CN108306276A - 一种配电网的消弧线圈增容改造方法及应用其的配电网 - Google Patents

一种配电网的消弧线圈增容改造方法及应用其的配电网 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种配电网的消弧线圈增容改造方法及应用该方法的配电网，所述配电网包括并联连接的多条出线，该配电网的中性点通过依次串联连接的接地变压器JDB、第一消弧线圈LXH进行接地，该方法包括：通过设置一电感增容电路与所述第一消弧线圈LXH形成并联电路，并同时接入所述接地变压器JDB，对现有配电网的消弧线圈容量进行扩容。

Description

一种配电网的消弧线圈增容改造方法及应用其的配电网
技术领域
本发明涉及配电网安全技术领域，特别涉及一种配电网的消弧线圈增容改造技术。
背景技术
我国配电网数量庞大，分布范围广，其中性点接地方式的选择对电网供电可靠性及安全运行的影响至关重要。我国“交流电气装置过电压保护和绝缘配合”DL/T620-1997行业标准规定：架空线路构成的网络或架空线与电缆混合构成的网络，电容电流超过10A时，采用经消弧线圈接地；纯电缆网络，电容电流超过30A时，采用经消弧线圈接地。
随着国民经济的快速发展，配电网的规模迅速增加，配电网对地电容电流急剧增加，原有安装运行的消弧线圈，其扩容问题不容回避；由于受到原建变电站场地空间及改造费用的制约，消弧线圈扩容的难度进一步加大，给运行单位带来较大的困惑。本发明从经济性角度出发，结合理论分析，提出本发明的增容改造的技术方案；与传统的消弧线圈增容方法相比，能够节省占地面积1/2～2/3，设备投资节省1/2以上，大幅降低了消弧线圈接地系统增容时遇到的场地扩大的瓶颈问题，同时大大降低了经济成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种配电网的消弧线圈增容改造方法，以克服消弧线圈接地系统增容时遇到的场地扩大的瓶颈问题，并降低消弧线圈增容改造成本。
为达到上述目的，本发明的配电网的消弧线圈增容改造方法，其中，配电网包括并联连接的多条出线，该配电网的中性点通过依次串联连接的接地变压器JDB、第一消弧线圈LXH进行接地，其特征在于，包括：通过设置一电感增容电路与所述第一消弧线圈LXH形成并联电路，并同时接入所述接地变压器JDB，对现有配电网的消弧线圈容量进行扩容。
上述配电网消弧线圈增容改造方法，其特征在于，所述电感增容电路进一步包括：一电抗器Lfj和一与所述电抗器串联的高压接触器GYJCQ。
上述配电网消弧线圈增容改造方法，其特征在于，所述电感增容电路进一步包括一第二消弧线圈XLXH和一与所述第二消弧线圈串联的高压接触器GYJCQ。
上述配电网消弧线圈增容改造方法，其特征在于，所述电抗器Lfj的容量需要同时满足如下条件：
ILfj>Imax (1)
其中ILfj为电抗器Lfj在额定相电压下提供的补偿感性电感电流有效值，Imax给各出线电容电流有效值的最大值；
ILfj>IL-Ic (2)
其中，IL为第一消弧线圈在额定相电压下提供的补偿感性电感电流有效值，Ic为配电网系统当前测定的电容电流有效值；
SLfj<9*SL (3)
其中，SLfj为电抗器的容量，SL为第一消弧线圈的容量。
上述配电网消弧线圈增容改造方法，其特征在于，所述第一消弧线圈的系统各档位下的电感感抗需满足如下条件：
Xi＝X0i*XLfj/(X0i+XLfj) (4)
其中i为各挡位的序号，Xi为当前第一消弧线圈并联电抗器Lfj后的消弧线圈系统i挡位的感抗值，单位为欧姆；X0i为原有第一消弧线圈第i挡位的感抗值，单位为欧姆；XLfj为电抗器Lfj的感抗值，单位为欧姆。
上述配电网消弧线圈增容改造方法，其特征在于，所述第一消弧线圈的系统各档位下的补偿电流需满足如下条件：
Ili＝Ue/Xi (5)
其中，Ili为当前第一消弧线圈系统i挡位的感性补偿电流值、单位安培，Ue为当前配电网系统额定相电压、单位伏特。
上述配电网消弧线圈增容改造方法，其特征在于，所述第二消弧线圈相邻两档位的补偿电流之差应小于等于所述第一消弧线圈最大补偿档位与次最大补偿档位补偿电流之差。
上述配电网消弧线圈增容改造方法，其特征在于，还包括一过载保护步骤，所述过载保护步骤是通过将一过电压继电器vj的绕组接入配电网的常规母线电压互感器开口三角侧实现。
上述配电网消弧线圈增容改造方法，其特征在于，所述过载包括步骤还包括一延时控制步骤，用于通过将一时间继电器tj串联连接所述过电压继电器vj，对所述过电压继电器vj进行延时控制。
上述配电网消弧线圈增容改造方法，其特征在于，当所述配电网出现单相接地故障后，所述过电压继电器vj启动后，所述时间继电器tj延时Ttz时间后，切除所述电抗器，所述Ttz需满足如下条件：
Ttz＝Tgz/2 (6)
其中，Tgz为标准IEEE—C62.92.3中规定的接地变压器过负载倍数Kgz对应的过负载时间；
Kgz＝(SLfj+SL)/SJDB (7)
SLfj为所述电抗器的容量，SJDB为所述接地变压器的容量，SL为所述第一消弧线圈的容量。
上述配电网消弧线圈增容改造方法，其特征在于，当所述配电网出现单相接地故障后，所述过电压继电器vj启动后，所述时间继电器tj延时Ttz时间后，切除所述第二消弧线圈，所述Ttz需满足如下条件：
Ttz＝Tgz/2 (6)
其中，Tgz为标准IEEE—C62.92.3中规定的接地变压器过负载倍数Kgz对应的过负载时间；
Kgz＝(SXLXH+SL)/SJDB (7)
SXLXH为所述第二消弧线圈的容量，SJDB为所述接地变压器的容量，SL为所述第一消弧线圈的容量。
进一步的，本发明还提供交了一种应用上述配电网消弧线圈增容改造方法的配电网，该配电网包括并联连接的多条出线，该配电网中性点通过依次串联连接的接地变压器JDB、第一消弧线圈LXH进行接地，其特征在于，包括：还包括一电感增容电路，所述电感增容电路与所述第一消弧线圈LXH形成并联电路，并同时接入所述接地变压器JDB。
上述配电网，其特征在于，所述电感增容电路进一步包括：一电抗器Lfj和一与所述电抗器串联的高压接触器GYJCQ。
上述配电网，其特征在于，所述电感增容电路进一步包括一第二消弧线圈XLXH和一与所述第二消弧线圈串联的高压接触器GYJCQ。
上述配电网，其特征在于，还包括一过载保护电路，所述过载保护电路包括一过电压继电器vj，所述过电压继电器vj的绕组接入配电网的常规母线电压互感器开口三角侧。
上述配电网，其特征在于，所述过载保护电路还包括一时间继电器tj，所述时间继电器tj串联连接所述过电压继电器vj。
与现有技术相比，本发明从经济性角度出发，提出了基于现有消弧线圈基础上并联电感增容电路的进行增容改造的技术方案；与传统的消弧线圈增容方法相比，能够节省占地面积1/2～2/3，设备投资节省1/2以上，大幅降低了消弧线圈接地系统增容时遇到的场地扩大的瓶颈问题，同时大大降低了经济成本。
附图说明
图1为本发明第一实施例在原有消弧线圈并联电抗器的增容方案示意图；
图2为本发明第一实施例加入过载保护与控制的增容方案示意图；
图3为本发明第二实施例在已有消弧线圈并联新增消弧线圈增容示意图；
图4为本发明第二实施例加入过载保护预控制的增容方案示意图。
具体实施方式
以下详细说明本发明的对配电网在现有消弧线圈基础上进行增容改造的技术方案。
一、现有消弧线圈基础上并联电抗器的增容策略
图1为一般性的配电网结构基础增加新增电抗器的示意图：
图中配网有四条出线，JDB为原有的接地变压器，LXH为原有的消弧线圈，
Lfj为新增电抗器，以增加消弧线圈系统的补偿容量，GYJCQ为高压接触器用于投切电抗器Lfj；
电抗器Lfj的容量同时满足如下条件：
1)ILfj>Imax (1)
其中，ILfj为电抗器在额定相电压下提供的补偿感性电感电流有效值，Imax给各出线电容电流有效值的最大值；
2)ILfj>IL-Ic (2)
其中，IL为原消弧线圈在额定相电压下提供的补偿感性电感电流有效值，Ic为配网系统当前测定的电容电流有效值。
3)SLfj<9*SL (3)
其中，SLfj为电抗器的容量，SL为原消弧线圈的容量
原有的消弧线圈及添加的电抗器Lfj，形成并联关系，同时接入原有接地变压器；同时，改造已有的消弧线圈控制器，对消弧线圈系统各挡位下的电感感抗值做如下修正
Xi＝X0i*XLfj/(X0i+XLfj) (4)
其中，i为各挡位的序号，Xi为当前消弧线圈并联电抗器Lfj后的消弧线圈系统i挡位的感抗值，单位为欧姆；X0i为原有消弧线圈第i挡位的感抗值，单位为欧姆；XLfj为新增电抗器的感抗值，单位为欧姆；
原有消弧线圈并联新增电抗器Lfj后的消弧线圈系统的各挡位下的补偿电流值做如下修正
Ili＝Ue/Xi (5)
其中，Ili为当前消弧线圈系统i挡位的感性补偿电流值、单位安培，Ue为当前配网系统额定相电压、单位伏特。
二、接地变压器过载保护与控制
电抗器的并入，将引起接地变压器的过负载运行，将采取以下策略进行保护与控制.
正常运行时，中性点电压很小，为接地变压器近乎空载运行。
瞬间接地故障，在消弧线圈控制器的控制下，消弧线圈系统补偿接地点电容电流，接地变压器瞬时过负载后，随着接地故障的消失，很快回到空载运行状态，过负载时间很短，不影响接地变压器及消弧线圈的运行。
永久性接地后，原消弧线圈与电抗器并联后，过补偿系统电容电流，而接地变压器的容量与原消弧线圈容量相匹配，此时处于过负载状态；通过本设备的选线单元部分，将接地线路选出后，按整定时间，可在5秒之内发出跳闸命令，将接地点所在的线路跳开，把接地点与系统隔离；随着接地点的切除，接地变压器的过负载状态立即结束，回到空载状态；接地变压器的过负载时间小于规定的时间，满足IEEE—C62.92.3标准中接地变压器负载时间的规定；在某些场合，为了运行单位停电，留有一些缓冲时间，跳闸命令也可以按照(6)、(7)的条件发出，在接地变压器过载允许的时间范围内，延时切除接地故障。
异常情况下，永久性接地后，消弧线圈成套系统没有正确切除故障点，或是按照运行单位的要求接地线路选出后只发出告警信号并不跳闸接地线路，此时过电压继电器vj启动，如图2所示，图中YH为电压互感器，其二次侧输出零序电压至过电压继电器vj的绕组线圈；过电压继电器vj启动后，其常开接地闭合，接通时间继电器tj供电回路，时间继电器tj启动后延时Ttz时间后，切除电抗器。其中Ttz：
Ttz＝Tgz/2 (6)
式中Tgz为标准IEEE—C62.92.3中规定的接地变压器过负载倍数Kgz对应的过负载时间；
Kgz＝(SLfj+SL)/SJDB (7)
SLfj为新增电抗器的容量，SJDB为原有接地变压器的容量，SL为原有消弧线圈的容量；
(6)式的约束，确保满足IEEE—C62.92.3标准中接地变压器负载时间的规定并保留1倍的时间裕度。
过电压继电器绕组接入常规母线电压互感器开口三角侧，其启动电压的一次值按相电压的百分之二十整定。
三、接地选线工作原理
永久性接地时，原消弧线圈与电抗器并联，在控制器的干预下，一同向配电网提供最接近全补偿的过补偿电流(消弧线圈系统处于最接近完全谐振挡位的过补偿挡位)，
延时三秒切除电抗器，此时消弧线圈补偿状态马上由最接近完全谐振挡位的过补偿变为只有原消弧线圈的欠补偿状态，同时，由式(1)可以推出，此时的消弧线圈补偿电流满足申请号为“201711351209.2”，名称为“基于消弧线圈接地系统的选线方法。”的发明专利中式(5)的条件如下：
其中，为所有出线对地电容电流中的幅值最大的电容电流。
因此，可以按照该专利的方法轻松选出接地线路，给出跳闸信号，将接地线路切除，或按运行单位的要求，发出告警信号，等待值班人员的干预。接地变及消弧线圈系统恢复正常运行。
当正常运行时，中性点电压为很小的不平衡电压；消弧线圈控制器跟随电网电容电流的变化，并调节挡位在离谐振挡位最近的过补偿挡位，系统处于过补偿状态；
当发生金属性接地故障时，中性点电压为相电压，此时由于并联的电抗器，接地变压器处于过负载状态。配合本专利申请的方法，切投一次电抗器，5秒内选出接地点所在的线路，并给保护发出跳闸信号，将接地点与系统隔离，消弧线圈系统两端又恢复为中性点不平衡电压，接地变又迅速回复为空载状态，整个过程，接地变的过载时间符合IEEE—C62.92.3标准中接地变压器负载时间的规定。
四、现有消弧线圈基础上并联另一新增消弧线圈的增容补充方法
对于调挡式的消弧线圈，原有的消弧线圈及添加的电抗器Lfj后，各档位的电抗及补偿电流如(4)、(5)式所示，此时相邻两档位的补偿电流的差值加大，接地点的残留无功电流加大；为弥补这一缺陷，可将上述电抗器换成另一新消弧线圈XLXH，如图3所示，
此时，新增消弧线圈的容量，接地变过载保护方案及接地故障选线技术方法均与上相同，只是将电抗器换成了新增消弧线圈XLXH.
此外，新憎消弧线圈后，为了将接地点无功残留控制在合理范围内，新憎消弧线圈相邻两档位的补偿电流只差应小于等于原消弧线圈最大补偿档位(该档位电抗记为Xmin)与次最大补偿档位(该档位电抗记为Xmin-1)补偿电流之差
经推导有：
X1＝Xmin*Xmin-1/(Xmin-1-Xmin) (9)
X2＝X1/2 (10)
Xi＝Xi-1*Xi-2/(2*Xi-2-Xi-1) i＝3、4....n (11)
X1、X2、Xi分别为新增消弧线圈在其第一档位、第二档位、第i档位的感抗值，n为新增消弧线圈的档位数。
随着配电网运行方式，当配电网的电容电流变化到原消弧线圈的补偿范围内时，控制器将高压接触器GYJCQ断开，使新增消弧线圈XLXH退出运行，由原消弧线圈按合适档位进行补偿；此时，接地变不存在过负载问题；
当配电网的电容电流超过原消弧线圈的补偿范围时，将原消弧线圈控制在适当补偿挡位(此时原消弧线圈的补偿感抗为Xmin)，控制器将高压接触器GYJCQ闭合，投入新增消弧线圈XLXH，同时控制新增消弧线圈至最佳补偿挡位；
此时，当配电网发生永久性单相接地故障时，接地变压器也存在过负载问题，接地变压器过载保护方案与并联电抗器的方式相同。如图4所示，
图中YH为电压互感器，其二次侧输出零序电压至过电压继电器vj的绕组线圈；配网单相接地故障发生时，零序电压3V0使得过电压继电器vj启动，其常开接地闭合，接通时间继电器tj供电回路，时间继电器tj启动后延时Ttz时间后，切除新增消弧线圈。其中Ttz：
Ttz＝Tgz/2 (12)
式中Tgz为标准IEEE—C62.92.3中规定的接地变压器过负载倍数Kgz对应的过负载时间；
Kgz＝(SXLXH+SL)/SJDB(13)
SXLXH为新增消弧线圈XLXH的容量，SJDB为原有接地变压器的容量，SL为原有消弧线圈的容量；
对于接地故障选线技术方法需要调整调挡策略，使得接地故障发生时，切除新增消弧线圈XLXH后，此时的消弧线圈补偿电流变化量，满足申请号为“201711351209.2”，名称为“基于消弧线圈接地系统的选线方法。”的发明专利中式(5)的条件，如前所述，即可按上述方法选线。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定者为准。

Claims (16)

1.一种配电网的消弧线圈增容改造方法，所述配电网包括并联连接的多条出线，该配电网的中性点通过依次串联连接的接地变压器JDB、第一消弧线圈LXH进行接地，其特征在于，包括：通过设置一电感增容电路与所述第一消弧线圈LXH形成并联电路，并同时接入所述接地变压器JDB，对现有配电网的消弧线圈容量进行扩容。
2.根据权利要求1所述的配电网消弧线圈增容改造方法，其特征在于，所述电感增容电路进一步包括：一电抗器Lfj和一与所述电抗器串联的高压接触器GYJCQ。
3.根据权利要求1所述的配电网消弧线圈增容改造方法，其特征在于，所述电感增容电路进一步包括一第二消弧线圈XLXH和一与所述第二消弧线圈串联的高压接触器GYJCQ。
4.根据权利要求2所述的配电网消弧线圈增容改造方法，其特征在于，所述电抗器Lfj的容量需要同时满足如下条件：
ILfj>Imax (1)
其中ILfj为电抗器Lfj在额定相电压下提供的补偿感性电感电流有效值，Imax给各出线电容电流有效值的最大值；
ILfj>IL-Ic (2)
其中，IL为第一消弧线圈在额定相电压下提供的补偿感性电感电流有效值，Ic为配电网系统当前测定的电容电流有效值；
SLfj<9*SL (3)
其中，SLfj为电抗器的容量，SL为第一消弧线圈的容量。
5.根据权利要求4所述的配电网消弧线圈增容改造方法，其特征在于，所述第一消弧线圈的系统各档位下的电感感抗需满足如下条件：
Xi＝X0i*XLfj/(X0i+XLfj) (4)
其中i为各挡位的序号，Xi为当前第一消弧线圈并联电抗器Lfj后的消弧线圈系统i挡位的感抗值，单位为欧姆；X0i为原有第一消弧线圈第i挡位的感抗值，单位为欧姆；XLfj为电抗器Lfj的感抗值，单位为欧姆。
6.根据权利要求5所述的配电网消弧线圈增容改造方法，其特征在于，所述第一消弧线圈的系统各档位下的补偿电流需满足如下条件：
Ili＝Ue/Xi (5)
其中，Ili为当前第一消弧线圈系统i挡位的感性补偿电流值、单位安培，Ue为当前配电网系统额定相电压、单位伏特。
7.根据权利要求3所述的配电网消弧线圈增容改造方法，其特征在于，所述第二消弧线圈相邻两档位的补偿电流之差应小于等于所述第一消弧线圈最大补偿档位与次最大补偿档位补偿电流之差。
8.根据权利要求6或7所述的配电网消弧线圈增容改造方法，其特征在于，还包括一过载保护步骤，所述过载保护步骤是通过将一过电压继电器vj的绕组接入配电网的常规母线电压互感器开口三角侧实现。
9.根据权利要求8所述的配电网消弧线圈增容改造方法，其特征在于，所述过载包括步骤还包括一延时控制步骤，用于通过将一时间继电器tj串联连接所述过电压继电器vj，对所述过电压继电器vj进行延时控制。
10.根据权利要求9所述的配电网消弧线圈增容改造方法，其特征在于，当所述配电网出现单相接地故障后，所述过电压继电器vj启动后，所述时间继电器tj延时Ttz时间后，切除所述电抗器，所述Ttz需满足如下条件：
Ttz＝Tgz/2 (6)
其中，Tgz为标准IEEE—C62.92.3中规定的接地变压器过负载倍数Kgz对应的过负载时间；
Kgz＝(SLfj+SL)/SJDB (7)
SLfj为所述电抗器的容量，SJDB为所述接地变压器的容量，SL为所述第一消弧线圈的容量。
11.根据权利要求9所述的配电网消弧线圈增容改造方法，其特征在于，当所述配电网出现单相接地故障后，所述过电压继电器vj启动后，所述时间继电器tj延时Ttz时间后，切除所述第二消弧线圈，所述Ttz需满足如下条件：
Ttz＝Tgz/2 (6)
其中，Tgz为标准IEEE—C62.92.3中规定的接地变压器过负载倍数Kgz对应的过负载时间；
Kgz＝(SXLXH+SL)/SJDB (7)
SXLXH为所述第二消弧线圈的容量，SJDB为所述接地变压器的容量，SL为所述第一消弧线圈的容量。
12.一种根据所述权利要求1-11之任一项所述的配电网消弧线圈增容改造方法的配电网，所述配电网包括并联连接的多条出线，该配电网中性点通过依次串联连接的接地变压器JDB、第一消弧线圈LXH进行接地，其特征在于，包括：还包括一电感增容电路，所述电感增容电路与所述第一消弧线圈LXH形成并联电路，并同时接入所述接地变压器JDB。
13.根据权利要求12所述的配电网，其特征在于，所述电感增容电路进一步包括：一电抗器Lfj和一与所述电抗器串联的高压接触器GYJCQ。
14.根据权利要求12所述的配电网，其特征在于，所述电感增容电路进一步包括一第二消弧线圈XLXH和一与所述第二消弧线圈串联的高压接触器GYJCQ。
15.根据权利要求13或14所述的配电网，其特征在于，还包括一过载保护电路，所述过载保护电路包括一过电压继电器vj，所述过电压继电器vj的绕组接入配电网的常规母线电压互感器开口三角侧。
16.根据权利要求15所述的配电网，其特征在于，所述过载保护电路还包括一时间继电器tj，所述时间继电器tj串联连接所述过电压继电器vj。
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