CN110323731B - 电压互感器一次侧中性点可控阻抗消谐装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电压互感器一次侧中性点可控阻抗消谐装置，包括控制器和一次消谐可控阻抗，一次消谐可控阻抗由开关K和阻抗Z组成，开关K与阻抗Z为并联或串联；一次消谐可控阻抗的一端连接电压互感器一次中性点，另一端接地；控制器根据电压互感器二次侧三相电压和/或电压互感器二次侧开口三角电压判断电压互感器发生谐振和系统发生单相接地，当电压互感器谐振时或当电网发生单相接地时，由控制器控制开关K交替开合，交替改变电压互感器所在电路的电路参数，使谐振消失，或防止电压互感器产生谐振；正常运行时，开关K保持开合状态不变。本发明能实现电压互感器一次消谐，确保系统安全运行。

Description

电压互感器一次侧中性点可控阻抗消谐装置

技术领域

本发明涉及电压互感器一次消谐装置和线路停电电压互感器中性点自动与地绝缘的装置。

背景技术

电压互感器简称PT，电压互感器谐振是电网常见的故障，GB50064《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》在第6条中给出了多种消除谐振和过电压的措施，包括：

1、选用励磁特性饱和点较高的电磁式电压互感器；

2、减少同一系统中电压互感器中性点接地的数量，除电源侧电压互感器高压绕组中性点接地外，其它电压互感器中性点尽可能不接地；

3、个别情况下，在10kV及以下的母线上装设中性点接地的星形接线电容器组或用一段电缆代替架空线路以减少X_C0，使X_C0＜0.01X_m；

4、在电压互感器的开口三角形绕组装设

的电阻(K₁₃为互感器一次绕组与开口三角形绕组的变比，X_m为电压互感器在线电压作用下单相绕组的励磁电抗)或装设其它专门消除此类铁磁谐振的装置；

5、在电压互感器高压绕组中性点接入单相电压互感器或消谐装置。

但是，电压互感器谐振依然频发。

在2000年以前出版的《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》中，还有电压互感器中性点经电阻接地消谐措施，但由于电阻经常烧毁而被弃用。近几年已有采用非线性电阻如碳化硅、热敏电阻等材料的一次消谐器，但是，一方面非线性电阻影响电压判据保护的准确性和可靠性，向系统注入非线性量不利于系统安全运行；另一方面非线性电阻使得电压互感器的中性点对地相当于绝缘，使得需要对地电压实施保护的保护设备不能正常工作；再有，碳化硅一次消谐器与电压互感器一起烧毁的事故频发。

此外，线路在停电后，尤其是系统故障后，在送电前对线路做耐压试验时，如使用直流试送仪对线路做直流耐压试验，则需要通过人工拉开线路上所有的PT，这个过程费时费力，只要有一个PT没有被拉开，则试验就无法实施。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种电压互感器一次侧中性点可控阻抗消谐装置，当电压互感器谐振时，控制器控制开关K交替开合，不断改变电压互感器所在电路的电路参数破坏谐振条件，从而消除电压互感器谐振，确保系统安全运行；在电压互感器停电后自动使电压互感器中性点对地绝缘，保证线路送电前的耐压试验顺利进行。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明电压互感器一次侧中性点可控阻抗消谐装置的结构特点是：所述电压互感器一次侧中性点可控阻抗消谐装置包括控制器和一次消谐可控阻抗Z_x，所述一次消谐可控阻抗Z_x由开关K和阻抗Z组成，开关K与阻抗Z为并联或串联；所述一次消谐可控阻抗Z_x一端连接电压互感器一次中性点，另一端接地；所述控制器根据电压互感器二次侧三相电压和/或电压互感器二次侧开口三角电压判断电压互感器发生谐振和系统发生单相接地，选择如下方式一、方式二或方式三控制所述开关K的开合；

方式一：当电压互感器谐振时，由所述控制器控制开关K交替开合，从而交替改变电压互感器所在电路的电路参数，破坏电压互感器谐振的条件，直至谐振消失，电压互感器的电压恢复正常；

方式二：当电网发生单相接地时，由所述控制器控制开关K在延迟时间T后开始交替开合，防止电压互感器产生谐振，20ms≤T≤1000ms；

方式三：当开口三角电压大于15V时，控制器驱动开关K交替开合；

在正常运行时，所述开关K保持为开状态不变或保持为合状态不变。

本发明电压互感器一次侧中性点可控阻抗消谐装置的结构特点也在于：针对在电网线路绝缘耐压试验，设置开关K1与所述一次消谐可控阻抗Z_x串联连接，控制所述开关K1的开合，以满足电网线路绝缘耐压试验条件，所述电网线路绝缘耐压试验条件是指电压互感器中性点与地之间处于断开的状态。

本发明电压互感器一次侧中性点可控阻抗消谐装置的结构特点也在于：针对在电网线路绝缘耐压试验，在电压互感器一次侧停电时打开开关K，使所述电压互感器的中性点对地绝缘，以满足电网线路绝缘耐压试验条件，所述电网线路绝缘耐压试验条件是指电压互感器中性点与地之间的泄露电流不大于100mA；所述中性点对地绝缘是指中性点对地的阻抗不小于80kΩ。

本发明电压互感器一次侧中性点可控阻抗消谐装置的结构特点也在于：在电网线路绝缘耐压试验时，针对将开关K和阻抗Z串联连接的一次消谐可控阻抗Z_x，设置阻抗Z＝0。

本发明电压互感器一次侧中性点可控阻抗消谐装置的结构特点也在于：在电网线路绝缘耐压试验时，针对将开关K和阻抗Z并联连接的一次消谐可控阻抗Z_x，设置阻抗Z的阻抗值不小于80kΩ。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明实现电压互感器一次消谐，确保系统安全运行；

2、本发明中可控阻抗的开关交替开合，不断改变电压互感器所在电路的电路参数破坏谐振条件，实现从电路参数的角度消除电压互感器谐振，有力保证了电压互感器安全运行；

3、本发明在电压互感器停电后自动使电压互感器中性点对地绝缘，有利于线路送电前的耐压试验。

附图说明

图1为电压互感器一次侧中性点可控阻抗消谐装置接线原理图；

图2a、图2b、图2c和图2d为开关K与阻抗Z并联形式的一次消谐可控阻抗示意图；

图3a、图3b、图3c和图3d为开关K与阻抗Z串联形式的一次消谐可控阻抗示意图；

图4a、图4b、图4c和图4d为开关K与阻抗Z串并联形式的一次消谐可控阻抗示意图；

图5为A相单相接地时三相电压之间的关系图；

图6为一次消谐可控阻抗与开关串联连接的示意图；

图中标号：Z_x为一次消谐可控阻抗，K、K1为开关，C为电容，L为电感，RF为非线性电阻，R、R1为电阻。

具体实施方式

铁磁谐振过电压现象是电力系统中一种比较常见的内部过电压现象，这种电压持续时间长，甚至能长时间自保持，它是导致电压互感器毁坏的主要原因之一，同时也是电力系统中某些重大事故的诱发原因之一，对电力系统的安全运行构成了极大的威胁。

电磁式互感器的非线性铁芯是产生谐振的根本原因，电磁式电压互感器相等于一个带铁芯的电感元件，因为铁芯是非线性的，当系统受到某种扰动时，励磁电流发生变化，互感器的电感值发生变化，当电感L与回路中的电容C满足ωL＝1/ωC时，谐振产生；若是改变电路参数，从而破坏了谐振条件，谐振就会停止。

本实施例中电压互感器一次侧中性点可控阻抗消谐装置包括控制器和一次消谐可控阻抗Z_x，一次消谐可控阻抗Z_x由开关K和阻抗Z组成，开关K与阻抗Z为并联或串联；一次消谐可控阻抗Z_x一端连接电压互感器一次中性点，另一端接地；控制器根据电压互感器二次侧三相电压和/或电压互感器二次侧开口三角电压判断电压互感器发生谐振和系统单相接地，选择如下方式一、方式二或方式三控制开关K的开合：

方式一：当电压互感器谐振时，由控制器控制开关K交替开合，从而交替改变电压互感器所在电路的电路参数，破坏电压互感器谐振的条件，直至谐振消失，电压互感器的电压恢复正常。

方式二：当电网发生单相接地时，由控制器控制开关K在延迟时间T后开始交替开合，防止电压互感器产生谐振，20ms≤T≤1000ms。

方式三：当开口三角电压大于15V时，控制器驱动开关K交替开合。

控制器根据三相电压，或根据开口三角电压，或根据三相电压及开口三角电压，来判断电压互感器是否发生谐振。比如：发生分频谐振时,电容和电感在振荡时能量交换所需的时间较长，振荡频率较低，表现为：过电压倍数较低，一般不超过2.5倍相电压；三相电压表的指示数值同时升高，并周期性摆动，线电压正常。发生髙频谐振时线路的对地电容较小，振荡时能量交换较快。表现为过电压倍数较髙；三相电压表的指示数值同时升高，最大值可达到4～5倍相电压线电压基本正常；谐振时过电流较小。发生基频谐振时，谐振频率与电网频率相同，其表现为：三相电压表中指示数值为两相升高、一相降低，线电压正常；过电流很大，往往导致电压互感器熔丝熔断，严重甚至会烧坏互感器；过电压不超过3.2倍相电压，伴有接地信号指示，称为虚幻接地现象。控制器根据这些特征判断电压互感器发生谐振，驱动开关K交替开合。

参见图5，单相接地故障的判断方法以A相发生单相接地为例：

1、金属性接地：故障相对地电压Ua＝0；健全相对地电压Ub、Uc＝100V；开口三角电压U_△＝100V，U_△与故障相相电压的相位差为180°；

2、弧光接地(以A相接地为例)以正相序为基准，对地电压最高相的滞后相为接地相；Uo超前Ua90°，且|Ua|²+|Uo|²＝|Uagq|²。对地电压均小于相电压的1.9倍，分三个区分析判断：

A、两相电压升高，一相电压降低，降低相为故障相，如图5中的1区；

B、一相升高但小于线电压，两相降低，电压升高相的滞后相为故障相，如图5中2、3区。

单相接地故障也是引发电压互感器谐振的重要因素之一，因此在系统发生单相接地期间，控制器控制开关K交替开合，防止单相接地引发电压互感器谐振。但是系统中会有一些使用三相对地电压实施保护的装置，而单相接地故障、相间短路故障等，都会使三相电压不正常和开口三角电压突变大于5％，为了确保微机综保正确动作，不影响微机综保对三相电压的监测判断故障，设置控制器控制开关延时动作，微机综保的动作时间在20～700ms之间，控制器可以根据具体情况控制开关K延时动作，另外，一些选线需要1秒钟的时间，因此，设置控制器延时20～1000ms控制开关K开始交替开合，改变电压互感器所在电路的电路参数，使得谐振因电路参数的改变不能维持。

另外，对于尖峰突变的干扰过电压，如雷击过电压、控制变压器操作过电压等，这些瞬间过电压很快消失，延时可以躲过这些瞬间过电压。

对于电压互感器的基频谐振，也称之为工频谐振，其特征和单相接地的特征无法区分，但是无论电压互感器谐振还是单相接地，都会使开口三角的电压大于15V，因此控制器驱动开关K也可以为：只要三相电压不正常，或开口三角电压大于15V，控制器就驱动开关K交替开合，消除电压互感器谐振或防止电压互感器谐振。

实施例1：本实施例中开关K与阻抗Z并联形式一次消谐可控阻抗；图2a是开关K和电容C并联形成一次消谐可控阻抗Z_x，图2b是开关K与电阻R并联形成一次消谐可控阻抗Z_x，图2c是开关K与电感L并联形成一次消谐可控阻抗Z_x，图2d是开关K与非线性电阻RF并联形成一次消谐可控阻抗Z_x。

实施例2，本实施例中开关K与阻抗Z串联形式一次消谐可控阻抗；图3a是开关K和电阻R串联形成一次消谐可控阻抗Z_x，图3b是开关K与电容C串联形成一次消谐可控阻抗Z_x，图3c是开关K与电感L串联形成一次消谐可控阻抗Z_x，图3d是开关K与非线性电阻RF串联形成一次消谐可控阻抗Z_x。

实施例3，本实施例中，开关K与阻抗Z串并联形式的一次消谐可控阻抗；图4a是开关K首先与电阻R1串联，再与电容C并联形成一次消谐可控阻抗Z_x；图4b是开关K首先与电阻R1串联，再与电阻R并联形成一次消谐可控阻抗Z_x；图4c是开关K首先与电阻R1串联，再与电感L并联形成一次消谐可控阻抗Z_x；图4d是开关K首先与电阻R1串联，再与非线性电阻RF并联形成一次消谐可控阻抗Z_x。

实施例1-3仅仅是一次消谐可控阻抗Z_x的部分结构形式，不排除其它结构形式。

在正常运行时，所述开关K保持为开状态不变或保持为合状态不变。即：开关K在系统正常运行时有两种工作方式，第一种方式是正常运行时开关K闭合，电压互感器谐振时控制器就驱动开关K交替开合；第二种方式是正常运行时开关K打开，电压互感器谐振时控制器就驱动开关K交替开合。

实施例4，对于一些直流方式的绝缘监察需要在系统加入直流，则电网正常运行时电压互感器的中性点必须对地绝缘，因此在电压互感器的中性点加装电容隔离直流，对于防止电压互感器谐振带来了新的问题。本发明能够使相关问题得到很好的解决，如图2a图所示，电容C用于隔离直流，系统正常运行时开关K打开，当开口三角电压＞10V时，控制器启动开关K闭合或交替开合，消除谐振和预防单相接地时的电压互感器谐振。

线路在停电后，尤其是系统故障后，送电前需要对线路做耐压试验，若使用直流试送仪对线路做直流耐压试验，需要人工拉开线路上所有的PT，其过程费时费力，只要有一个PT没有拉开试验就无法实施。本发明控制器在检测到电压互感器一次侧停电时，自动断开电压互感器中性点与地之间的连接或使中性点与地之间绝缘，以代替人工退出PT的工作，过程可省时省力，实现配网智能自动化。

实施例5，如图6所示，针对在电网线路绝缘耐压试验，设置开关K1与一次消谐可控阻抗Z_x串联连接，控制开关K1的开合，以满足电网线路绝缘耐压试验条件，电网线路绝缘耐压试验条件是指电压互感器中性点与地之间处于断开的状态。

控制器判断电压互感器一次侧三相电停电时，打开开关K1，使得PT中性点对地处于断开状态，无论停电期间何时对电网线路绝缘耐压试验，都可以电网线路绝缘耐压试验条件；当线路送电后，控制器检测到三相电送电后，合开关K1，三相电和耐压试验的电压特征不一样，控制器不会在耐压试验时将K1合上。

针对在电网线路绝缘耐压试验，在电压互感器一次侧停电时打开开关K，使电压互感器的中性点对地绝缘，以满足电网线路绝缘耐压试验条件，电网线路绝缘耐压试验条件是指电压互感器中性点与地之间的泄露电流不大于100mA；中性点对地绝缘是指中性点对地的阻抗不小于80kΩ。

实施例6，如图3a和图3d所示，在电网线路绝缘耐压试验时，针对将开关K和阻抗Z串联连接的一次消谐可控阻抗Z_x，设置阻抗Z＝0。

由于电阻R和非线性电阻RF与开关串联，开关K在PT停电时打开，使PT中性点与地之间处于断开状态，无论电阻R和非线性电阻RF多大，都不影响耐压实验，因此可设置电阻R和非线性电阻RF等于0，即阻抗Z＝0。

实施例7，如图2b、图2d、图4b和图4d所示，在电网线路绝缘耐压试验时，针对将开关K和阻抗Z并联连接的一次消谐可控阻抗Z_x，设置阻抗Z的阻抗值不小于80kΩ。

图2b和图4b中电阻R＝1MΩ，直流试送仪输出100mA电流的耐压试验电压为直流8kV，PT中性点的电阻R上的电流为8mA，8mA远小于直流测试仪的输出电流100mA，因此不影响直流试送仪的耐压实验。

图2d和图4d中非线性电阻RF≮100MΩ，直流试送仪输出100mA电流的耐压试验电压为直流8kV，8kV电压下非线性电阻RF≮80MΩ，耐压实验时RF的电流小于0.1mA，更不影响直流试送仪的耐压实验。

Claims (5)

1.电压互感器一次侧中性点可控阻抗消谐装置，其特征是：所述电压互感器一次侧中性点可控阻抗消谐装置包括控制器和一次消谐可控阻抗Z_x，所述一次消谐可控阻抗Z_x由开关K和阻抗Z组成，开关K与阻抗Z为并联或串联；所述一次消谐可控阻抗Z_x一端连接电压互感器一次中性点，另一端接地；所述控制器根据电压互感器二次侧三相电压和/或电压互感器二次侧开口三角电压判断电压互感器发生谐振和系统发生单相接地，选择如下方式一、方式二或方式三控制所述开关K的开合；

方式一：当电压互感器谐振时，由所述控制器控制开关K交替开合，从而交替改变电压互感器所在电路的电路参数，破坏电压互感器谐振的条件，直至谐振消失，电压互感器的电压恢复正常；

方式二：当电网发生单相接地时，由所述控制器控制开关K在延迟时间T后开始交替开合，防止电压互感器产生谐振，20ms≤T≤1000ms；

方式三：当开口三角电压大于15V时，控制器驱动开关K交替开合；

在正常运行时，所述开关K保持为开状态不变或保持为合状态不变。

2.根据权利要求1所述的 电压互感器一次侧中性点可控阻抗消谐装置，其特征是：针对在电网线路绝缘耐压试验，设置开关K1与所述一次消谐可控阻抗Z_x串联连接，控制所述开关K1的开合，以满足电网线路绝缘耐压试验条件，所述电网线路绝缘耐压试验条件是指电压互感器中性点与地之间处于断开的状态。

3.根据权利要求1所述的 电压互感器一次侧中性点可控阻抗消谐装置，其特征是：针对在电网线路绝缘耐压试验，在电压互感器一次侧停电时打开开关K，使所述电压互感器的中性点对地绝缘，以满足电网线路绝缘耐压试验条件，所述电网线路绝缘耐压试验条件是指电压互感器中性点与地之间的泄露电流不大于100mA；所述中性点对地绝缘是指中性点对地的阻抗不小于80kΩ。

4.根据权利要求3所述的 电压互感器一次侧中性点可控阻抗消谐装置，其特征是：在电网线路绝缘耐压试验时，针对将开关K和阻抗Z串联连接的一次消谐可控阻抗Z_x，设置阻抗Z＝0。

5.根据权利要求3所述的 电压互感器一次侧中性点可控阻抗消谐装置，其特征是：在电网线路绝缘耐压试验时，针对将开关K和阻抗Z并联连接的一次消谐可控阻抗Z_x，设置阻抗Z的阻抗值不小于80kΩ。

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