CN111262251B - 一种全补偿系统电压跌落的分析方法 - Google Patents

一种全补偿系统电压跌落的分析方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及电力电网技术领域，尤其涉及一种全补偿系统电压跌落的分析方法。本申请提供的一种全补偿系统电压跌落的分析方法，通过将调压器一次侧电流及故障相电流各序分量逐步归算到线相变换器一次侧，建立了线相变换器一次侧复合序网图，获得了调压器变比与线相变换器、调压器的漏抗及负载阻抗的关系，计算出调压器变比，从而实现接地故障电弧的全补偿基准变比。本申请提供的电压跌落的分析方法，适用于自产供电相电源的接地故障电流补偿系统的电压跌落计算，为自产供电相电源的接地故障电流补偿系统的实施提供了理论依据，为自产供电电源型接地补偿系统的工程应用提供了一种简便、准确的补偿分析方法。

Description

一种全补偿系统电压跌落的分析方法
技术领域
本申请涉及电力电网技术领域，尤其涉及一种全补偿系统电压跌落的分析方法。
背景技术
国内外配电网单相接地故障占电网总故障的80％以上，严重影响电网及设备的安全运行，安全处理接地故障对社会及经济发展有重要作用。当系统的电容电流大于10A以上时，采用消弧线圈接地方式来减少故障电流。消弧线圈能够在一定程度上减少故障电流，系统可带故障运行2小时，但消弧线圈不能实现全补偿，故障点依然存在小于10A的残流，残流的存在可引起人身触电、火灾事故，以及严重威胁电网和设备的安全稳定运行。当系统的电容电流较大时，多采用小电阻接地方式，当发生单相接地故障时，放大故障线路零序电流，继电保护装置快速切除故障线路，但此种接地方式供电可靠性难以保障，且发生高阻接地时，存在继电保护拒动的风险。
当前，为能够彻底消除单相接地故障危害，同时保证供电可靠性。在相关技术中提出了利用相供电电源变换器及调压器实现单相接地故障电流全补偿技术，通过线相变换器将母线上的线电源变为反向的相电源，结合投切开关接入系统的中性点接入故障相抑制故障相的过电压，来达到全补偿的目的。
然而上述方法中并未涉及到使用调压器作为电压调节器时调压器电压比的计算及调节方法，不能确定最优调压器变比，从而实现接地故障电弧的全补偿基准变比的补偿分析方法。
发明内容
本申请提供了一种全补偿系统电压跌落的分析方法，以解决自产供电相电源接地故障灭弧技术中不能确定最优调压器变比，从而实现接地故障电弧的全补偿基准变比的补偿分析方法的问题。
本申请解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
一种全补偿系统电压跌落的分析方法，包括以下步骤：
确定单相接地故障时，完全补偿状态下，系统三相电压初始值及故障相电压各序分量；
计算线相变换器二次侧电流及故障相电流各序分量；
计算线相变换器的一次侧各相电流及故障相电流各序分量；
将线相变换器的漏抗、调压器及负载的阻抗归算到线相变换器一次侧，得到电压、电流和阻抗的表达式；
将线相变换器的漏抗、调压器及负载阻抗归算到线相变换器二次侧，计算线相变换器二次侧输出电压；
根据所述线相变换器二次侧输出电压以及全补偿状态下负载获得的电压，得到调压器变化比n，实现接地故障电弧的全补偿基准变比。
可选的，所述计算线相变换器二次侧电流及故障相电流各序分量包括，计算调压器一次侧电流及故障相电流各序分量。
可选的，所述方法用于包括线相变换器为Y/Y联结的三相变压器系统；
所述方法用于自产供电相电源接地故障电流补偿系统。
可选的，所述自产供电相电源的接地故障电流补偿系统电压的跌落值包括线相变换器、调压器及负载设备自身的损耗。
可选的，所述线相变换器、调压器的漏抗参数根据变压器的短路阻抗电压计算得到。
可选的，所述根据所述线相变换器二次侧输出电压以及全补偿状态下负载获得的电压，得到调压器变化比n，实现接地故障电弧的全补偿基准变比包括：
将所述调压器变化比n设置为调压器，在系统正常运行时进行变比微调，确定最优调压器变比，实现接地故障电弧的全补偿基准变比。
本申请提供的技术方案包括以下有益技术效果：
本申请提供的一种全补偿系统电压跌落的分析方法，通过将调压器一次侧电流及故障相电流各序分量逐步归算到线相变换器一次侧，建立了线相变换器一次侧复合序网图，获得了调压器变比与线相变换器、调压器的漏抗及负载阻抗的关系，计算出调压器变比，从而实现接地故障电弧的全补偿基准变比。本申请提供的电压跌落的分析方法，适用于自产供电相电源的接地故障电流补偿系统的电压跌落计算，为自产供电相电源的接地故障电流补偿系统的实施提供了理论依据，为自产供电电源型接地补偿系统的工程应用提供了一种简便、准确的补偿分析方法。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种全补偿系统电压跌落的分析方法步骤流程示意图；
图2为本申请实施例提供的全补偿系统电压跌落的分析方法适用的自产供电相电源的接地故障电流补偿系统结构示意图；
图3为本申请实施例提供的变压器等效漏抗、调压器及负载阻抗归算到线相变换器一次侧的复合序网图；
图4为图3复合序网图的等效电路图；
图5为图3各参量归算到线相变换器二次侧的等效电路图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
请参考附图1，附图1为本申请实施例提供的一种全补偿系统电压跌落的分析方法步骤流程示意图，如图所示，本申请提供的全补偿系统电压跌落的分析方法，包括以下步骤：
确定单相接地故障时，完全补偿状态下，系统三相电压初始值及故障相电压各序分量；
计算线相变换器二次侧电流及故障相电流各序分量；
计算线相变换器的一次侧各相电流及故障相电流各序分量；
将线相变换器的漏抗、调压器及负载的阻抗归算到线相变换器一次侧，得到电压、电流和阻抗的表达式；
将线相变换器的漏抗、调压器及负载阻抗归算到线相变换器二次侧，计算线相变换器二次侧输出电压；
根据所述线相变换器二次侧输出电压以及全补偿状态下负载获得的电压，得到调压器变化比n，实现接地故障电弧的全补偿基准变比。
本申请实施例提供的一种全补偿系统电压跌落的分析方法，通过将调压器一次侧电流及故障相电流各序分量逐步归算到线相变换器一次侧，建立了线相变换器一次侧复合序网图，获得了调压器变比与线相变换器、调压器的漏抗及负载阻抗的关系，计算出调压器变比，从而实现接地故障电弧的全补偿基准变比。
可选的，所述计算线相变换器二次侧电流及故障相电流各序分量包括，计算调压器一次侧电流及故障相电流各序分量。
进一步的，请参考附图2，为本申请实施例提供的全补偿系统电压跌落的分析方法适用的自产供电相电源的接地故障电流补偿系统结构示意图，该系统包括线相变换器和调压器，所述线相变换器为Y/Y联结的三相变压器系统；该分析方法用于自产供电相电源接地故障电流补偿系统的电压跌落计算。
如图2中所示，以A相发生接地故障为例对上述方法进行说明，需要说明的是本申请实施例中的方法适用于A、B、C三相任一相发生故障的情况，原理相同。具体包括以下步骤：
(1)确定单相接地故障时，完全补偿状态下，系统三相电压初始值及故障相电压各序分量；
Figure BDA0002380625970000031
以对称分量法分解得到故障相电压各序分量：
Figure BDA0002380625970000032
其中，
Figure BDA0002380625970000033
为故障相电源电动势，/>
Figure BDA0002380625970000034
为故障相正序电压，/>
Figure BDA0002380625970000035
为故障相负序电压，
Figure BDA0002380625970000036
为故障相零序电压。
(2)计算线相变换器二次侧电流及故障相电流各序分量；
设补偿电流为
Figure BDA0002380625970000037
则调压器一次侧电流即线相变换器二次侧电流分别为
Figure BDA0002380625970000038
以对称分量法分解得到故障相电流各序分量：
Figure BDA0002380625970000039
其中，
Figure BDA00023806259700000310
为线相变换器二次侧故障相正序电流，/>
Figure BDA00023806259700000311
为线相变换器二次侧故障相负序电流，/>
Figure BDA0002380625970000041
为线相变换器二次侧故障相零序电流。
(3)计算线相变换器的一次侧各相电流及故障相电流各序分量；
根据变压器原理，变压器一次侧为Y型联结方式，其零序回路为开路，当用标幺值表示电流且k*＝1时，线相变换器一次侧各相电流分别为：
Figure BDA0002380625970000042
线相变换器的一次侧故障相电流各序分量为：
Figure BDA0002380625970000043
其中，
Figure BDA0002380625970000044
为线相变换器一次侧故障相正序电流，/>
Figure BDA0002380625970000045
为线相变换器一次侧故障相负序电流，/>
Figure BDA0002380625970000046
为线相变换线相变换器器一次侧故障相零序电流。
(4)将线相变换器的漏抗、调压器及负载的阻抗归算到线相变换器一次侧，得到电压、电流和阻抗的表达式；
具体地，将线相变换器的漏抗、调压器及负载的阻抗归算到线相变换器一次侧，做出复合序网参见图3。
Figure BDA0002380625970000047
其中，
Figure BDA0002380625970000048
为故障相电动势，Z1Σ为正序阻抗，Z2Σ为负序阻抗，/>
Figure BDA0002380625970000049
为线相变换器一次侧故障相电流，m为线相变换器变比，n为调压器变比，XT11为线相变换器归算到一次侧的等效漏抗，X′T21为调压器归算到线相变换器一次侧的等效漏抗，Z″L为负载归算到线相变换器一次侧的等效阻抗，XT21为调压器归算到一次侧的等效漏抗，ZL为负载阻抗。
进一步地，图3的等效电路图参见图4，其中，
Figure BDA00023806259700000410
为故障相电动势归算到线相变换器二次侧的电动势，且/>
Figure BDA00023806259700000411
图4的各参量归算到线相变换器二次侧的等效电路图参见图5。
(5)将线相变换器的漏抗、调压器及负载阻抗归算到线相变换器二次侧，计算线相变换器二次侧输出电压；
Figure BDA00023806259700000412
其中，
Figure BDA00023806259700000413
为线相变换器二次侧输出电压，且/>
Figure BDA00023806259700000414
全补偿状态下负载获得的电压为
Figure BDA00023806259700000415
线相变换器二次侧输出电压满足下式：
Figure BDA0002380625970000056
其中，n为调压器变比。
(6)求解一元四次方程得到调压器变比n。
由式(1)和式(2)可得：
Figure BDA0002380625970000052
简化得到：
Figure BDA0002380625970000053
上式中，a、b、c、d、e均为各项系数，解上式一元四次方程可得到n。
可选的，所述自产供电相电源的接地故障电流补偿系统电压的跌落值包括线相变换器、调压器及负载设备自身的损耗。
可选的，所述线相变换器、调压器的漏抗参数根据变压器的短路阻抗电压计算得到。
可选的，所述根据所述线相变换器二次侧输出电压以及全补偿状态下负载获得的电压，得到调压器变化比n，实现接地故障电弧的全补偿基准变比包括：
将所述调压器变化比n设置为调压器，在系统正常运行时进行变比微调，确定最优调压器变比，实现接地故障电弧的全补偿基准变比。
以下结合具体实例，说明调压器变比的计算过程。
变压器的漏抗参数可根据变压器的短路阻抗电压计算获得，本实施例中线相变换器额定容量为6MVA，其一次额定电压等于二次额定电压为10kV，短路阻抗电压百分比为1％，线相变换器的额定变比均为1，即m＝1。忽略变压器直流电阻、激磁电抗、铁损，根据变压器等效电路，线相变换器的一次侧等效漏抗为：
Figure BDA0002380625970000054
其中，U1E为一次额定电压，U2k为二次额定电压，I2k为二次额定电流，γ为阻抗电压百分比。
调压器的额定容量为2MVA，一次额定电压为
Figure BDA0002380625970000055
阻抗电压百分比为1％，计算得到调压器一次绕组等效漏抗XT21＝5Ω。
负载阻抗ZL＝-10Ω。
将上述参数值代入式(3)可得：
Figure BDA0002380625970000061
求解上述一元四次方程，可得调压器变比n＝1.422。
本申请实施例提供的一种全补偿系统电压跌落的分析方法，通过将调压器一次侧电流及故障相电流各序分量逐步归算到线相变换器一次侧，建立了线相变换器一次侧复合序网图，获得了调压器变比与线相变换器、调压器的漏抗及负载阻抗的关系，计算出调压器变比，从而实现接地故障电弧的全补偿基准变比。本申请实施例提供的电压跌落的分析方法，适用于自产供电相电源的接地故障电流补偿系统的电压跌落计算，为自产供电相电源的接地故障电流补偿系统的实施提供了理论依据，为自产供电电源型接地补偿系统的工程应用提供了一种简便、准确的补偿分析方法。
需要说明的是，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种全补偿系统电压跌落的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
确定单相接地故障时，完全补偿状态下，系统三相电压初始值及故障相电压各序分量；
计算线相变换器二次侧电流及故障相电流各序分量；
计算线相变换器的一次侧各相电流及故障相电流各序分量；
将线相变换器的漏抗、调压器及负载的阻抗归算到线相变换器一次侧，得到电压、电流和阻抗的表达式；
将线相变换器的漏抗、调压器及负载的阻抗归算到线相变换器二次侧，计算线相变换器二次侧输出电压；
根据所述线相变换器二次侧输出电压以及完全补偿状态下负载获得的电压，得到调压器变化比n，实现接地故障电弧的全补偿基准变比。
2.根据权利要求1所述的全补偿系统电压跌落的分析方法，其特征在于，所述计算线相变换器二次侧电流及故障相电流各序分量包括，计算调压器一次侧电流及故障相电流各序分量。
3.根据权利要求1所述的全补偿系统电压跌落的分析方法，其特征在于，所述方法用于包括线相变换器为Y/Y联结的三相变压器系统；
所述方法用于自产供电相电源接地故障电流补偿系统。
4.根据权利要求3所述的全补偿系统电压跌落的分析方法，其特征在于，所述自产供电相电源的接地故障电流补偿系统电压的跌落值包括线相变换器、调压器及负载设备自身的损耗。
5.根据权利要求3所述的全补偿系统电压跌落的分析方法，其特征在于，线相变换器、调压器的漏抗参数根据变压器的短路阻抗电压计算得到。
6.根据权利要求1所述的全补偿系统电压跌落的分析方法，其特征在于，所述根据所述线相变换器二次侧输出电压以及全补偿状态下负载获得的电压，得到调压器变化比n，实现接地故障电弧的全补偿基准变比包括：
将所述调压器变化比n设置为，调压器在系统正常运行时进行变比微调，确定最优调压器变比，实现接地故障电弧的全补偿基准变比。
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