，经过其对配电网电容电流的估算，其自动跟踪补偿控制器提供的一个配电网电容电流补偿挡位，记为dwbc；

将所述消弧线圈在dwbc档位的基础上增加或降低2个档位，重复上述步骤2-7，得到消弧线圈位于不同档位下时，接地点试验处的无功残余电流的大小以及方向，根据多个无功残余电流的大小以及方向检测所述dwbc档位是否为最佳档位。

若测试消弧线圈提供的dwbc档位是否是最优补偿档位，需要对该补偿挡位dwbc、该补偿挡位dwbc降两档后的挡位dwbcf、该补偿挡位dwbc升两档后的挡位dwbcs分别做单相接地试验，测量消弧线圈在dwbc档位时接地点试验处的无功残余电流I_D，和比dwbc档位低2个档位的dwbcf档位时接地点试验处的无功残余电流I_DF，以及比dwbc档位高2个档位的dwbcs档位时接地点试验处的无功残余电流I_DS，其中：

dwbcf＝dwbc-2；

dwbcs＝dwbc+2；

如果I_D在数值上小于等于I_DF、I_DS，说明投运的消弧线圈自动跟踪补偿控制器能够实时跟随配电网运行方式的变化，准确计算出当前运行方式下的配电网电容电流，其提供的补偿挡位dwbc为最佳补偿挡位，能够有效补偿电网电容电流，接地点试验处的无功残余电流I_D接近于0，抑制弧光接地过电压，性能优异

反之，如果I_D在数值上大于I_DF、I_DS其中的一个值，说明投运的消弧线圈自动跟踪补偿控制器不能实时跟随配电网运行方式的变化，计算出当前运行方式下的配电网电容电流存在较大误差，由此提供补偿挡位dwbc，在接地故障发生时，不能够有效补偿电网电容电流，接地点试验处的无功残余电流I_D较大，性能较差，未能满足投运消弧线圈的初衷，应予纠正或更换。

上述以挡位进行控制的消弧线圈为例进行分析判断的，对于以脱谐度进行控制的无极连续调节消弧线圈，假定其投运后，经过估算系统电容电流，无极连续调节消弧线圈的控制器控制脱谐度为v进行补偿；则在脱谐度分别为v及-v的两种脱谐度下，分别做接地试验，流经接地点试验处的无功残余电流分别记为I_D、I_DF；具体操作为将所述无极连续调节消弧线圈的脱谐度由v调整到-v，重复上述步骤2-步骤7，得到所述无极连续调节消弧线圈位于脱谐度-v时，接地点试验处的无功残余电流I_DF的大小以及方向，其中v是做试验前，消弧线圈正常运行在电网中显示的当前脱谐度，并根据I_DF、I_D同向与否，评定消弧线圈补偿效果与性能；若I_DF和I_D电流方向相反，说明投运的无极连续调节消弧线圈能够实时跟随配电网运行方式的变化，准确计算出当前运行方式下的配电网电容电流，性能优异，在接地故障发生时，能够有效补偿配电网电容电流，抑制弧光接地过电压，其显示的脱谐度与配电网相符(也即是无极连续调节消弧线圈控制的电感电流能补偿当前运行方式下的配电网电容电流)；反之，I_DF和I_D电流方向相同，说明投运的无极连续调节消弧线圈不能实时跟随配电网运行方式的变化，计算出当前运行方式下的配电网电容电流与实际情况存在较大误差，其显示的脱谐度与配电网不符，在接地故障方式时，不能够有效补偿配电网电容电流，性能较差，未能满足投运消弧线圈的初衷，应予纠正或更换。

当然，接地相由C相可换成A相，电压测量装置接入所述电压互感器二次侧的非接地相B相、C相之间，测量所述A相单相接地时，所述电压互感器二次侧的非接地相B相、C相之间的电压U_BC，功率测量装置，其电压回路连接于电压互感器二次侧的非接地相B相、C相之间、电流回路连接于所述电流互感器二次侧，测量接地点试验处无功功率。接地相由C相可换成B相，电压测量装置及功率测量装置电压回路接入所述电压互感器二次侧的非接地相A相、C相之间，测量所述B相单相接地时，所述电压互感器二次侧的非接地相A相、C相之间的电压U_AC。

还需要说明的是，检验消弧线圈补偿效果的装置在试验时属于高压性质试验，应布置好相应安全措施。

需要特别说明的是，接地点试验残流I的无功残余电流分量I_D包括电感电流无功分量I_L与电容电流无功分量I_C，他们分别落后、超前零序电压90，因此他们分别与非接地相A、B之间的线电压同相或反相，参见图5，因此，接地点试验无功残余电流I_D：

I_D＝W/U_AB；

该电流反映了当前消弧线圈对系统电容电流的补偿情况，当完全补偿时，该电流为0；检测装置需要在三个不同的挡位下(或两个脱谐度下)做接地试验，并分别计算接地点试验无功残余电流，即可对消弧线圈的补偿效果及工作性能进行评价。虽然本发明是以调档式自动跟踪补偿消弧线圈为例，对于其他消弧线圈的校验也是通过调整不同的补偿度或脱谐度，获得有效的检验。

Claims

1.一种检验消弧线圈补偿效果的装置，与配电网中的变电站母线引出的A相、B相和C相试验用三相电压线连接，所述消弧线圈通过一接地变压器与所述变电站母线连接，其特征在于，所述检验消弧线圈补偿效果的装置包含：

2.如权利要求1所述的检验消弧线圈补偿效果的装置，其特征在于，还设有一电流测量装置，与所述功率测量装置电流回路串联接入所述电流互感器的二次侧。

3.如权利要求1所述的检验消弧线圈补偿效果的装置，其特征在于，所述控制开关包括单相隔离开关和真空开关，所述单相隔离开关和真空开关串联在所述接地试验线路上。

4.如权利要求1所述的检验消弧线圈补偿效果的装置，其特征在于，还设有一录波仪器，所述录波仪器的电流回路串联接入电流互感器的二次侧，电压回路并联接入电压互感器二次侧非接地相A相、B相之间。

5.一种检验消弧线圈补偿效果的方法，应用于所述权利要求1-4中任一项所述的检验消弧线圈补偿效果的装置，所述检验消弧线圈补偿效果的方法包括：

6.如权利要求5所述的检验消弧线圈补偿效果的方法，其特征在于，将所述消弧线圈在dwbc档位的基础上增加或降低2个档位，重复上述步骤2-7，得到消弧线圈位于不同档位下时，接地点试验处的无功电流的大小以及方向，根据多个无功电流的大小以及方向检测所述dwbc档位是否为最佳档位。

7.如权利要求5所述的检验消弧线圈补偿效果的方法，其特征在于，当所述消弧线圈为无极连续调节消弧线圈时，将所述无极连续调节消弧线圈的脱谐度由v调整到-v，重复上述步骤2-步骤7，测量所述无极连续调节消弧线圈位于脱谐度-v时接地点试验处的无功残余电流I_DF的大小以及方向，若I_DF和I_D电流方向相反，则所述无极连续调节消弧线圈显示的脱谐度v与配电网匹配，反之，I_DF和I_D电流方向相同，则所述无极连续调节消弧线圈显示的脱谐度v与配电网不匹配。

8.如权利要求6所述的检验消弧线圈补偿效果的方法，其特征在于，若测试消弧线圈提供的dwbc档位是否是最优补偿档位，需测量消弧线圈在dwbc档位时接地点试验处的无功残余电流I_D，测量比dwbc档位低2个档位的dwbcf档位时接地点试验处的无功残余电流I_DF，以及测量比dwbc档位高2个档位的dwbcs档位时接地点试验处的无功残余电流I_DS，其中：

dwbcf＝dwbc–2；

dwbcs＝dwbc+2；

若I_D在数值上小于或者等于I_DF和I_DS，则dwbc档位是最优补偿档位；

若I_D在数值上大于I_DF和I_DS的任一者，则dwbc档位不是最优补偿档位。

9.如权利要求5所述的检验消弧线圈补偿效果的方法，其特征在于，通过将一电流测量装置接入所述电流互感器的二次侧，以验证利用检验消弧线圈补偿效果的装置计算出的无功残余电流与利用所述电流测量装置测量出的接地点试验处的电流相比是否差别过大，所述电流测量装置与所述功率测量装置串联接入电流互感器的二次侧。

10.如权利要求5所述的检验消弧线圈补偿效果的方法，其特征在于，所述控制开关包括单相隔离开关和真空开关，将所述单相隔离开关和所述真空开关串联连接，以控制试验用三相电压线的C相接地或断开。

11.如权利要求5所述的检验消弧线圈补偿效果的方法，其特征在于，将一录波仪器的电流回路串入所述电流互感器的二次侧，电压回路并入所述电压互感器二次侧非接地相A相、B相之间，以校验所述接地点试验处的电压U_AB及无功功率W。

12.如权利要求5-11任意一项所述的检验消弧线圈补偿效果的方法，其特征在于，若接地相由C相可换成A相，电压测量装置及功率测量装置电压回路接入所述电压互感器二次侧的非接地相B相、C相之间，所述A相单相接地时，测量所述电压互感器二次侧的非接地相B相、C相之间的电压U_BC；

若接地相由C相可换成B相，电压测量装置及功率测量装置电压回路接入所述电压互感器二次侧的非接地相A相、C相之间，所述B相单相接地时，测量所述电压互感器二次侧的非接地相A相、C相之间的电压U_AC。