CN108987073A - 电压互感器消谐装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电压互感器消谐技术领域，是一种电压互感器消谐装置及使用方法，其包括消谐电阻和控制电路，所述消谐电阻跨接在电压互感器的开口三角处，控制电路根据电压互感器开口三角电压U_△调整消谐电阻的阻值Rx；设电压互感器开口三角电压U_△在(0,100V)范围内有N个区段，设置U_△i+为第i区段的最大电压值，对应第i区段的电压U_△i的消谐电阻为R_i等。本发明根除了电压互感器谐振，确保系统安全运行；消谐电阻根据电压互感器开口三角电压调整，消谐电阻全时段运行，吸收泄放引起电压互感器谐振的能量，不再是谐振发生后被动地去判断治理；系统故障时能够抑制电压的暂态过程，有利于保护数据处理。

Description

电压互感器消谐装置及使用方法

技术领域

本发明涉及电压互感器消谐技术领域，是一种电压互感器消谐装置及使用方法。

背景技术

目前微机消谐器是消除电压互感器谐振的主要产品，开口三角的三相绕组串联连接的结构形式，使得开口三角的输出功率与开口三角的电压关系十分复杂，使得在开口三角投入电阻的大小众说纷纭，为防止开口三角绕组过载，当检测到电压互感器谐振时，在开口三角投入一个小阻值电阻或短接开口三角。

在电压互感器开口三角投入电阻能够消除电压互感器谐振是一个公知的道理，消谐电阻越小消谐能力越好，但越易引起电压互感器绕组过载，过载使铁芯饱和引发新的谐振直至损坏电压互感器，所以现有技术采用短时间投入小阻值消谐电阻甚至短接开口三角的办法来消谐，以此防止长时间过载烧坏电压互感器。一方面，现有技术的消谐器是谐振后才采取措施，也就是被动式保护方式；另一方面，实际运行中，是单相接地还是电压互感器谐振在有些情况下难以判断，而当无法准确判断是谐振还是单相接地故障时，为了防止烧坏电压互感器消谐电阻就不投入，也就是不短接开口三角。在单相接地时，投入消谐电阻使开口三角中的绕组过载引起铁芯饱和产生新的电压互感器谐振，造成很多误区死区不能消谐，如单相接地引发的电压互感器谐振由于微机消谐器不投入消谐电阻，现有技术的微机消谐器就无能为力。

电压互感器谐振分类为工频谐振、高频谐振和分频谐振，其中，高频谐振、分频谐振的频率和工频完全不一样，微机技术很容易对此进行区分，若是开口三角只要有高频、分频量的存在就可以判断出其是高频谐振还是分频谐振，就是说微机技术可以100％发现高频、分频谐振并采取措施消除谐振，微机消谐器能够完全治理高频、分频谐振。

目前，难以解决的就是工频谐振，系统发生单相接地故障，开口三角都有工频电压，且很多工频谐振与单相接地的特征一模一样，也就是说开口三角有工频电压却无法判断是电压互感器谐振还是系统发生故障，特别是开口三角电压小于100V时，一方面单相接地时投入消谐电阻使开口三角中的绕组过载引起铁芯饱和产生新的电压互感器谐振，另一方面单相接地时投入消谐电阻会使电压互感器绕组过载烧坏电压互感器，尤其是将开口三角短接的消谐方式。高频、分频谐振完全能消谐，对于工频谐振因与单相接地故障不能准确区分，单相接地如投入的消谐电阻过小造成开口三角绕组过载引发新的谐振和电压互感器组烧坏，与单相接地特征一样的工频谐振及单相接地引发的谐振，现有微机消谐器不投入电阻而不能消谐。

发明内容

本发明提供了一种电压互感器消谐装置，克服了上述现有技术之不足，用于吸收引起电压互感器谐振的能量，实现的源头上治理电压互感器谐振。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种电压互感器消谐装置，包括消谐电阻和控制电路，所述消谐电阻跨接在电压互感器的开口三角处，控制电路根据电压互感器开口三角电压U_△调整消谐电阻的阻值Rx；

设电压互感器开口三角电压U_△在(0,100V)范围内有N个区段，设U_△i+为第i区段的最大电压值，对应第i区段的电压U_△i的消谐电阻为R_i，计算公式为：

其中，N为自然数；i＝1,2，……，N；K为电压互感器电压励磁倍数；S为电压互感器额定功率；

电压互感器开口三角变化范围为(U_△i-1，U_△i)，控制电路调整消谐电阻阻值为R_i，吸收引起电压互感器谐振的能量。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述监测电压互感器开口三角电压U_△，当U_△＝0时，设置消谐电阻阻值Rx大于0。

上述当电压互感器开口三角电压U_△从几伏突变到几十伏时，调整消谐电阻至少2次，且监测突变后的电压互感器的电压值小于电压互感器开口三角电压U_△过载下的电压值。

本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种电压互感器消谐装置的使用方法，包括以下步骤：

(1)估算开口三角三个绕组中出现最大电压绕组的电压，

电压互感器开口三角电压是中性点对地电压U₀的3倍，即U_△＝3U₀，中性点漂移到P点时的电压矢量为矢量和为与的矢量和为

设中性点漂移到P点的电压为U₀，以0点为中心U₀为半径画圆，U_a为最大相，只有P点在Q点位置时，Ua最大，且：

U_a＝33.33+U₀＝(100+U_Δ)/3 (2)

当中性点发生漂移时，用式(1)估算的最大相电压值不小于最大相实际电压值，无论是负荷不平衡还是单相接地、两相短路等故障造成中性点漂移时，三相中最大相电压值通过式(2)估算，故：

U_M＝(100+U_Δ)/3 (3)；

(2)求开口三角跨接的消谐电阻，

开口三角的电流I为：I＝U_Δ/R_X，为了开口三角绕组运行中不过载，开口三角绕组是串联连接，流经所有绕组的电流是一样的，因而只要最大相电压的绕组不过载其它两个绕组就不会过载，最大相电压绕组的运行功率小于等于其极限功率即可，U_MI≥KS，则：

(100+U_Δ)U_Δ/3R_X≥KS (4)

所以消谐电阻R_X的自动跟踪公式为：

R_X≤(100+U_Δ)U_Δ/3KS (5)

其中，K为电压互感器励磁特性额定电压因数；S为电压互感器开口三角每相绕组的额定视在功率；

(3)简化条件求消谐电阻，

当U_△＝100时，这个电压值也是三个绕组电压的最大值，对应一个电流最大值

将U_M＝57.7V带入式(5)或者从R_X＝U_△/I_M推导，我们可以得出同样的结果：

对于式(5)为绕组最大电压恒定方式调整消谐电阻，

将式(5)变形为开口三角每个绕组额定电压33.33V下的极限电流为KS/33.33＝3KS/100，因而式(6)是绕组最大极限电流恒定方式调整消谐电阻；

(4)将消谐电阻分段控制，

对于K值和S值确定的电压互感器，开口三角电压U_△按照0～100V分为N个区段，对于第i区段，消谐电阻R_X为R_i，最大电压为U_△i+，最小电压为U_△i-，则消谐电阻为：

R_i≤(100+U_Δi+)U_Δi+/3KS (7)

其中，N＞1，i＝1,2,……,N；

当消谐电阻R_X运行在第i区段时，监测开口三角电压U_Δ，当U_Δ＞U_Δi+或U_Δ＞U_Δi-时，调整消谐电阻R_X至新监测开口三角电压U_Δ对应的区段。

本发明根除了电压互感器谐振，确保系统安全运行；消谐电阻根据电压互感器开口三角电压调整，消谐电阻全时段运行，吸收泄放引起电压互感器谐振的能量，不再是谐振发生后被动地去判断治理；系统故障时能够抑制电压的暂态过程，有利于保护数据处理。

附图说明

附图1为本发明电压互感器开口三角跨接自动跟踪消谐电阻接线示意图。

附图2为本发明实施例2的U_Δ＝3U₀电压矢量解析图。

附图3为本发明实施例2的U_M＝(100+U_Δ)/3值最大的电压矢量分析图。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：

实施例1：如附图1所示，该电压互感器消谐装置，包括消谐电阻和控制电路，所述消谐电阻跨接在电压互感器的开口三角处，控制电路根据电压互感器开口三角电压U_△调整消谐电阻的阻值Rx；

设电压互感器开口三角电压U_△在(0,100V)范围内有N个区段，设U_△i+为第i区段的最大电压值，对应第i区段的电压U_△i的消谐电阻为R_i，计算公式为：

其中，N为自然数；i＝1,2，……，N；K为电压互感器电压励磁倍数；S为电压互感器额定功率；

电压互感器开口三角变化范围为(U_△i-1，U_△i)，控制电路调整消谐电阻阻值为R_i，吸收引起电压互感器谐振的能量。

可根据实际需要，对上述电压互感器消谐装置作进一步优化或/和改进：

如附图1所示，监测电压互感器开口三角电压U_△，当U_△＝0时，设置消谐电阻阻值Rx大于0。

如附图1所示，当电压互感器开口三角电压U_△从几伏突变到几十伏时，调整消谐电阻至少2次，且监测突变后的电压互感器的电压值小于电压互感器开口三角电压U_△过载下的电压值。

实施例2：如附图1、2、3所示，一种电压互感器消谐装置的使用方法，包括以下步骤：

(1)估算开口三角三个绕组中出现最大电压绕组的电压，

电压互感器开口三角电压是中性点对地电压U₀的3倍，即U_△＝3U₀，中性点漂移到P点时的电压矢量为矢量和为与的矢量和为

设中性点漂移到P点的电压为U₀，以0点为中心U₀为半径画圆，U_a为最大相，只有P点在Q点位置时，Ua最大，且：

U_a＝33.33+U₀＝(100+U_Δ)/3 (2)

当中性点发生漂移时，用式(1)估算的最大相电压值不小于最大相实际电压值，无论是负荷不平衡还是单相接地、两相短路等故障造成中性点漂移时，三相中最大相电压值通过式(2)估算，故：

U_M＝(100+U_Δ)/3 (3)；

(2)求开口三角跨接的消谐电阻，

开口三角的电流I为：I＝U_Δ/R_X，为了开口三角绕组运行中不过载，开口三角绕组是串联连接，流经所有绕组的电流是一样的，因而只要最大相电压的绕组不过载其它两个绕组就不会过载，最大相电压绕组的运行功率小于等于其极限功率即可，U_MI≥KS，则：

(100+U_Δ)U_Δ/3R_X≥KS (4)

所以消谐电阻R_X的自动跟踪公式为：

R_X≤(100+U_Δ)U_Δ/3KS (5)

其中，K为电压互感器励磁特性额定电压因数；S为电压互感器开口三角每相绕组的额定视在功率；

(3)简化条件求消谐电阻，

当U_△＝100时，这个电压值也是三个绕组电压的最大值，对应一个电流最大值

将U_M＝57.7V带入式(5)或者从R_X＝U_△/I_M推导，我们可以得出同样的结果：

对于式(5)为绕组最大电压恒定方式调整消谐电阻，

将式(5)变形为开口三角每个绕组额定电压33.33V下的极限电流为KS/33.33＝3KS/100，因而式(6)是绕组最大极限电流恒定方式调整消谐电阻；

(4)将消谐电阻分段控制，

对于K值和S值确定的电压互感器，开口三角电压U_△按照0～100V分为N个区段，对于第i区段，消谐电阻R_X为R_i，最大电压为U_△i+，最小电压为U_△i-，则消谐电阻为：

R_i≤(100+U_Δi+)U_Δi+/3KS (7)

其中，N＞1，i＝1,2,……,N；

当消谐电阻R_X运行在第i区段时，监测开口三角电压U_Δ，当U_Δ＞U_Δi+或U_Δ＞U_Δi-时，调整消谐电阻R_X至新监测开口三角电压U_Δ对应的区段。

上述步骤(4)当然也可以监测开口三角电流间接获得开口三角电压U_Δ。也可以同时监测开口三角电压、电流增加可靠性。

实施例3：已知电压互感器励磁特性额定电压因数K＝1.9，开口三角绕组每相功率S＝50VA，系统运行最大电压为额定电压的1.1倍以下，长期运行在开口三角电压U_△＝5V，在T1时间U_△突变为U_△＝70V，在T2时间U_△又恢复到U_△＝100V，在T3时间U_△又恢复到U_△＝5V，自动跟踪开口三角电压调整消谐电阻。

由于系统运行最大电压为额定电压的1.1倍以下，根据式(8)，在U_△＝5V时的消谐电阻R_X＝2.02欧姆，取R₅＝2.5欧姆；U_△＝80V时的消谐电阻R_X＝55.57欧姆欧姆，取R₈₀＝56欧姆；U_△＝100V时的消谐电阻R_X＝77.19欧姆，取R₁₀₀＝78欧姆。

首先在系统长期运行在U_△＝5V时，在开口三角跨接的电阻为R_X＝R₅＝2.5欧姆；在T1时间测量到U_△突变到80V，将消谐电阻调整到R_X＝R₈₀＝56欧姆；在T2时间测量到U_△突变到100V，将消谐电阻调整到R_X＝R₁₀₀＝78欧姆；在T3时间开口三角电压又恢复到U_△＝5V，将消谐电阻调整到R_X＝R₅＝2.5欧姆。

实施例4：已知电压互感器励磁特性额定电压因数K＝2.5，开口三角绕组每相功率S＝50VA，由于是末端变电所，又是长线路供电负荷不稳定的边远泵站变电所，系统电容效应非常严重，在没有负荷时电压很高，故系统运行最大电压为额定电压的1.2倍以下，长期运行在开口三角电压U_△＝0V，在T1时间U_△突变为U_△＝70V，在T2时间U_△又恢复到U_△＝100V，在T3时间U_△又恢复到U_△＝0V，自动跟踪开口三角电压调整消谐电阻。

根据式(8)，在U_△＝0V时的消谐电阻R_X＝0欧姆，短接开口三角无法再监测开口三角时，取R₀＝1欧姆；U_△＝70V时的消谐电阻R_X＝38.79欧姆欧姆，取R₇₀＝40欧姆；U_△＝100V时的消谐电阻R_X＝55.42欧姆，取R₁₀₀＝60欧姆。

首先在系统长期运行在U_△＝0V时，在开口三角跨接的电阻为R_X＝R₀＝1欧姆；在T1时间测量到U_△突变到70V，将消谐电阻调整到R_X＝R₇₀＝40欧姆；在T2时间测量到U_△突变到100V，将消谐电阻调整到R_X＝R₁₀₀＝60欧姆；在T3时间开口三角电压又恢复到U_△＝0V，将消谐电阻调整到R_X＝R₀＝1欧姆。

以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (4)

1.一种电压互感器消谐装置，其特征在于包括消谐电阻和控制电路，所述消谐电阻跨接在电压互感器的开口三角处，控制电路根据电压互感器开口三角电压U_△调整消谐电阻的阻值Rx；

设电压互感器开口三角电压U_△在(0,100V)范围内有N个区段，设U_△i+为第i区段的最大电压值，对应第i区段的电压U_△i的消谐电阻为R_i，计算公式为：

其中，N为自然数；i＝1,2，……，N；K为电压互感器电压励磁倍数；S为电压互感器额定功率；

电压互感器开口三角变化范围为(U_△i-1，U_△i)，控制电路调整消谐电阻阻值为R_i，吸收引起电压互感器谐振的能量。

2.根据权利要求1所述的电压互感器消谐装置，其特征在于监测电压互感器开口三角电压U_△，当

U_△＝0时，设置消谐电阻阻值Rx大于0。

3.根据权利要求1所述的电压互感器消谐装置，其特征在于当电压互感器开口三角电压U_△从几伏突变到几十伏时，调整消谐电阻至少2次，且监测突变后的电压互感器的电压值小于电压互感器开口三角电压U_△过载下的电压值。

4.一种使用权利要求1至3任一项所述的电压互感器消谐装置的消谐方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)估算开口三角三个绕组中出现最大电压绕组的电压，

电压互感器开口三角电压是中性点对地电压U₀的3倍，即U_△＝3U₀，中性点漂移到P点时的电压矢量为矢量和为与的矢量和为

设中性点漂移到P点的电压为U₀，以0点为中心U₀为半径画圆，U_a为最大相，只有P点在Q点位置时，Ua最大，且：

U_a＝33.33+U₀＝(100+U_Δ)/3 (2)

当中性点发生漂移时，用式(1)估算的最大相电压值不小于最大相实际电压值，无论是负荷不平衡还是单相接地、两相短路等故障造成中性点漂移时，三相中最大相电压值通过式(2)估算，故：

U_M＝(100+U_Δ)/3 (3)；

(2)求开口三角跨接的消谐电阻，

开口三角的电流I为：I＝U_Δ/R_X，为了开口三角绕组运行中不过载，开口三角绕组是串联连接，流经所有绕组的电流是一样的，因而只要最大相电压的绕组不过载其它两个绕组就不会过载，最大相电压绕组的运行功率小于等于其极限功率即可，U_MI≥KS，则：

(100+U_Δ)U_Δ/3R_X≥KS (4)

所以消谐电阻R_X的自动跟踪公式为：

R_X≤(100+U_Δ)U_Δ/3KS (5)

其中，K为电压互感器励磁特性额定电压因数；S为电压互感器开口三角每相绕组的额定视在功率；

(3)简化条件求消谐电阻，

当U_△＝100时，这个电压值也是三个绕组电压的最大值，对应一个电流最大值

将U_M＝57.7V带入式(5)或者从R_X＝U_△/I_M推导，我们可以得出同样的结果：

对于式(5)为绕组最大电压恒定方式调整消谐电阻，

将式(5)变形为开口三角每个绕组额定电压33.33V下的极限电流为KS/33.33＝3KS/100，因而式(6)是绕组最大极限电流恒定方式调整消谐电阻；

(4)将消谐电阻分段控制，

对于K值和S值确定的电压互感器，开口三角电压U_△按照0～100V分为N个区段，对于第i区段，消谐电阻R_X为R_i，最大电压为U_△i+，最小电压为U_△i-，则消谐电阻为：

R_i≤(100+U_Δi+)U_Δi+/3KS (7)

其中，N＞1，i＝1,2,……,N；

当消谐电阻R_X运行在第i区段时，监测开口三角电压U_Δ，当U_Δ＞U_Δi+或U_Δ＞U_Δi-时，调整消谐电阻R_X至新监测开口三角电压U_Δ对应的区段。