CN112269049B - 一种配电网对地电容电流测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电网对地电容电流测量方法及系统，其方法包括：在配电网中性点不接地的状态下，通过接地变压器所适配的测控装置从所述接地变压器的系统侧绕组内选取待测量的接地档位；基于所述接地档位所对应的分接抽头处于接地状态，触发电压互感器采集配电网中性点处的零序电压；利用电流互感器采集流经所述配电网中性点处的零序电流，同时结合所述零序电压获取配电网对地电容的相关参数。本发明实施例可保证测量所得的对地电容电流具有高准确性，同时可避免整个测量过程对配电网造成冲击。

Description

一种配电网对地电容电流测量方法及系统

技术领域

本发明涉及电力测量技术领域，尤其涉及一种配电网对地电容电流测量方法及系统。

背景技术

在中压配电网中普遍采用中性点不接地或者中性点经消弧线圈接地的非有效接地方式，随着城市电网的扩大及电缆出线应用的增多，使得电网对地电流急剧增加，当配电网发生单相接地故障时导致接地故障电弧无法自行熄灭，此时产生较高的过电压，可能危害全相绝缘从而造成两相短路甚至三相短路的严重事故。在此基础上，电力安全规程规定配电网电容电流是决定是否在中性点处装设消弧线圈、确定消弧线圈容量和完成消弧线圈调谐的重要依据，因此有必要对配电网对地电容电流测量方法进行研究。

传统的配电网对地电容电流测量方法可分为三类：一类为直接法，即通过金属性直接接地方式进行测量；一类为注入信号法，即由电压互感器二次注入信号后通过测量到的电气参数进行计算；一类为中性点参数扰动法，即通过改变中性电阻的大小后根据测量到的电气参数进行计算。然而现有技术存在缺陷，如整个测量过程受到配电网接地方式的影响、在整个测量过程中所产生的零序电压可能会对配电网造成冲击等。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种配电网对地电容电流测量方法及系统，可保证测量所得的对地电容电流具有高准确性，同时可避免整个测量过程对配电网造成冲击。

为了解决上述问题，本发明提出了一种配电网对地电容电流测量方法，所述方法包括：

在配电网中性点不接地的状态下，通过接地变压器所适配的测控装置从所述接地变压器的系统侧绕组内选取待测量的接地档位；

基于所述接地档位所对应的分接抽头处于接地状态，触发电压互感器采集配电网中性点处的零序电压；同时触发电流互感器采集配电网中性点处的零序电流；

利用电流互感器采集流经所述配电网中性点处的零序电流，同时结合所述零序电压获取配电网对地电容的相关参数。

可选的，在利用电流互感器采集流经所述配电网中性点处的零序电流之前，还包括：

利用电压互感器采集配电网的三相电对地电压，并基于所述三相电对地电压形成配电网运行设定允许范围；

判断所述零序电压是否落在所述配电网运行规程允许范围内；

若是，则利用电流互感器采集流经所述配电网中性点处的零序电流；

若否，则输出配电网保护装置误动预告警信息,并重新调节档位，再次判断。

可选的，所述配电网对地电容的相关参数包括所述配电网对地电容的容值与流经所述配电网对地电容的电流值。

可选的，所述配电网对地电容的容值为：

以及流经所述配电网对地电容的电流值为：

其中，为所述配电网中性点处的零序电压，/>为配电网相电压，/>为流经所述配电网中性点处的零序电流，ω为配电网角频率。

另外，本发明实施例还提供了一种配电网对地电容电流测量系统，所述系统包括：

选取模块，用于在配电网中性点不接地的状态下，通过接地变压器所适配的测控装置从所述接地变压器的系统侧绕组内选取待测量的接地档位；

采集模块，用于基于所述接地档位所对应的分接抽头处于接地状态，触发电压互感器采集配电网中性点处的零序电压；同时触发电流互感器采集配电网中性点处的零序电流。

获取模块，用于利用电流互感器采集流经所述配电网中性点处的零序电流，同时结合所述零序电压获取配电网对地电容的相关参数。

可选的，所述系统还包括判断模块，所述判断模块用于利用电压互感器采集配电网的三相电对地电压，并基于所述三相电对地电压形成配电网运行规程允许范围；以及判断所述零序电压是否落在所述配电网运行规程允许范围内；若是，则跳转至所述获取模块执行；若否，则输出配电网保护装置误动预告警信息，并重新调节档位，再次判断。

可选的，所述配电网对地电容的相关参数包括所述配电网对地电容的容值与流经所述配电网对地电容的电流值。

可选的，所述配电网对地电容的容值为：

以及流经所述配电网对地电容的电流值为：

其中，为所述配电网中性点处的零序电压，/>为配电网相电压，/>为流经所述配电网中性点处的零序电流，ω为配电网角频率。

在本发明实施例中，通过引入特制的接地变压器进行不同档位的接地状态测量，且配合配电网中性点不直接接地的情况，可避免整个测量过程受到配电网接地方式的影响；通过对配电网三相电对地电压的实时采集，可对当前零序电压进行即时判断与错误示警，可保证测量所得的对地电容电流具有高准确性，同时可避免整个测量过程对配电网造成冲击。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例公开的配电网对地电容电流测量电路原理图；

图2是本发明实施例公开的配电网对地电容电流测量电路原理等效示意图；

图3是本发明实施例公开的一种配电网对地电容电流测量方法的流程示意图；

图4是本发明实施例公开的一种配电网对地电容电流测量系统的组成示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1示出了本发明实施例中的配电网对地电容电流测量电路原理图，所述测量电路包括接地变压器、抽头接地开关S₁、配电网三相对地电容和配电网三相对地泄漏电阻；其中：

所述接地变压器采用特制的带有分接抽头的Y/Δ接线型接地变压器，配电网经所述接地变压器引出中性点O，A_Y为所述接地变压器系统侧A相绕组，B_Y为所述接地变压器系统侧B相绕组，C_Y为所述接地变压器系统侧C相绕组，此时所述A相绕组的首端直接与配电网A相线路连接，所述B相绕组的首端直接与配电网B相线路连接，所述C相绕组的首端直接与配电网C相线路连接，相对应的，a_Δ为所述接地变压器低压侧A相绕组，b_Δ为所述接地变压器低压侧B相绕组，c_Δ为所述接地变压器低压侧C相绕组。

另外，在所述A相绕组A_Y、所述B相绕组B_Y和所述C相绕组C_Y的不同位置处均设置有k个分接抽头(本发明实施例限定每相绕组的分接抽头数量不超过30个)，任意一相绕组的k个分接抽头中的每一个分接抽头通过引出线与所述抽头接地开关S₁相连接，且k个分接抽头中每一个分接抽头所对应的接地档位从中性点O至馈线出口依次递增(即通过改变短路绕组占比进行档位限定)，每一个接地档位将直接影响中性点O的电压值，且每一个接地档位的控制选择由所述接地变压器所适配的外部测控装置执行，以此辅助配电网对地电容相关参数的测量工作。在本发明实施例中，所述抽头接地开关S₁包括三个真空断路器，每一个真空断路器分别实现所对应的一相绕组的抽头接地控制，且通过其中一个真空断路器的线圈与另外两个真空断路器的常闭触点串接可实现闭锁保护功能，保证任意调节其中一相绕组上的分接抽头接地时不会出现所述接地变压器系统侧绕组两点接地。

所述配电网三相对地电容包括A相对地电容C_A、B相对地电容C_B和C相对地电容C_C，所述配电网三相对地泄漏电阻包括A相对地泄漏电阻r_A、B相对地泄漏电阻r_B和C相对地泄漏电阻r_C，其中所述A相对地电容C_A与所述A相对地泄漏电阻r_A形成并联电路与配电网A相线路连接，所述B相对地电容C_B与所述B相对地泄漏电阻r_B形成并联电路与配电网B相线路连接，所述C相对地电容C_C与所述C相对地泄漏电阻r_C形成并联电路与配电网C相线路连接，由此可得到配电网三相线路的简化模型。。

基于图1所提供的测量电路原理图，图3示出了本发明实施例中的一种配电网对地电容电流测量方法的流程示意图，所述方法包括如下步骤：

S101、在配电网中性点不接地的状态下，接地变压器所适配的测控装置从所述接地变压器的系统侧绕组内选取待测量的接地档位；

一般来说，在不确定测量影响的情况下，接地变压器所适配的测控装置将自动为所述接地变压器的系统侧绕组选取接地档位最低的分接抽头进行初始对地参数测量，以保证配电网的安全运行，并在确定初始对地参数符合电力安规的情况下切换至待测量的接地档位。

S102、基于所述接地档位所对应的分接抽头处于接地状态，触发电压互感器采集配电网中性点处的零序电压，同时触发电流互感器采集配电网中性点处的零序电流，其中所述电压互感器采用开口三角电压互感器，所述电流互感器采用零序电流互感器

S103、利用电压互感器采集配电网的三相电对地电压，并基于所述三相电对地电压形成配电网运行规程允许范围；

在本发明实施例中，基于采集到的所述三相电对地电压(即A相对地电压U_A、B相对地电压U_B和C相对地电压U_C)，从所述三相对地电压中获取最小值U_x＝min{U_A,U_B,U_C}，此时所述配电网运行规程允许范围指定为当前零序电压不得超过15％U_x。为降低对测量过程对电力系统的影响，设定当前零序电压不得超过5％U_x。

S104、判断所述零序电压是否落在所述设定的允许范围内，其判断结果包括：若所述零序电压不超过5％U_x，则继续执行步骤S105；若所述零序电压超过5％U_x，则跳转至步骤S106执行。

S105、利用电流互感器采集流经所述配电网中性点处的零序电流，同时结合所述零序电压获取配电网对地电容的相关参数。

在本发明实施例中，所述配电网对地电容的相关参数包括所述配电网对地电容的容值与流经所述配电网对地电容的电流值，结合所述零序电流和所述零序电压可计算得到：

所述配电网对地电容的容值为上式虚部，即：

以及流经所述配电网对地电容的电流值为：

其中，为所述配电网中性点处的零序电压，/>为配电网相电压，/>为流经所述配电网中性点处的零序电流，ω为配电网角频率，/>为所述配电网相电压。

此外，本发明实施例还提出对所述零序电流和所述零序电压的测量结果进行验证，结合图2所示出的配电网对地电容电流测量电路原理等效示意图，已知图2中的为所述接地变压器系统侧的一个分接抽头接地时的开路电压，Z_T0为所述接地变压器对地短路支路的总零序阻抗，假设所述配电网三相对地泄漏电阻所包含的三个电阻的阻值关系满足r_A＝r_B＝r_C＝r₀，以及所述配电网三相对地电容所包含的三个电容的容值关系满足C_A＝C_B＝C_C＝C₀，故通过计算得到的零序电流值为：

经化简，转换为基尔霍夫定律表达式为：

其中，U′₀为通过计算得到的零序电压值，r₀/3为上述三个电阻的并联值，1/jω3C₀为上述三个电容的并联容抗值(其并联电容值为3C₀)，ω为配电网角频率。此处可通过判断与I′₀/U′₀两者的差值是否超过电网规定的可允许误差范围来验证整个计算过程的准确性。

S106、输出配电网保护装置误动预告警信息。

在本发明实施例中，当所述零序电压过高时易造成配电网中的保护装置误动，给电力设备造成较大损害，同时给配电网的安全稳定运行带来潜在威胁，因此对所述零序电压的判断结果进行及时告警存在极大的必要性。

S107、执行完S106后重新调节档位，再次判断回到步骤S101。

基于图1所提供的测量电路原理图，图4示出了本发明实施例中的一种配电网对地电容电流测量系统的组成示意图，所述系统包括：

选取模块201，用于在配电网中性点不接地的状态下，接地变压器所适配的测控装置从所述接地变压器的系统侧绕组内选取待测量的接地档位；

一般来说，在不确定测量影响的情况下，接地变压器所适配的测控装置将自动为所述接地变压器的系统侧绕组选取接地档位最低的分接抽头进行初始对地参数测量，以保证配电网的安全运行，并在确定初始对地参数符合电力安规的情况下切换至待测量的接地档位。

采集模块202，用于基于所述接地档位所对应的分接抽头处于接地状态，触发电压互感器采集配电网中性点处的零序电压，同时触发电流互感器采集配电网中性点处的零序电流，其中所述电压互感器采用开口三角电压互感器；

判断模块203，用于利用电压互感器采集配电网的三相电对地电压，并基于所述三相电对地电压(即A相对地电压U_A、B相对地电压U_B和C相对地电压U_C)，从所述三相对地电压中获取最小值U_x＝min{U_A,U_B,U_C}，还用于判断所述零序电压是否落在所述设定的允许范围内，其判断结果为：若所述零序电压不超过5％U_x，则跳转至获取模块204执行；若所述零序电压超过5％U_x，则输出配电网保护装置误动预告警信息，并重新调节档位，再次判断。

获取模块204，用于从采集模块中得到的零序电压和零序电流获取配电网对地电容的相关参数，包括所述配电网对地电容的容值与流经所述配电网对地电容的电流值；其中，

所述配电网对地电容的容值为：

以及流经所述配电网对地电容的电流值为：

其中，为所述配电网中性点处的零序电压，/>为配电网相电压，/>为流经所述配电网中性点处的零序电流，ω为配电网角频率。

在本发明实施例中，通过引入特制的接地变压器进行不同档位的接地状态测量，且配合配电网中性点不直接接地的情况，可避免整个测量过程受到配电网接地方式的影响；通过对配电网三相电对地电压的实时采集，可对当前零序电压进行即时判断与错误示警，可保证测量所得的对地电容电流具有高准确性，同时可避免整个测量过程对配电网造成冲击。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。

以上对本发明实施例所提供的一种配电网对地电容电流测量方法及系统进行了详细介绍，本文中采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种配电网对地电容电流测量方法，其特征在于，所述方法包括：

在配电网中性点不接地的状态下，通过接地变压器所适配的测控装置从所述接地变压器的系统侧绕组内选取待测量的接地档位；

基于所述接地档位所对应的分接抽头处于接地状态，触发电压互感器采集配电网中性点处的零序电压；

利用电压互感器采集配电网的三相电对地电压，并基于所述三相电对地电压形成配电网运行设定允许范围；

判断所述零序电压是否落在所述配电网运行设定允许范围内；

若是，则利用电流互感器采集流经所述配电网中性点处的零序电流；

若否，则输出配电网保护装置误动预告警信息，并重新调节档位，再次判断；

同时结合所述零序电压获取配电网对地电容的相关参数。

2.根据权利要求1所述的配电网对地电容电流测量方法，其特征在于，所述配电网对地电容的相关参数包括所述配电网对地电容的容值与流经所述配电网对地电容的电流值。

3.根据权利要求2所述的配电网对地电容电流测量方法，其特征在于，所述配电网对地电容的容值为：

以及流经所述配电网对地电容的电流值为：

其中，为所述配电网中性点处的零序电压，/>为配电网相电压，/>为流经所述配电网中性点处的零序电流，ω为配电网角频率。

4.一种配电网对地电容电流测量系统，其特征在于，所述系统包括：

选取模块，用于在配电网中性点不接地的状态下，通过接地变压器所适配的测控装置从所述接地变压器的系统侧绕组内选取待测量的接地档位；

采集模块，用于基于所述接地档位所对应的分接抽头处于接地状态，触发电压互感器采集配电网中性点处的零序电压；同时触发电流互感器采集配电网中性点处的零序电流；

获取模块，用于利用电流互感器采集流经所述配电网中性点处的零序电流，同时结合所述零序电压获取配电网对地电容的相关参数；

所述系统还包括判断模块，所述判断模块用于利用电压互感器采集配电网的三相电对地电压，并基于所述三相电对地电压形成配电网运行设定允许范围；以及判断所述零序电压是否落在所述配电网运行设定允许范围内；若是，则跳转至所述获取模块执行；若否，则输出配电网保护装置误动预告警信息，同时重新调节档位，再次判断。

5.根据权利要求4所述的配电网对地电容电流测量系统，其特征在于，所述配电网对地电容的相关参数包括所述配电网对地电容的容值与流经所述配电网对地电容的电流值。

6.根据权利要求5所述的配电网对地电容电流测量系统，其特征在于，所述配电网对地电容的容值为：

以及流经所述配电网对地电容的电流值为：

其中，为所述配电网中性点处的零序电压，/>为配电网相电压，/>为流经所述配电网中性点处的零序电流，ω为配电网角频率。