CN110445109A - 一种电压互感器铁磁谐振的快速消除方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电压互感器铁磁谐振的快速消除方法，方法首先采样电压互感器的三相电压和开口三角电压，并通过积分算法计算零序电压对应的磁链，当检测到互感器发生铁磁谐振时，进一步检查零序电压对应的磁链绝对值或者开口三角电压绝对值是否分别落入设定的范围内，若是则启动二次消谐回路进行消谐。本发明还公开了相应的电压互感器铁磁谐振的快速消除装置。本方法及装置在常规的二次消谐原理的基础上对消谐触发时刻进行了精确分析控制，能够有效消除电压互感器铁芯饱和对消谐过程的影响，极大的提高单次消谐的成功概率。

Description

一种电压互感器铁磁谐振的快速消除方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统电压互感器的故障消除，尤其涉及中性点非直接接地系统电压互感器发生铁磁谐振时消谐控制方法及装置。

背景技术

在中性点非直接接地系统中，一些用于测量对地电压的电压互感器，其原边绕组的中性点直接接地，当发生空载母线合闸、单相接地故障消失或者系统负荷剧烈变化时，电压互感器的励磁电感会出现非线性变化，可能会与系统对地电容形成参数匹配，从而引发铁磁谐振现象，引起系统过电压和电压互感器过电流，进而造成绝缘破坏、接地或相间故障，以及电压互感器熔丝熔断、烧毁或爆炸，甚至还会出现避雷器爆炸、弱绝缘闪络、接地选线装置误动等故障，严重影响系统安全运行。

针对电压互感器出现的铁磁谐振现象目前一种常见的应对措施是装设微机消谐装置，该装置的基本原理是：微机消谐装置接入电压互感器二次侧开口三角电压，通过分析开口三角电压谐波特征及谐波分量大小识别铁磁谐振，当发生电压互感器铁磁谐振时，在电压互感器开口三角绕组处通过电子开关器件多次短时触发短接(或接入小的阻尼电阻R_△)，破坏谐振产生条件，从而消除谐振。

目前现有的微机消谐装置多是在检测到谐振时经短延时或不经延时投入消谐回路，这种方法在现场应用中消谐效果差异较大，经常会出现消谐失败的情况，极端情况下，甚至会出现投入消谐回路后产生新的谐振或谐振更加严重的情况，因此，需要对消谐过程进行更加准确的控制，以使得投入消谐回路时能够更有效，更快的消除谐振。

发明内容

本发明的目的是，提出一种电压互感器发生铁磁谐振时的快速消谐控制方法及装置，对消谐过程进行更加准确的控制，减小互感器非线性特性对消谐过程的影响，使得发生谐振故障时能够有效快速的消除谐振。

本发明采取的技术方案是：一种电压互感器铁磁谐振的快速消除方法，包括如下步骤：

步骤1，实时采集电压互感器的三相电压二次值和开口三角电压；

步骤2，根据实时采集的三相电压二次值或开口三角电压，实时计算零序电压对应的磁链ψ₀；

步骤3，当检测到电压互感器发生铁磁谐振时，进一步检查零序电压对应的磁链绝对值或者开口三角电压绝对值是否分别落入设定的范围内，若是，则触发并接在电压互感器开口三角绕组两端的可控硅消谐回路快速导通，消除铁磁谐振；否则，不触发可控硅消谐回路导通。

进一步地，所述步骤2中，零序电压对应的磁链ψ₀通过三相电压二次值或者开口三角电压进行计算，计算公式如下所示：

或

其中U_A、U_B、U_C、3U₀分别为三相电压二次值和开口三角电压。

进一步地，所述步骤3中，电压互感器发生铁磁谐振包括分频铁磁谐振、基频铁磁谐振、倍频铁磁谐振。

进一步地，所述步骤3中，零序电压对应的磁链绝对值落入设定的范围内指的是，零序电压对应的磁链ψ₀满足|ψ₀|≤K1*ψ_N，其中K1为系数，U_m为电压互感器额定二次电压峰值，ω为工频角频率。其中K1取值范围可以为0.01～0.2。

进一步地，所述步骤3中，开口三角电压绝对值落入设定的范围内指的是，开口三角电压3U₀的绝对值满足|3U₀|≥K2*U_max，其中U_max为检测到谐振时的前一个谐振周期内采集到开口三角电压的最大值，K2为系数。其中K2取值范围可以为0.8～1.0。

进一步地，所述步骤3中，可控硅回路包括可双向导通的可控硅和与其串联的消谐电阻，可控硅回路并联安装在电压互感器二次侧开口三角回路的输出端口，与开口三角电压测量回路并联连接。

进一步地，所述步骤3中，触发可控硅回路是指，向回路中的可控硅发出导通指令，使得可控硅正向和反向均处于导通状态。

本发明还提供了一种电压互感器铁磁谐振的快速消除装置，包括采集单元、计算单元、检测消谐单元，其中：

所述采集单元实时采集电压互感器的三相电压二次值和开口三角电压；

所述计算单元接收采集单元的测量数据，根据实时采集的三相电压二次值或开口三角电压，实时计算零序电压对应的磁链ψ₀；

所述检测消谐单元，接收所述采集单元和计算单元的测量计算数据，当检测到电压互感器发生铁磁谐振时，进一步检查零序电压对应的磁链绝对值或者开口三角电压绝对值是否分别落入设定的范围内，若是，则触发并接在电压互感器开口三角绕组两端的可控硅消谐回路快速导通，消除铁磁谐振；否则，不触发可控硅消谐回路导通。

进一步地，所述计算单元中，零序电压对应的磁链ψ₀通过三相电压二次值或者开口三角电压进行计算，计算公式如下所示：

或

其中U_A、U_B、U_C、3U₀分别为三相电压二次值和开口三角电压。

进一步地，所述检测消谐单元中，零序电压对应的磁链绝对值落入设定的范围内指的是，零序电压对应的磁链ψ₀满足|ψ₀|≤K1*ψ_N，其中K1为系数，U_m为电压互感器额定二次电压峰值，ω为工频角频率。其中K1取值范围可以为0.01～0.2。

进一步地，所述检测消谐单元中，开口三角电压绝对值落入设定的范围内指的是，开口三角电压3U₀的绝对值满足|3U₀|≥K2*U_max，其中U_max为检测到谐振时的前一个谐振周期内采集到开口三角电压的最大值，K2为系数。其中K2取值范围可以为0.8～1.0。

进一步地，所述检测消谐单元中，可控硅回路包括可双向导通的可控硅和与其串联的消谐电阻，可控硅回路并联安装在电压互感器二次侧开口三角回路的输出端口，与开口三角电压测量回路并联连接。

进一步地，所述检测消谐单元中，触发可控硅回路是指，向回路中的可控硅发出导通指令，使得可控硅正向和反向均处于导通状态。

本发明的有益效果是：针对不接地系统电压互感器发生铁磁谐振时的消谐措施，在常规二次消谐原理的基础上，采用电压互感器磁链和开口三角电压分析控制消谐回路触发的方法，在零序电压对应的磁链最小或开口三角电压最大的时候投入消谐回路，避免了铁芯饱和对消谐过程的影响；减小了消谐装置的动作时间以及消谐放电电流，有效的提高消谐的成功率，减小消谐装置动作对系统以及继电保护装置等的影响。经过大量试验验证，无论何种频率的铁磁谐振，采用此种触发机制均能够大大提高消谐成功的概率，大幅度降低消谐过程所需要的时间，减少对整个系统的影响。

附图说明

图1所示为本发明方法流程示意图；

图2所示为可控硅消谐回路示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例进一步说明。

本发明提供了一种电压互感器铁磁谐振的快速消除方法，如图1所示为本发明方法流程示意图；包括如下步骤：

步骤1，实时采集电压互感器的三相电压二次值和开口三角电压；

步骤2，根据实时采集的三相电压二次值或开口三角电压，实时计算零序电压对应的磁链ψ₀；

步骤3，当检测到电压互感器发生铁磁谐振时，进一步检查零序电压对应的磁链绝对值或者开口三角电压绝对值是否分别落入设定的范围内，若是，则触发并接在电压互感器开口三角绕组两端的可控硅消谐回路快速导通，消除铁磁谐振；否则，不触发可控硅消谐回路导通。

进一步地，所述步骤2中，零序电压对应的磁链ψ₀通过三相电压二次值或者开口三角电压进行计算，计算公式如下所示：

或

其中U_A、U_B、U_C、3U₀分别为三相电压二次值和开口三角电压。

进一步地，所述步骤3中，电压互感器发生铁磁谐振包括分频铁磁谐振、基频铁磁谐振、倍频铁磁谐振。

进一步地，所述步骤3中，零序电压对应的磁链绝对值落入设定的范围内指的是，零序电压对应的磁链ψ₀满足|ψ₀|≤K1*ψ_N，其中K1为系数，U_m为电压互感器额定二次电压峰值，ω为工频角频率。其中K1取值范围可以为0.01～0.2。

进一步地，所述步骤3中，开口三角电压绝对值落入设定的范围内指的是，开口三角电压3U₀的绝对值满足|3U₀|≥K2*U_max，其中U_max为检测到谐振时的前一个谐振周期内采集到开口三角电压的最大值，K2为系数。其中K2取值范围可以为0.8～1.0。

进一步地，所述步骤3中，可控硅回路包括可以双向导通的可控硅和与其串联的消谐电阻，可控硅回路并联安装在电压互感器二次侧开口三角回路的输出端口，与开口三角电压测量回路并联连接。如图2所示为可控硅消谐回路示意图。

进一步地，所述步骤3中，触发可控硅回路是指，向回路中的可控硅发出导通指令，使得可控硅正向和反向均处于导通状态。

一不接地系统正常情况下系统无零序电压，即开口三角电压3U₀＝0V。零序电压对应的磁链

对于一般的电压互感器，二次侧相电压额定值为57.74V，峰值即为根据发明内容描述，可以求得零序电压对应的磁链的额定值

某一时刻系统发生三倍频谐振，此时开口三角出现三倍频电压量，设出现谐振时开口三角电压值U₀＝A₀sin(3ωt)，其中A₀为三倍频电压幅值，取300V，3ω＝3×2π×50Hz为三倍频的谐振角频率。

(1)根据零序电压对应磁链计算触发时刻

根据步骤2中的公式可计算出零序电压对应磁链ψ₀为

当ψ₀满足|ψ₀|≤K*ψ_N时触发消谐回路导通，取系数K＝0.2，有

可以求出t取值为(n＝0、1、2….)

或(n＝1、2、3….)

即当t在以上范围内时，满足磁链ψ₀条件，触发消谐回路导通。

(2)根据开口三角电压计算触发时刻

开口三角电压为3U₀＝300sin(300π·t)，开口三角电压的最大值3U_0.max＝300V，开口三角电压满足|3U₀|≥K·U_0.max，取系数K＝0.9，有|300sin(300π·t)|≥300×0.9，可以求出t取值为

或

即当t在以上范围内时，满足开口三角电压的条件，触发消谐回路导通。

根据零序电压对应磁链ψ₀计算的触发时刻范围和根据开口三角电压计算的触发时刻范围在大多数情况下是重合的，谐振时当开口三角电压为最大值时，其对应的磁链基本上为最小值，因此，通过这两种方法计算的触发时刻基本一致，两种方法没有冲突。

本发明还提供了一种电压互感器铁磁谐振的快速消除装置，包括采集单元、计算单元、检测消谐单元，其中：

所述采集单元实时采集电压互感器的三相电压二次值和开口三角电压；

所述计算单元接收采集单元的测量数据，根据实时采集的三相电压二次值或开口三角电压，实时计算零序电压对应的磁链ψ₀；

所述检测消谐单元，接收所述采集单元和计算单元的测量计算数据，当检测到电压互感器发生铁磁谐振时，进一步检查零序电压对应的磁链绝对值或者开口三角电压绝对值是否分别落入设定的范围内，若是，则触发并接在电压互感器开口三角绕组两端的可控硅消谐回路快速导通，消除铁磁谐振；否则，不触发可控硅消谐回路导通。

进一步地，所述计算单元中，零序电压对应的磁链ψ₀通过三相电压二次值或者开口三角电压进行计算，计算公式如下所示：

或

其中U_A、U_B、U_C、3U₀分别为三相电压二次值和开口三角电压。

进一步地，所述检测消谐单元中，零序电压对应的磁链绝对值落入设定的范围内指的是，零序电压对应的磁链ψ₀满足|ψ₀|≤K1*ψ_N，其中K1为系数，U_m为电压互感器额定二次电压峰值，ω为工频角频率。其中K1取值范围可以为0.01～0.2。

进一步地，所述检测消谐单元中，开口三角电压绝对值落入设定的范围内指的是，开口三角电压3U₀的绝对值满足|3U₀|≥K2*U_max，其中U_max为检测到谐振时的前一个谐振周期内采集到开口三角电压的最大值，K2为系数。其中K2取值范围可以为0.8～1.0。

进一步地，所述检测消谐单元中，可控硅回路包括可以双向导通的可控硅和与其串联的消谐电阻，可控硅回路并联安装在电压互感器二次侧开口三角回路的输出端口，与开口三角电压测量回路并联连接。

进一步地，所述检测消谐单元中，触发可控硅回路是指，向回路中的可控硅发出导通指令，使得可控硅正向和反向均处于导通状态。

以上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等同替换或改动，并不超出本发明保护范围。

Claims (13)

1.一种电压互感器铁磁谐振的快速消除方法，其特征是，包括如下步骤：

步骤1，实时采集电压互感器的三相电压二次值和开口三角电压；

步骤2，根据实时采集的三相电压二次值或开口三角电压，实时计算零序电压对应的磁链ψ₀；

步骤3，当检测到电压互感器发生铁磁谐振时，进一步检查零序电压对应的磁链绝对值或者开口三角电压绝对值是否分别落入设定的范围内，若是，则触发并接在电压互感器开口三角绕组两端的可控硅消谐回路快速导通，消除铁磁谐振；否则，不触发可控硅消谐回路导通。

2.根据权利要求1所述的电压互感器铁磁谐振的快速消除方法，其特征是，所述步骤2中，零序电压对应的磁链ψ₀通过三相电压二次值或者开口三角电压进行计算，计算公式如下所示：

ψ₀＝-∫(U_A+U_B+U_C)dt

或ψ₀＝-∫(3U₀)dt

其中U_A、U_B、U_C、3U₀分别为三相电压二次值和开口三角电压。

3.根据权利要求1所述的电压互感器铁磁谐振的快速消除方法，其特征是，所述步骤3中，电压互感器发生铁磁谐振包括分频铁磁谐振、基频铁磁谐振、倍频铁磁谐振。

4.根据权利要求1或2所述的电压互感器铁磁谐振的快速消除方法，其特征是，所述步骤3中，零序电压对应的磁链绝对值落入设定的范围内指的是，零序电压对应的磁链ψ₀满足|ψ₀|≤K1*ψ_N，其中K1为系数，U_m为电压互感器额定二次电压峰值，ω为工频角频率。

5.根据权利要求1所述的电压互感器铁磁谐振的快速消除方法，其特征是，所述步骤3中，开口三角电压绝对值落入设定的范围内指的是，开口三角电压3U₀的绝对值满足|3U₀|≥K2*U_max，其中U_max为检测到谐振时的前一个谐振周期内采集到开口三角电压的最大值，K2为系数。

6.根据权利要求1所述的电压互感器铁磁谐振的快速消除方法，其特征是，所述步骤3中，可控硅回路包括可双向导通的可控硅和与其串联的消谐电阻，可控硅回路并联安装在电压互感器二次侧开口三角回路的输出端口，与开口三角电压测量回路并联连接。

7.根据权利要求1所述的电压互感器铁磁谐振的快速消除方法，其特征是，所述步骤3中，触发可控硅回路是指，向回路中的可控硅发出导通指令，使得可控硅正向和反向均处于导通状态。

8.一种电压互感器铁磁谐振的快速消除装置，其特征是，包括采集单元、计算单元、检测消谐单元，其中：

所述采集单元实时采集电压互感器的三相电压二次值和开口三角电压；

所述计算单元接收采集单元的测量数据，根据实时采集的三相电压二次值或开口三角电压，实时计算零序电压对应的磁链ψ₀；

所述检测消谐单元，接收所述采集单元和计算单元的测量计算数据，当检测到电压互感器发生铁磁谐振时，进一步检查零序电压对应的磁链绝对值或者开口三角电压绝对值是否分别落入设定的范围内，若是，则触发并接在电压互感器开口三角绕组两端的可控硅消谐回路快速导通，消除铁磁谐振；否则，不触发可控硅消谐回路导通。

9.根据权利要求8所述的电压互感器铁磁谐振的快速消除装置，其特征是，所述计算单元中，零序电压对应的磁链ψ₀通过三相电压二次值或者开口三角电压进行计算，计算公式如下所示：

ψ₀＝-∫(U_A+U_B+U_C)dt

或ψ₀＝-∫(3U₀)dt

其中U_A、U_B、U_C、3U₀分别为三相电压二次值和开口三角电压。

10.根据权利要求8或9所述的电压互感器铁磁谐振的快速消除装置，其特征是，所述检测消谐单元中，零序电压对应的磁链绝对值落入设定的范围内指的是，零序电压对应的磁链ψ₀满足|ψ₀|≤K1*ψ_N，其中K1为系数，U_m为电压互感器额定二次电压峰值，ω为工频角频率。

11.根据权利要求8所述的电压互感器铁磁谐振的快速消除装置，其特征是，所述检测消谐单元中，开口三角电压绝对值落入设定的范围内指的是，开口三角电压3U₀的绝对值满足|3U₀|≥K2*U_max，其中U_max为检测到谐振时的前一个谐振周期内采集到开口三角电压的最大值，K2为系数。

12.根据权利要求8所述的电压互感器铁磁谐振的快速消除装置，其特征是，所述检测消谐单元中，可控硅回路包括可双向导通的可控硅和与其串联的消谐电阻，可控硅回路并联安装在电压互感器二次侧开口三角回路的输出端口，与开口三角电压测量回路并联连接。

13.根据权利要求8所述的电压互感器铁磁谐振的快速消除装置，其特征是，所述检测消谐单元中，触发可控硅回路是指，向回路中的可控硅发出导通指令，使得可控硅正向和反向均处于导通状态。