CN110927517B - 采用星型电容器的中性点不接地配电网对地绝缘参数测量方法及系统 - Google Patents

采用星型电容器的中性点不接地配电网对地绝缘参数测量方法及系统 Download PDF

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CN110927517B CN201911113665.2A CN201911113665A CN110927517B CN 110927517 B CN110927517 B CN 110927517B CN 201911113665 A CN201911113665 A CN 201911113665A CN 110927517 B CN110927517 B CN 110927517B
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Abstract

本发明公开了一种采用星型电容器的中性点不接地配电网对地绝缘参数测量方法及系统，包括以下步骤：通过中性点不接地配电网星型电容器中性点注入一特定频率电流信号；在开口三角侧空载的零序电压互感器测量返回的该频率电压信号；由该电压信号和电流信号计算出中性点不接地配电网的对地绝缘参数，即对地电容和对地泄漏电导。本发明可实现对地绝缘参数的在线测量，测量时不需改变配电网一次侧接线，不影响配电网正常运行，且可消除电压互感器内阻抗及配电网消谐电阻的影响，具有测量安全、简便、经济和精度高的特点。

Description

采用星型电容器的中性点不接地配电网对地绝缘参数测量方 法及系统
技术领域
本发明属于配电网测量领域，特别涉及一种采用星型电容器的中性点不接地配电网对地绝缘参数测量方法及系统。
背景技术
中性点不接地配电网发生单相接地故障时，配电网对地电容电流不大的情况下接地电弧能够自行熄灭，而随着电缆线路在电力系统中所占比例不断增加，配电网对地电容电流逐渐增大，中性点不接地配电网出现接地故障时电弧难以熄灭，且易发展成相间故障，危及人身及设备安全，需装设消弧线圈以补偿电容电流及泄漏电流。实时测量中性点不接地配电网对地绝缘参数是配电网是否装设消弧线圈的重要依据。
中性点不接地配电网对地绝缘参数测量方法主要分为直接法和间接法。直接法主要包括单相金属接地法，该方法操作复杂，存在安全隐患，一般不采用。间接法主要包括人工中性点法、偏置电容法和注入信号法。其中人工中性点法需在配电网接入一组模拟中性点的电容器，需要改变一次侧接线。偏置电容法同样需要在一次侧线路上接入一偏置电容，存在安全隐患。注入信号法主要有两种：
一种是从电压互感器注入三个频率不同的电流信号，测量开口三角侧电压幅值，联立方程求解配电网对地绝缘参数。该方法计算复杂，且受电压互感器内阻抗及消谐电阻的影响较大。
另一种是向配电网电压互感器开口三角侧注入两个不同频率的恒流信号，测量返回电压信号，列写方程组计算出配电网对地绝缘参数。该方法注入信号频率选取困难，测量误差较大。
中性点不接地配电网在发生主变空载投运、线路接地、非全相运行等故障时，10kV母线电压互感器磁饱和后将发生铁磁谐振，造成互感器过激磁，使运行和计量检测造成困难。工程实际中采取在互感器开口三角处并联消谐电阻的方式来消除互感器铁磁谐振。然而，消谐电阻的接入导致对地参数测量等效电路拓扑发生改变，现有测量方法均未考虑消谐电阻对绝缘参数测量的影响，应用时测量误差较大。现采用的单频率测量法，利用互感器一次侧和开口三角侧漏电感参数近似相等，进而忽略互感器内阻抗的影响。该方法仅能计算配电网电容电流，无法计算泄漏电流，同时测量精度受互感器参数限制，难以满足目前的配电网运行要求。
总之，现有技术无法精准测量中性点不接地配电网对地绝缘参数。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种采用星型电容器的中性点不接地配电网对地绝缘参数测量方法及系统，参数测量精度高，测量过程安全可靠。
一种采用星型电容器的中性点不接地配电网对地绝缘参数测量方法，包括以下步骤：
步骤1)：在中性点不接地配电网的母线处接入星型电容器，且向星型电容器开口三角侧，注入非工频电流信号
Figure GDA0003257514090000021
步骤2)：在中性点不接地配电网的零序电压互感器的开口三角侧空载处测量返回的电压信号
Figure GDA0003257514090000022
且所述电流信号
Figure GDA0003257514090000023
与电压信号
Figure GDA0003257514090000024
频率相同；
步骤3)：利用电压信号和电流信号计算中性点不接地配电网的对地绝缘参数，即总对地电容ΣC和总对地泄漏电导Σg；
Figure GDA0003257514090000025
其中，n为零序电压互感器的变比，Im[]和Re[]分别表示求复数的虚部和实部，ω表示电流信号
Figure GDA0003257514090000026
的角频率。
在中性点不接地配电网的母线处接入星型电容器，采用分开测量的方法时，星型电容器的内阻抗可直接消除；
进一步地，所述电流信号
Figure GDA0003257514090000027
的频率的取值不等于工频的整数倍。
通过改变原有的三相五柱式变压器进行测量的形式，采用一个星型电容器和一个零序电压互感器进行测量，利用零序电压互感器励磁阻抗远大于内阻抗的特性，忽略了注入电流源的串联内阻以及电压源的空载内阻，从而完全消除了电压互感器内阻抗及消谐电阻对中性点不接地配电网对地绝缘参数的影响；
相较于现有技术中的利用互感器或三相五柱式变压器进行测量时，仅将一、二次侧电感看作近似相等，通过联立公式消除漏电感，但均未考虑漏电阻，故无法准确测量对地泄漏电阻，而本方案通过将注入信号和测量信号分开设置，且从测量电路结构上消除了内阻抗和消谐电阻的影响，即消除了漏电阻和消谐电阻，从而能够准确测量对地泄漏电阻和对地泄漏电流；
一种采用星型电容器的中性点不接地配电网对地绝缘参数测量系统，包括：
注入单元：在中性点不接地配电网的母线处接入星型电容器，且向星型电容器开口三角侧，注入非工频电流信号
Figure GDA0003257514090000028
测量单元：在中性点不接地配电网的零序电压互感器的开口三角侧空载处测量返回的电压信号
Figure GDA0003257514090000031
且所述电流信号
Figure GDA0003257514090000032
与电压信号
Figure GDA0003257514090000033
频率相同；
计算单元：利用测量单元测得的电压信号和注入单元注入的电流信号计算中性点不接地配电网的对地绝缘参数，即总对地电容ΣC和总对地泄漏电导Σg；
Figure GDA0003257514090000034
其中，n为零序电压互感器的变比，Im[]和Re[]分别表示求复数的虚部和实部，ω表示电流信号
Figure GDA0003257514090000035
的角频率。
进一步地，所述注入单元注入的电流信号
Figure GDA0003257514090000036
的频率的取值不等于工频的整数倍。
一种可读存储介质，包括计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理终端执行时使所述处理终端执行所述一种采用星型电容器的中性点不接地配电网对地绝缘参数测量方法。
有益效果
本发明提供了一种采用星型电容器的中性点不接地配电网对地绝缘参数测量方法及系统，包括以下步骤：通过中性点不接地配电网星型电容器中性点注入一特定频率电流信号；在开口三角侧空载的零序电压互感器测量返回的该频率电压信号；由该电压信号和电流信号计算出中性点不接地配电网的对地绝缘参数，即对地电容和对地泄漏电导。本发明可实现对地绝缘参数的在线测量，测量时不需改变配电网一次侧接线，不影响配电网正常运行，且可消除电压互感器内阻抗及配电网消谐电阻的影响，具有测量安全、简便、经济和精度高的特点。
相较于现有技术而言，本发明的有益效果在于：
(1)实现中性点不接地配电网对地电容、泄漏电导及阻尼率的准确测量；
(2)通过星型变压器中性点采用电流源注入一特定频率电流信号
Figure GDA0003257514090000037
可忽略电流源的串联内阻；在一开口三角侧空载的零序电压互感器测量返回的该频率电压信号
Figure GDA0003257514090000038
可忽略电压源的空载内阻，从而完全消除了星型电容器、电压互感器内阻抗及消谐电阻对中性点不接地配电网对地绝缘参数的影响；
(3)不需改变配电网一次接线，不影响配电网正常运行，保障测量过程安全可靠。
附图说明
图1为本发明所述中性点不接地配电网电容电流测量的结构原理图；
图2为中性点不接地配电网电容电流测量等效电路；
图3为中性点不接地配电网电容电流测量简化等效电路；
图4为中性点不接地配电网电容电流测量过程流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，一种采用星型电容器的中性点不接地配电网对地绝缘参数测量方法，包括以下步骤：
步骤1)：在中性点不接地配电网的母线处接入星型电容器，且向星型电容器开口三角侧，注入非工频电流信号
Figure GDA0003257514090000041
步骤2)：在中性点不接地配电网的零序电压互感器的开口三角侧空载处测量返回的电压信号
Figure GDA0003257514090000042
且所述电流信号
Figure GDA0003257514090000043
与电压信号
Figure GDA0003257514090000044
频率相同；
步骤3)：由该电压信号和电流信号计算出中性点不接地配电网的对地绝缘参数，即总对地电容
Figure GDA0003257514090000045
和总对地泄漏电导
Figure GDA0003257514090000046
其中n为零序电压互感器的变比。
其中：C0为星型电容器电容；CA、CB、CC为中性点不接地配电网对地电容；RA、RB、RC为中性点不接地配电网对地泄漏电阻；Z0为消谐电阻。
采用星型电容器测量对地绝缘参数等效电路如图2所示：
Figure GDA0003257514090000047
为星型电容器中性点注入特定频率电流信号归算到一次侧的值；
Figure GDA0003257514090000048
为开口三角侧空载的电压互感器处测量返回电压归算到一次侧的值；R'、L'为电压互感器开口三角侧的漏电阻和漏电感归算到一次侧的值；R1、L1为电压互感器高压侧漏电阻和漏电感；ZM为电压互感器的励磁阻抗；ΣC0为星型电容器总电容，ΣC为中性点不接地配电网总对地电容，ΣC＝CA+CB+CC；∑g为中性点不接地配电网总对地泄漏电导，∑g＝1/RA+1/RB+1/RC。由于流过消谐电阻Z0的电流为
Figure GDA0003257514090000049
因此在中性点不接地配电网电容电流测量等效电路中消谐电阻变为3Z0。
由于电压互感器的励磁阻抗远大于互感器短路阻抗和配电网线路对地阻抗，励磁电流几乎为零，在参数测量过程中可忽略互感器励磁支路的影响，采用星型电容器测量对地绝缘参数简化等效电路如图3所示。通过星型电容器中性点采用电流源注入一特征频率电流信号
Figure GDA0003257514090000051
至配电网时，则
Figure GDA0003257514090000052
归算到一次侧的值
Figure GDA0003257514090000053
为：
Figure GDA0003257514090000054
在开口三角侧空载的电压互感器处测量返回电压
Figure GDA0003257514090000055
时，测得电压即对地阻抗两端电压。此时返回电压归算到一次侧的值
Figure GDA0003257514090000056
为：
Figure GDA0003257514090000057
将式(1)、式(2)作商，得到：
Figure GDA0003257514090000058
根据式(3)，中性点不接地配电网总对地电容
Figure GDA0003257514090000059
总对地泄漏电导
Figure GDA00032575140900000510
不妨假设注入电流信号
Figure GDA00032575140900000511
与返回电压信号
Figure GDA00032575140900000512
之间的夹角为θ，线路阻尼率d＝∑g/ω∑C＝cotθ，
Figure GDA00032575140900000513
为配电网相电压。则中性点不接地配电网总对地电容ΣC及电容电流
Figure GDA00032575140900000514
为：
Figure GDA00032575140900000515
Figure GDA00032575140900000516
总对地泄漏电导∑g及泄漏电流
Figure GDA00032575140900000517
为：
Figure GDA00032575140900000518
Figure GDA00032575140900000519
采用星型电容器测量对地绝缘参数过程流程如图4所示。首先从星型电容器采用电流源注入特征频率电流信号
Figure GDA00032575140900000520
至配电网，然后在变比为n的开口三角侧空载电压互感器测量特征频率返回电压
Figure GDA0003257514090000061
利用公式(4)-(7)来测算中性点不接地配电网对地绝缘参数。
此时电压互感器内阻抗及消谐电阻对中性点不接地配电网电容电流测量没有影响，可实现对地参数精准测量，且测量时不需改变配电网一次接线，不影响配电网正常运行，保障测量过程安全可靠。
通过改变原有的三相五柱式变压器进行测量的形式，采用一个星型电容器和一个零序电压互感器进行测量，利用零序电压互感器励磁阻抗远大于内阻抗的特性，忽略了注入电流源的串联内阻以及电压源的空载内阻，从而完全消除了电压互感器内阻抗及消谐电阻对中性点不接地配电网对地绝缘参数的影响；
相较于现有技术中的利用互感器或三相五柱式变压器进行测量时，仅将一、二次侧电感看作近似相等，通过联立公式消除漏电感，但均未考虑漏电阻，故无法准确测量对地泄漏电阻，而本方案通过将注入信号和测量信号分开设置，且从测量电路结构上消除了内阻抗和消谐电阻的影响，即消除了漏电阻和消谐电阻，从而能够准确测量对地泄漏电阻和对地泄漏电流；
以上详细介绍了本发明应用于中性点不接地配电网的技术原理，随调式消弧线圈在配电网正常运行时不投入运行，相当于不接地电网，因此，本发明同样适用于经随调式消弧线圈接地配电网。以下进一步介绍本发明应用于中性点不接地配电网的具体情况：
如图1所示，在10kV中性点不接地配电网中，配电网单相对地泄漏电阻RA＝RB＝RC＝2000Ω，配电网单相对地电容CA＝CB＝CC＝47.7μF，消谐电阻Z0＝30Ω。通过中性点不接地配电网一个变比n1为100的零序电压互感器A开口三角侧注入一幅值为10A的电流信号，初相角为0°。从另一个变比n2为100的零序电压互感器B的开口三角侧测得返回的该特征频率电压。根据公式(4)计算得中性点不接地配电网总对地电容ΣC，根据公式(6)计算得中性点不接地配电网总对地泄漏电导∑g。改变注入信号频率的对地绝缘参数测量试验结果如表1所示。
表1
Figure GDA0003257514090000062
从上述数据可以看出，该测量方法完全消除了零序电压互感器内阻抗及消谐电阻的影响，提高注入信号频率至80Hz时，单相对地泄漏电阻测量值相对误差为0.06％，单相对地电容测量值相对误差为0.105％，测量精度高，且安全、简便和经济，完全满足中性点不接地配电网运行要求。
一种采用星型电容器的中性点不接地配电网对地绝缘参数测量系统，包括：
注入单元：在中性点不接地配电网的母线处接入星型电容器，且向星型电容器开口三角侧，注入非工频电流信号
Figure GDA0003257514090000071
测量单元：在中性点不接地配电网的零序电压互感器的开口三角侧空载处测量返回的电压信号
Figure GDA0003257514090000072
且所述电流信号
Figure GDA0003257514090000073
与电压信号
Figure GDA0003257514090000074
频率相同；
计算单元：利用测量单元测得的电压信号和注入单元注入的电流信号计算中性点不接地配电网的对地绝缘参数，即总对地电容ΣC和总对地泄漏电导Σg；
Figure GDA0003257514090000075
其中，n为零序电压互感器的变比，Im[]和Re[]分别表示求复数的虚部和实部，ω表示电流信号
Figure GDA0003257514090000076
的角频率。
其中，所述注入单元注入的电流信号
Figure GDA0003257514090000077
的频率的取值不等于工频的整数倍。
应当理解，本发明各个实施例中的功能单元模块可以集中在一个处理单元中，也可以是各个单元模块单独物理存在，也可以是两个或两个以上的单元模块集成在一个单元模块中，可以采用硬件或软件的形式来实现。
本发明实施例还提供一种可读存储介质，包括计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理终端执行时使所述处理终端执行所述一种采用星型电容器的中性点不接地配电网对地绝缘参数测量方法，其有益效果参见方法部分的有益效果，在此不再赘述。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种采用星型电容器的中性点不接地配电网对地绝缘参数测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)：在中性点不接地配电网的母线处接入星型电容器，且向星型电容器开口三角侧，注入非工频电流信号
Figure FDA0002273475440000011
步骤2)：在中性点不接地配电网的零序电压互感器的开口三角侧空载处测量返回的电压信号
Figure FDA0002273475440000012
且所述电流信号
Figure FDA0002273475440000013
与电压信号
Figure FDA0002273475440000014
频率相同；
步骤3)：利用电压信号和电流信号计算中性点不接地配电网的对地绝缘参数，即总对地电容ΣC和总对地泄漏电导Σg；
Figure FDA0002273475440000015
其中，n为零序电压互感器的变比，Im[]和Re[]分别表示求复数的虚部和实部，ω表示电流信号
Figure FDA0002273475440000016
的角频率。
2.根据权利要求1所述的中性点不接地配电网对地绝缘参数测量方法，其特征在于：所述电流信号
Figure FDA0002273475440000017
的频率的取值不等于工频的整数倍。
3.一种采用星型电容器的中性点不接地配电网对地绝缘参数测量系统，其特征在于，包括：
注入单元：在中性点不接地配电网的母线处接入星型电容器，且向星型电容器开口三角侧，注入非工频电流信号
Figure FDA0002273475440000018
测量单元：在中性点不接地配电网的零序电压互感器的开口三角侧空载处测量返回的电压信号
Figure FDA0002273475440000019
且所述电流信号
Figure FDA00022734754400000110
与电压信号
Figure FDA00022734754400000111
频率相同；
计算单元：利用测量单元测得的电压信号和注入单元注入的电流信号计算中性点不接地配电网的对地绝缘参数，即总对地电容ΣC和总对地泄漏电导Σg；
Figure FDA00022734754400000112
其中，n为零序电压互感器的变比，Im[]和Re[]分别表示求复数的虚部和实部，ω表示电流信号
Figure FDA00022734754400000113
的角频率。
4.根据权利要求3所述的中性点不接地配电网对地绝缘参数测量系统，其特征在于：所述注入单元注入的电流信号
Figure FDA0002273475440000021
的频率的取值不等于工频的整数倍。
5.一种可读存储介质，包括计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理终端执行时使所述处理终端执行权利要求1-2任一项所述的方法。
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