CN111103501A - 一种中性点不接地配电网对地绝缘参数测量方法及系统 - Google Patents

一种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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Abstract

本发明公开了一种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一个零序电压互感器A开口三角侧注入一特定频率电流信号；在另一个零序电压互感器B开口三角侧空载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

一种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对地绝缘参数分为对地电容电流和对地泄漏电流。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自行熄灭，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对地电容电流及对地泄漏电流。因此，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。
目前，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，，需要直接操作一次设备，存在安全隐患，一般不采用较少实际应用。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
本发明针对现有技术中测量中性点不接地配电网对地绝缘参数操作复杂或者测量不准确的问题，提供了一种中性点不接地配电网对地绝缘参数测量方法及系统，本方案能够同时测量总对地电容和总对地泄漏电导，测量精度高，且测量过程安全可靠。
一种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一侧处零序电压互感器A的开口三角侧，注入非工频电流信号
Figure BDA0001823052010000021
步骤2)：在中性点不接地配电网的另的一侧零序电压互感器B的开口三角侧空载处测量返回的电压信号
Figure BDA0001823052010000022
且所述电流信号
Figure BDA0001823052010000023
与电压信号
Figure BDA0001823052010000024
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 BDA0001823052010000025
其中，n1、n2分别为零序电压互感器A、B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 BDA0001823052010000026
的角频率。
通过改变原有的三相五柱式变压器进行测量的形式，采用两个零序电压互感器进行测量，利用零序电压互感器的励磁阻抗远大于内阻抗的特性，同时，将注入信号与测量返回信号分开，从电路原理中消除内阻抗的影响，从而忽略注入电流源的串联内阻以及电压源的空载内阻，同时利用特征频率信号流通回路的阻抗分布特性，从原理上消除了消谐电阻造成的参数测量误差，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。
进一步地，所述电流信号
Figure BDA0001823052010000027
的频率取值不等于工频的整数倍。
一种中性点不接地配电网对地绝缘参数测量系统，包括电流信号注入单元、电压信号返回测量单元以及参数计算单元；
所述电流信号注入单元在中性点不接地配电网的一侧处零序电压互感器A的开口三角侧，注入非工频电流信号
Figure BDA0001823052010000028
所述电压信号返回测量单元在中性点不接地配电网的另的一侧零序电压互感器B的开口三角侧空载处测量返回的电压信号
Figure BDA0001823052010000031
且所述电流信号
Figure BDA0001823052010000032
与电压信号
Figure BDA0001823052010000033
频率相同；
所述参数计算单元采用上述的方法对中性点不接地配电网的总对地电容ΣC和总对地泄漏电导Σg进行计算。
有益效果
本发明提供了一种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一个零序电压互感器A开口三角侧注入一特定频率电流信号；在另一个零序电压互感器B开口三角侧空载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。
相较于现有技术而言，具有以下优点：
(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)通过中性点不接地配电网一个零序电压互感器A开口三角侧采用电流源注入一特定频率电流信号
Figure BDA0001823052010000034
可忽略电流源的串联内阻；在另一个开口三角侧空载的零序电压互感器B测量返回的该频率电压信号
Figure BDA0001823052010000035
可忽略电压源的空载内阻，同时利用特征频率信号流通回路的阻抗分布特性，从原理上消除了消谐电阻造成的参数测量误差，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；
(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；
(4)该方法注入信号频率选取只要是非工频即可，无需选择和调节复杂的特定频率，容易实现。
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一侧处零序电压互感器A的开口三角侧，注入非工频电流信号
Figure BDA0001823052010000041
步骤2)：在中性点不接地配电网的另的一侧零序电压互感器B的开口三角侧空载处测量返回的电压信号
Figure BDA0001823052010000042
且所述电流信号
Figure BDA0001823052010000043
与电压信号
Figure BDA0001823052010000044
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 BDA0001823052010000045
其中，n1、n2分别为零序电压互感器A、B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 BDA0001823052010000046
的角频率。
中性点不接地配电网电容电流测量等效电路如图2所示：
Figure BDA0001823052010000047
为电压互感器A开口三角侧注入特定频率电流信号归算到一次侧的值，
Figure BDA0001823052010000048
为配电网一次侧感应出的零序电流；
Figure BDA0001823052010000049
为另一开口三角侧空载的电压互感器B处测量返回电压归算到一次侧的值；RA'、LA'为电压互感器A开口三角侧的漏电阻和漏电感归算到一次侧的值；RB'、LB'为电压互感器B开口三角侧的漏电阻和漏电感归算到一次侧的值；RA1、LA1为电压互感器A高压侧漏电阻和漏电感；RB1、LB1为电压互感器B高压侧漏电阻和漏电感；ZMA为电压互感器A的励磁阻抗；ZMB为电压互感器B的励磁阻抗；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 BDA00018230520100000410
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，中性点不接地配电网电容电流测量简化等效电路如图3所示。通过电压互感器A开口三角侧注入一特征频率电流信号
Figure BDA00018230520100000411
至配电网时，一次侧感应出零序电流
Figure BDA00018230520100000412
由于其不能在配电网电源与负载之间流通，只能通过配电网对地电容及对地泄漏电阻形成回路。设零序电压互感器A、B的变比为n1、n2，则
Figure BDA0001823052010000051
归算到一次侧的值
Figure BDA0001823052010000052
为：
Figure BDA0001823052010000053
在另一开口三角侧空载的电压互感器B处测量返回电压
Figure BDA0001823052010000054
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 BDA0001823052010000055
为：
Figure BDA0001823052010000056
将式(1)、式(2)作商，得到：
Figure BDA0001823052010000057
根据式(3)，中性点不接地配电网总对地电容
Figure BDA0001823052010000058
总对地泄漏电导
Figure BDA0001823052010000059
不妨假设注入电流信号
Figure BDA00018230520100000510
与返回电压信号
Figure BDA00018230520100000511
之间的夹角为θ，
线路阻尼率d＝∑g/ω∑C＝cotθ，
Figure BDA00018230520100000512
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 BDA00018230520100000513
为：
Figure BDA00018230520100000514
Figure BDA00018230520100000515
总对地泄漏电导∑g及泄漏电流
Figure BDA00018230520100000516
为：
Figure BDA00018230520100000517
Figure BDA00018230520100000518
中性点不接地配电网对地绝缘参数测量过程流程如图4所示。首先从变比为n1的电压互感器注入特征频率电流信号
Figure BDA0001823052010000061
至配电网，然后在另一变比为n2的电压互感器测量特征频率返回电压
Figure BDA0001823052010000062
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，采用两个零序电压互感器进行测量，利用零序电压互感器的励磁阻抗远大于内阻抗的特性，同时，将注入信号与测量返回信号分开，从电路原理中消除内阻抗的影响，从而达到忽略注入电流源的串联内阻以及电压源的空载内阻，同时利用特征频率信号流通回路的阻抗分布特性，从原理上消除了消谐电阻造成的参数测量误差，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。
一种中性点不接地配电网对地绝缘参数测量系统，包括电流信号注入单元、电压信号返回测量单元以及参数计算单元；
所述电流信号注入单元在中性点不接地配电网的一侧处零序电压互感器A的开口三角侧，注入非工频电流信号
Figure BDA0001823052010000063
注入的非工频电流信号
Figure BDA0001823052010000064
的电流信号注入单元等效为电流源；
所述电压信号返回测量单元在中性点不接地配电网的另的一侧零序电压互感器B的开口三角侧空载处测量返回的电压信号
Figure BDA0001823052010000065
且所述电流信号
Figure BDA0001823052010000066
与电压信号
Figure BDA0001823052010000067
频率相同；
所述参数计算单元采用上述的方法对中性点不接地配电网的总对地电容ΣC和总对地泄漏电导Σg进行计算。
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。
所述电流信号
Figure BDA0001823052010000071
的频率取值不等于工频的整数倍。
表1
Figure BDA0001823052010000072
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。

Claims (3)

1.一种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一侧处零序电压互感器A的开口三角侧，注入非工频电流信号
Figure FDA0001823050000000011
步骤2)：在中性点不接地配电网的另的一侧零序电压互感器B的开口三角侧空载处测量返回的电压信号
Figure FDA0001823050000000012
且所述电流信号
Figure FDA0001823050000000013
与电压信号
Figure FDA0001823050000000014
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 FDA0001823050000000015
其中，n1、n2分别为零序电压互感器A、B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 FDA0001823050000000016
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 FDA0001823050000000017
的频率取值不等于工频的整数倍。
3.一种中性点不接地配电网对地绝缘参数测量系统，其特征在于，包括电流信号注入单元、电压信号返回测量单元以及参数计算单元；
所述电流信号注入单元在中性点不接地配电网的一侧处零序电压互感器A的开口三角侧，注入非工频电流信号
Figure FDA0001823050000000018
所述电压信号返回测量单元在中性点不接地配电网的另的一侧零序电压互感器B的开口三角侧空载处测量返回的电压信号
Figure FDA0001823050000000019
且所述电流信号
Figure FDA00018230500000000110
与电压信号
Figure FDA00018230500000000111
频率相同；
所述参数计算单元采用权利要求1-2任一项所述的方法对中性点不接地配电网的总对地电容ΣC和总对地泄漏电导Σg进行计算。
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