CN108321784B - 一种基于消弧线圈并恒定有功电流的中性点接地方法 - Google Patents

一种基于消弧线圈并恒定有功电流的中性点接地方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于消弧线圈并恒定有功电流的中性点接地方法。首先在设计的恒定有功电流回路的基础上，计算选取最有的恒定有功电流值，并根据该电流值选取恒定电流回路的电阻值。当配电网发生单相接地故障时，通过检测系统零序电压的大小确定并控制恒定有功电流回路的开关状态和可控硅的导通角，实现单相接地故障下的中性点经消弧线圈并恒定有功电流接地。本发明提高了中性点经消弧线圈并电阻接地配电网单相接地故障保护和选线的准确性，同时也不影响消弧线圈的补偿效果。

Description

一种基于消弧线圈并恒定有功电流的中性点接地方法
技术领域
本发明属于电力系统自动化技术领域，特别涉及了一种基于消弧线圈并恒定有功电流的中性点接地方法。
背景技术
中性点经消弧线圈接地配电网的单相接地故障选线一直是继电保护的一个难点。由于中性点经消弧线圈接地配电网发生单相接地故障时故障特征比较复杂，故障类型多，接地点电流由于消弧线圈的补偿作用相对较小，因此严重地影响了接地故障选线的准确性。
为此，大量电力工作者提出了中性点经消弧线圈并电阻接地方法。该方法既可以防止消弧线圈接地配电网发生谐振，又可利用该电阻的有功电流来实现选线。该接地方法有效地促进了中性点经消弧线圈接地方式的推广。但是由于配电网发生单相接地故障时既可能是金属性接地故障也可能是高阻接地故障，其故障时零序电压的变化范围较大(一般可在10％到100％额定相电压之间)。因此，消弧线圈所并电阻产生的有功电流也会随着接地故障的故障电阻变化，严重影响了配电网单相接地保护和选线的准确性。
发明内容
为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种基于消弧线圈并恒定有功电流的中性点接地方法，提高中性点经消弧线圈并电阻接地配电网单相接地故障保护和选线的准确性，同时也不影响消弧线圈的补偿效果。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
一种基于消弧线圈并恒定有功电流的中性点接地方法，包括以下步骤：
(1)在消弧线圈二次侧并联恒定有功电流回路，该恒定有功电流回路包括电阻、可控硅和开关；
(2)根据配电网和消弧线圈的相关参数，确定配电网发生单相接地故障后消弧线圈的补偿效果，计算出恒定有功电流的最大值；
(3)根据配电网接地选线装置的测量精度，在考虑可靠性的基础上确定出恒定有功电流的最小值；
(4)根据恒定有功电流的最大值和最小值，确定出恒定有功电流的最优值；
(5)计算恒定有功电流回路中各电阻的参数；
(6)当发生单相接地故障时，根据检测到的零序电压值，求出产生最优恒定有功电流所需的消弧线圈二次侧电阻值，从而控制有功电流回路中的开关状态和可控硅导通角，产生最优恒定有功电流；
(7)继续监测零序电压，当单相接地故障消失后，定有功电流回路回归初始状态。
进一步地，在步骤(2)中，恒定有功电流的最大值的计算式如下：
上式中，Ih·max为恒定有功电流的最大值，Id为消弧线圈未并联恒定有功电流回路补偿后接地点的剩余电流，Ic为配电网接地电容电流，k1为裕度系数，Ix为配电网自熄灭电流；
设Ix1为Ix的下限值，Ix2为Ix的上限值，令Ix＝Ix1、Ix＝Ix2分别代入上式中，得到相应的恒定有功电流的最大值Ih·max1、Ih·max2。
进一步地，在步骤(3)中，恒定有功电流的最小值的计算式如下：
Ih·min＝k2·Ij
上式中，Ih·min为恒定有功电流的最小值，Ij为可实现有关分量选线的有功电流最小值，k2为可靠系数。
进一步地，在步骤(2)中，Ix1取10A，Ix2取15A，0.4≤k1≤0.5，当无法确定Id、Ic值时，Ih·max1取10A，Ih·max2取12A；在步骤(3)中，1.3≤k2≤1.5，当无法确定Ij值时，Ih·min取5A。
进一步地，在步骤(4)中，恒定有功电流的最优值的确定方法如下：
当Ih·min≤Ih·max1，Ih＝0.5(Ih·min+Ih·max1)；
当Ih·max1≤Ih·min≤Ih·max2，Ih＝Ih·min；
当Ih·min≥Ih·max2，调整消弧线圈的控制方式，提高补偿效果减小接地点剩余电流Id的值，以满足Ih·max1≤Ih·min≤Ih·max2的条件；
Ih为恒定有功电流的最优值，将Ih按比例换算到消弧线圈二次电流值I′h。
进一步地，在步骤(1)中，所述恒定有功电流回路包括五条并联支路，其中第一条并联支路由串联的电阻R1和开关K1构成，第二条并联支路由串联的电阻R2和开关K2构成，第三条并联支路由串联的电阻R3和开关K3构成，第四条并联支路由串联的电阻R4和开关K4构成，第五条并联之路由串联的电阻R5和可控硅S1构成。
进一步地，在步骤(5)中，恒定有功电流回路中各电阻的参数计算式如下：
上式中，U′0·e为配电网额定相电压转换到消弧线圈二次侧的额度电压值，I′h是Ih转换到消弧线圈二次侧电流的电流值。
进一步地，在步骤(6)中，首先采用下式计算求出产生最优恒定有功电流所需的消弧线圈二次侧电阻值：
上式中，R为产生最优恒定有功电流所需的消弧线圈二次侧电阻值，U′0为故障时测量的零序电压转换到消弧线圈二次侧的有效值；
然后求出R1、R2、R3、R4在各种并联情况下其并联电阻值最接近R且大于R的组合，然后根据R1、R2、R3、R4的组合状态控制开关K1、K2、K3、K4的投切状态来产生最优恒定有功电流I′h的大部分I″h，通过控制可控硅S1的导通角产生I′h的小部分I″′h，I″′h＝I′h-I″h。
进一步地，可控硅S1的导通角计算式如下：
上式中，α为可控硅S1的导通角。
进一步地，当多台消弧线圈并列运行时，要求多台消弧线圈二次侧的总有功电流恒定不变。
采用上述技术方案带来的有益效果：
本发明主要针对中性点经消弧线圈并电阻接地配电网发生单相接地故障时接地选线准确性不高而提出的一种中性点经消弧线圈并恒定有功电流的新型配电网中性点接地方法。本发明是在中性点经消弧线圈并电阻接地方法的基础上，对电阻回路进行有效改进而来，使配电网发生故障时消弧线圈所并电阻提供的有功电流在任何情况下都为一恒定的电流，该恒定有功电流的大小不随零序电压、故障点过渡电阻等因素的影响具有恒定不变的特点。该有功电流的大小既要保证单相接地保护和选线的准确性，又要尽量减小故障点的接地电流以便于故障的熄灭。本发明可有效解决中性点经消弧线圈接地配电网的单相接地故障保护与选线的问题，可有效提高配电网运行的安全性和可靠性。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是本发明中恒定有功电流回路结构的一种实施图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
一种基于消弧线圈并恒定有功电流的中性点接地方法，如图1所示，具体步骤如下。
步骤1：在消弧线圈二次侧并联恒定有功电流回路，该恒定有功电流回路包括电阻、可控硅和开关。
在本实施例中，所述恒定有功电流回路的结构如图2所示，包括五条并联支路，其中第一条并联支路由串联的电阻R1和开关K1构成，第二条并联支路由串联的电阻R2和开关K2构成，第三条并联支路由串联的电阻R3和开关K3构成，第四条并联支路由串联的电阻R4和开关K4构成，第五条并联之路由串联的电阻R5和可控硅S1构成。开关开合状态和可控硅的导通角可由微机控制。
步骤2：根据配电网和消弧线圈的相关参数，确定配电网发生单相接地故障后消弧线圈的补偿效果，计算出恒定有功电流的最大值。
恒定有功电流的最大值的计算式如下：
上式中，Ih·max为恒定有功电流的最大值，Id为消弧线圈未并联恒定有功电流回路补偿后接地点的剩余电流，Ic为配电网接地电容电流，k1为裕度系数，Ix为配电网自熄灭电流；
设Ix1为Ix的下限值，Ix2为Ix的上限值，令Ix＝Ix1、Ix＝Ix2分别代入上式中，得到相应的恒定有功电流的最大值Ih·max1、Ih·max2。在本实施例中，Ix1取10A，Ix2取15A，0.4≤k1≤0.5，当无法确定Id、Ic值时，Ih·max1取10A，Ih·max2取12A。
步骤3：根据配电网接地选线装置的测量精度，在考虑可靠性的基础上确定出恒定有功电流的最小值。
恒定有功电流的最小值的计算式如下：
Ih·min＝k2·Ij
上式中，Ih·min为恒定有功电流的最小值，Ij为可实现有关分量选线的有功电流最小值，k2为可靠系数。在本实施例中，1.3≤k2≤1.5，当无法确定Ij值时，Ih·min取5A。
步骤4：根据恒定有功电流的最大值和最小值，确定出恒定有功电流的最优值。确定恒定电流最大值是为了尽量减小故障点剩余电流，而确定恒定电流最小值是为了满足选线准确性的要求。
当Ih·min≤Ih·max1，Ih＝0.5(Ih·min+Ih·max1)；
当Ih·max1≤Ih·min≤Ih·max2，Ih＝Ih·min；
当Ih·min≥Ih·max2，调整消弧线圈的控制方式，提高补偿效果减小接地点剩余电流Id的值，以满足Ih·max1≤Ih·min≤Ih·max2的条件；
Ih为恒定有功电流的最优值，将Ih按比例换算到消弧线圈二次电流值I′h。
步骤5：计算恒定有功电流回路中各电阻的参数：
上式中，U′0·e为配电网额定相电压转换到消弧线圈二次侧的额度电压值。
步骤6：当发生单相接地故障时，根据检测到的零序电压值，求出产生最优恒定有功电流所需的消弧线圈二次侧电阻值，从而控制有功电流回路中的开关状态和可控硅导通角，产生最优恒定有功电流。
首先采用下式计算求出产生最优恒定有功电流所需的消弧线圈二次侧电阻值：
上式中，R为产生最优恒定有功电流所需的消弧线圈二次侧电阻值，U′0为故障时测量的零序电压转换到消弧线圈二次侧的有效值；
然后求出R1、R2、R3、R4在各种并联情况下其并联电阻值最接近R且大于R的组合，然后根据R1、R2、R3、R4的组合状态控制开关K1、K2、K3、K4的投切状态来产生最优恒定有功电流I′h的大部分I″h，通过控制可控硅S1的导通角产生I′h的小部分I″′h，I″′h＝I′h-I″h。这样可以减少谐波含量。
可控硅S1的导通角计算式如下：
上式中，α为可控硅S1的导通角。
步骤7：继续监测零序电压，当单相接地故障消失后，定有功电流回路回归初始状态。
初始状态根据消弧线圈控制方式的要求来设定。当为随调式消弧线圈时由于不需要消弧线圈并联阻尼，此时K1、K2、K3、K4都处于打开状态，可控硅S1也处于不导通状态，消弧线圈无并联阻尼；当为预调式消弧线圈时由于需要一定的阻尼防止发生谐振，消弧线圈必须并联一阻尼，此时可使K2、K3、K4打开、S1也处于不导通状态，K1闭合使得预调式消弧线圈并电阻R1运行(也可是并其它电阻运行)。
当多台消弧线圈并列运行时，要求多台消弧线圈二次侧的总有功电流恒定不变。
实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于消弧线圈并恒定有功电流的中性点接地方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在消弧线圈二次侧并联恒定有功电流回路，该恒定有功电流回路包括电阻、可控硅和开关；
(2)根据配电网和消弧线圈的相关参数，确定配电网发生单相接地故障后消弧线圈的补偿效果，计算出恒定有功电流的最大值；
恒定有功电流的最大值的计算式如下：
上式中，Ih·max为恒定有功电流的最大值，Id为消弧线圈未并联恒定有功电流回路补偿后接地点的剩余电流，Ic为配电网接地电容电流，k1为裕度系数，Ix为配电网自熄灭电流；
设Ix1为Ix的下限值，Ix2为Ix的上限值，令Ix＝Ix1、Ix＝Ix2分别代入上式中，得到相应的恒定有功电流的最大值Ih·max1、Ih·max2；
(3)根据配电网接地选线装置的测量精度，在考虑可靠性的基础上确定出恒定有功电流的最小值；
恒定有功电流的最小值的计算式如下：
Ih·min＝k2·Ij
上式中，Ih·min为恒定有功电流的最小值，Ij为实现有关分量选线的有功电流最小值，k2为可靠系数；
(4)根据恒定有功电流的最大值和最小值，确定出恒定有功电流的最优值；
(5)计算恒定有功电流回路中各电阻的参数；
(6)当发生单相接地故障时，根据检测到的零序电压值，求出产生最优恒定有功电流所需的消弧线圈二次侧电阻值，从而控制有功电流回路中的开关状态和可控硅导通角，产生最优恒定有功电流；
(7)继续监测零序电压，当单相接地故障消失后，定有功电流回路回归初始状态。
2.根据权利要求1所述基于消弧线圈并恒定有功电流的中性点接地方法，其特征在于，在步骤(2)中，Ix1取10A，Ix2取15A，0.4≤k1≤0.5，当无法确定Id、Ic值时，Ih·max1取10A，Ih·max2取12A；
在步骤(3)中，1.3≤k2≤1.5，当无法确定Ij值时，Ih·min取5A。
3.根据权利要求1所述基于消弧线圈并恒定有功电流的中性点接地方法，其特征在于，在步骤(4)中，恒定有功电流的最优值的确定方法如下：
当Ih·min≤Ih·max1，Ih＝0.5(Ih·min+Ih·max1)；
当Ih·max1≤Ih·min≤Ih·max2，Ih＝Ih·min；
当Ih·min≥Ih·max2，调整消弧线圈的控制方式，提高补偿效果减小接地点剩余电流Id的值，以满足Ih·max1≤Ih·min≤Ih·max2的条件；
Ih为恒定有功电流的最优值，将Ih按比例换算到消弧线圈二次电流值I′h。
4.根据权利要求3所述基于消弧线圈并恒定有功电流的中性点接地方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述恒定有功电流回路包括五条并联支路，其中第一条并联支路由串联的电阻R1和开关K1构成，第二条并联支路由串联的电阻R2和开关K2构成，第三条并联支路由串联的电阻R3和开关K3构成，第四条并联支路由串联的电阻R4和开关K4构成，第五条并联之路由串联的电阻R5和可控硅S1构成。
5.根据权利要求4所述基于消弧线圈并恒定有功电流的中性点接地方法，其特征在于，在步骤(5)中，恒定有功电流回路中各电阻的参数计算式如下：
上式中，U′0·e为配电网额定相电压转换到消弧线圈二次侧的额度电压值，I′h是Ih转换到消弧线圈二次侧电流的电流值。
6.根据权利要求4或5所述基于消弧线圈并恒定有功电流的中性点接地方法，其特征在于，在步骤(6)中，首先采用下式计算求出产生最优恒定有功电流所需的消弧线圈二次侧电阻值：
上式中，R为产生最优恒定有功电流所需的消弧线圈二次侧电阻值，U′0为故障时测量的零序电压转换到消弧线圈二次侧的有效值；
然后求出R1、R2、R3、R4在各种并联情况下其并联电阻值最接近R且大于R的组合，然后根据R1、R2、R3、R4的组合状态控制开关K1、K2、K3、K4的投切状态来产生最优恒定有功电流I′h的大部分I″h，通过控制可控硅S1的导通角产生I′h的小部分I″′h，I″′h＝I′h-I″h。
7.根据权利要求6所述基于消弧线圈并恒定有功电流的中性点接地方法，其特征在于，可控硅S1的导通角计算式如下：
上式中，α为可控硅S1的导通角。
8.根据权利要求1-5中任意一项所述基于消弧线圈并恒定有功电流的中性点接地方法，其特征在于，当多台消弧线圈并列运行时，要求多台消弧线圈二次侧的总有功电流恒定不变。
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