CN116995633A - 一种配电网经电压消弧线圈的接地方法及系统 - Google Patents
一种配电网经电压消弧线圈的接地方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116995633A CN116995633A CN202310966374.8A CN202310966374A CN116995633A CN 116995633 A CN116995633 A CN 116995633A CN 202310966374 A CN202310966374 A CN 202310966374A CN 116995633 A CN116995633 A CN 116995633A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- voltage
- winding
- fault
- iron core
- coil
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000001629 suppression Effects 0.000 title claims abstract description 104
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 171
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 76
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 claims abstract description 70
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims abstract description 23
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 19
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 14
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 14
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 9
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 9
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 7
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 6
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 claims description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 101100499229 Mus musculus Dhrsx gene Proteins 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
- H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
- H01F27/24—Magnetic cores
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
- H01F27/42—Circuits specially adapted for the purpose of modifying, or compensating for, electric characteristics of transformers, reactors, or choke coils
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
- H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
- H02H9/08—Limitation or suppression of earth fault currents, e.g. Petersen coil
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种配电网经电压消弧线圈的接地方法及系统，该方法包括：配电网经电压消弧线圈接地，电压消弧线圈至少包含带气隙的铁芯以及缠绕在所述铁芯上的两个绕组线圈，其中第一绕组的一端经阻尼电阻接地或直接接地，另一端接入配电网中性点或相线或接地变压器分接抽头；第二绕组施加电压。配电网正常运行条件下，电压消弧线圈跟踪配电网对地电容变化实现自动调谐；配电网接地故障条件下，第二绕组注入故障相电源的反向电压，调控电压大小和相位，实施电压消弧，强迫故障点电压小于故障电弧重燃电压，达到熄弧目的。本发明提供的技术方案仅需一台电压消弧线圈即可实现配电网故障的零电压消弧、零电流降压安全运行。
Description
技术领域
本发明涉及配电网接地技术，特别涉及一种配电网经电压消弧线圈的接地方法及系统。
背景技术
电能的运用已经深入人们的日常生活中，中低压配电网在电网系统中有着举足轻重的地位，但与人民生活密切相关的中低压配电网故障频发，由配电网故障导致的人身触电，设备起火，森林火灾等事故数不胜数。早期配电网规模小，配电网中性点采用不接地系统，经多年的发展，中性点接地方式发展迅速，截至目前可大致分为两种，一种是小电流接地方式，另一种为大电流接地方式；世界各国采用不同的接地方式，逐渐形成了以欧洲小电流接地、美国大电流接地的两大阵营；小电流接地方式包括不接地方式，高阻接地和谐振接地方式，大电流接地包括直接接地或小电流接地方式。
其中，中性点不接地系统在发生故障时接地电流小，可带故障运行2小时，但非故障相对地电压会升高倍，长期以往易引发接地故障间歇性弧光过电压，存在触电和起火的安全隐患；中性点经消弧线圈可以有效的降低接地电流，针对瞬时性故障和永久性故障均能实现快速选线，定位和区段隔离的能力，但消弧线圈无法补偿故障电流有功分量及谐波分量，易产生间歇性弧光过电压；中性点经小电阻接地能减少零序阻抗，增大故障电流，但是保护灵敏度仅数百欧姆，对高阻故障无能为力，且会导致跳闸率上升。
总的而言，现有的配电网接地技术无法保证配电网的可靠性问题，无法满足电网和电力企业的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种更能兼顾可靠性与经济性的消弧线圈接地方法，具体提供一种配电网经电压消弧线圈的接地方法及系统。
为此，本发明提供如下技术方案：
本发明提供的一种配电网经电压消弧线圈的接地方法，所述电压消弧线圈至少包含带气隙的铁芯以及缠绕在所述铁芯上的两个线圈绕组，其中，所述两个线圈绕组中第一绕组的一端经阻尼电阻接地或直接接地，另一端接入配电网中性点或相线或接地变压器分接抽头；第二绕组接入电源；
配电网正常运行条件下，电压消弧线圈跟踪配电网对地电容变化实现自动调谐；配电网接地故障条件下进行电压消弧，即第二绕组注入故障相电源的反向电压，调控电压大小和相位，强迫故障点电压小于故障电弧重燃电压，达到熄弧目的。
本发明首次提出将接有电源的第二绕组接入消弧线圈，令其一次侧绕组线圈为第一绕组，第一绕组上端接入系统中性点或相线或接地变压器分接抽头，下端经阻尼电阻接地或直接接地，一次侧起到消弧线圈的作用，实现对配电网系统对地电容电流的一次补偿。此外，仅需设置第二绕组施加相应大小和相位的电源，即可实现电压消弧的效果，
进一步可选地，所述第二绕组注入的反向电压的幅值采用下述三种方式中的任一种进行调控：
第一：改变独立电力电子电源的输出值，其中，所述第二绕组的两端接入所述独立电力电子电源；
第二：改变阻抗值进行调压，其中，所述第二绕组的注入电压回路中串联阻抗；
第三：调节第二绕组的注入电压回路的抽头挡位，其中，在所述第二绕组上设置若干分接抽头，选择不同分接抽头对应不同抽头挡位；
所述注入电压回路为加载在第二绕组的端子，用于给所述第二绕组施加电压。
即在电压消弧过程中对第二绕组的电源可以来自于接地变压器二次侧提取的故障相电源电压，也可以是独立电力电子电源生成的故障相电源电压。
进一步可选地，电压消弧线圈的电压消弧的电压控制策略为：
接地故障稳定后，实施电压消弧的第一阶段的故障点零电压消弧控制，即控制电压消弧线圈上第二绕组注入的电压幅值和相位，满足中性点电压与故障相电源大小相等、相位相反，强迫故障点电压逼近于零，实现故障消弧；
电弧可靠熄灭后，实施电压消弧的第二阶段的故障点电弧熄灭的检测控制，即改变电压消弧线圈上第二绕组注入的电压幅值和相位，检测中性点注入的零序电流是否随零序电压线性变化；
其中，如果是线性变化，即判断电弧熄灭，电压消弧线圈第二绕组停止注入电压，配电网恢复正常运行；
否则，实施电压消弧第三阶段的故障点零电流降压安全运行控制，即调控电压消弧线圈第二绕组注入的电压大小和相位，降低故障点电压，直至使故障点电流为零；
在第三阶段控制期间或之后进入电压消弧第四阶段的故障点升压保护控制，即控制电压消弧线圈第二绕组注入的电压幅值和相位，使故障点电压升高到大于线电压，小于两倍相电压，促使故障点电阻下降，故障点接地电流非线性快速增大，动作选线保护或过流保护，快速切除故障，实现永久故障快速隔离。
其中，逼近或接近均是指代满足精度要求的一定范围，是可以根据实验以及精度进行调整的，譬如，逼近于零的范围可规定在区间内[0，500V]。
较消弧线圈的电流消弧控制策略控制目标是接地电流，且只能补偿无功电流而不能补偿有功电流，存在残流。本发明技术方案提供的上述电压消弧控制策略是针对的故障相电压，将故障相电压降为0，实现电压消弧，进而接地电流也降低为0，实现对接地电弧的彻底熄弧。即仅需设置第二绕组施加相应大小和相位的电源，即可实现电压消弧的效果，完全抑制故障电弧；针对瞬时故障能实现零电压消弧，针对永久故障能实现零电流降压安全运行，针对高阻接地故障能实现故障点升压保护，能有效降低电网停电率，满足电网和电力企业的需求，有效降低因配电网接地故障造成的损失。
进一步可选的，所述电压消弧线圈的调谐方式包括如下三种，如下：
第一种方式为改变铁芯的气隙，本发明中电压消弧线圈包含带可调气隙的铁芯，其带气隙的铁芯具有较大的磁阻，进而电压消弧线圈具有低励磁阻抗的特性，次特性决定了电压消弧线圈的第一绕组可以起到消弧线圈电感的作用。其中，铁芯由动、静两部分组成，静铁芯在下，动铁芯在上，通过改变动铁芯的位置改变动、静铁芯之间气隙的大小，从而改变第一绕组的电感值，达到调谐的目标，改变的结果是增大铁芯气隙，电压消弧线圈的励磁阻抗降低，第一绕组的电感降低；反之增大。
第二种方式为改变第一绕组线圈的匝数，其中，再所述第一绕组上设置若干匝数抽头，选择不同匝数抽头对应线圈匝数；
第三种方式在铁芯上增设第三绕组，所述第三绕组的端子外接电感或电容，改变电感值或电容值实现调谐。其中，以开关控制第三绕组的电容器和电感器的投入来改变第一绕组的等效电感，达到调谐的目标。具体改变方式为，增加投入电容，第一绕组的电感降低；增加投入的电感，第一绕组的电感增大。
进一步可选地，由于存在正常的线路投切等操作，导致对地电容参数变化了，因此，本发明技术方案在正常过程中进行跟踪调谐了，所以在故障状态下，直接消弧线圈就是最接近全补偿的状态，接地电流是最小的，有效可以降低接地故障危害。
电压消弧线圈第一绕组起到消弧线圈的作用，实现对配电网系统对地电容电流的一次补偿；若采用第一种调气隙的调谐方式，基于全补偿要求，调谐时所需铁芯气隙大小为：
其中，μδ为气隙的磁导率，μFe为铁芯的磁导率，A为铁芯截面面积，N1为第一绕组的线圈匝数，C0为系统对地电容参数，a为铁芯高度，b为铁芯底座长度，ω为系统工频角频率，Lm为电压消弧线圈励磁电抗。
由计算得到全补偿所需的气隙大小去调节最合适的气隙档位。
进一步可选的，基于全补偿要求，调谐时第一绕组的线圈匝数大小为：
其中，N1为第一绕组的线圈匝数，Λm为铁芯磁导，Rm为铁芯磁阻，C0为系统对地电容参数，ω为系统工频角频率，μδ为气隙的磁导率，μFe为铁芯的磁导率，a为铁芯高度，b为铁芯底座长度，A为铁芯截面面积，δ为铁芯的气隙大小。
其中，依据计算得到全补偿所需的匝数大小去调节匝数抽头。
进一步可选的，基于全补偿要求，调谐时所需投入的电容值大小为：
其中，Lm为电压消弧线圈的励磁电抗，N1为电压消弧线圈第一绕组匝数，N3为第三绕组匝数，C0为系统对地电容参数，ω为系统工频角频率；
其中，依据计算得到全补偿的所需等效电容大小去调节最合适的电容档位。
此外，本发明还提供一种配电网的电压消弧线圈，所述电压消弧线圈至少包含带气隙的铁芯以及缠绕在所述铁芯上的两个线圈绕组；其中，所述两个线圈绕组中的第一绕组位于铁芯一次侧，第一绕组的一端经阻尼电阻接地或直接接地，另一端接入配电网中性点或相线或接地变压器分接抽头；所述两个线圈绕组中的第二绕组位于铁芯二次侧，第二绕组接入电源。
进一步可选的，所述电压消弧线圈的铁芯为气隙可调和/或所述电压消弧线圈的二次侧还设有第三绕组线圈，所述第三绕组与阻容开关支路相连，实施消弧线圈调谐的目的。
其中，电压消弧线圈的第一绕组下端经阻尼电阻接地，在另设第三绕组的情况下，阻尼电阻还可安装在第三绕组，与电容或电感支路并联。
进一步可选的，第二绕组和第三绕组相互独立设置，构成三绕组电压消弧线圈；或者第二绕组与第三绕组组成自耦绕组，构成自耦式电压消弧线圈。
其中，第二绕组接入的电源来自于接地变压器二次侧提取的故障相电源电压，也可以是独立电力电子电源生成的故障相电源电压。其中，来源于接地变压器二次侧提取的故障相电源电压时，所述接地变压器可以采用ZNy11、YNDx中的任一一种接线型式，其中x可取3、5、7、9、11，针对不同的接线方式有不同的开关控制方式，可以使二次侧输出线电压与故障相电源电压反向或同向。电压消弧线圈的第一绕组的匝数和第二绕组的匝数为N1和N2，接地变压器高压侧与低压侧的匝数为N4和N5，则有N1:N2≈N4:N5。
进一步的，第二绕组的电源经降压阻抗与第二绕组相连，所述降压阻抗并联开关，故障发生后电压消弧第二阶段开关断开，投入降压阻抗，调节可变降压阻抗大小，可以降低第二绕组注入电压的幅值和相位。
再者，本发明还提供一种基于所述电压消弧线圈的注入装置，包括：所述电压消弧线圈，以及独立电力电子电源或配电网反向电源。
有益效果
相较于现有技术而言，本发明的有益效果在于：
1.本发明技术方案提供的接地方法与传统消弧线圈接地的方法相比，在消弧线圈的成本相差不多的基础上，仅需设置第二绕组施加相应大小和相位的电源，即可实现电压消弧的效果，完全抑制故障电弧；针对瞬时故障能实现故障点零电压消弧，针对永久故障能实现故障点零电流降压安全运行，针对高阻接地故障能实现故障点升压保护，能有效降低电网停电率，满足电网和电力企业的需求，有效降低因配电网接地故障造成的损失。
2.本发明技术方案提供的接地方法相较于同类型经电压消弧装置接地的方法，电压消弧线圈低励磁阻抗的特性说明第一绕组可以起到消弧线圈电感的作用，在占地面积和造价上节省了一台消弧线圈；电压消弧线圈自身具备的自动调谐的功能，可以降低零序电流的大小，进而降低第二绕组线圈所连电源装置的容量要求，在实现可靠电源消弧的基础上，在运行可靠性与经济性方面具有优势；以及若发生接地故障，由于零序电流的降低，可以有效降低故障危害。
附图说明
图1为配电网经电压消弧线圈的接地方法示意图；
图2为电压消弧线圈另设第三绕组接成三绕组的接地方法；
图3为电压消弧线圈另设第三绕组接成自耦绕组的接线方法；
图4为电压消弧线圈另设第三绕组的等值电路(a)及简化图(b)；
图5为配电网经电压消弧线圈接地方法消弧实现流程图；
图6为实施电压消弧控制第一阶段控制零电压消弧控制后故障相电压波形图；
图7为实施电压消弧控制第二阶段控制零序电流随零序电压的变化曲线；
图8为实施电压消弧控制第三阶段控制零电流降压安全运行后故障电流(a)和故障相电压波形图(b)；
图9为实施电压消弧控制第四阶段控制故障点升压保护控制后故障电流(a)和故障相电压波形图(b)。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明做进一步的说明。
本发明技术方案提供了一种配电网经电压消弧线圈的接地方法及系统，具体的，电压消弧线圈至少包含带气隙的铁芯以及缠绕在所述铁芯上的两个线圈绕组，其中第一绕组的一端经阻尼电阻接地或直接接地，另一端接入配电网中性点或相线或接地变压器分接抽头；第二绕组施加电压；配电网正常运行条件下，电压消弧线圈跟踪配电网对地电容变化实现自动调谐；配电网接地故障条件下，进行电压消弧，即第二绕组注入故障相电源的反向电压，调控电压大小和相位，实施电压消弧，强迫故障点电压小于故障电弧重燃电压，达到熄弧目的。
如图1所示，分别为系统三相电源电动势，Y0为系统对地参数，有Y0＝1/jωC0，Rf为单相接地故障时接地电阻，T1为以ZNy11接线方式的接地变压器，接地变压器低压侧以a1,a2,b1,b2,c1,c2控制二次侧输出为故障相电源反向或同向电压，Zn为降压阻抗，由开关S2控
制投入，电压消弧线圈第一绕组上端经S0接入系统中性点O，为系统中性点电压，RS为阻尼电阻，由开关S1控制投入，接在第一绕组下端与地相连。
由图1可知，图1中的电压消弧线圈上设有两个线圈绕组，第一绕组的一端经阻尼电阻接地，另一端接入配电网中性点；第二绕组通过接入接地变压器二次侧输出得到加载的电源。
其他可行的实施例中，如图2所示，在电压线圈上还设有第三绕组，第三绕组与阻容开关支路相连，实施消弧线圈调谐的目的。其中，图2的阻容开关支路上各支路为电容与开关串联，并于其他电容-开关支路并联在第三绕组的两端。且图2中，第二绕组线圈和第三绕组线圈相互独立且并列式设置在所述电压消弧线圈的二次侧，其中，第一绕组线圈、第二绕组线圈以及第三绕组线圈构成三绕组接线形式。
在其他可行的实施例中，如图3所示，所述第二绕组线圈和第三绕组线圈共用同一套绕组线圈，其中，在所述第二绕组线圈上设置分接头，所述第三绕组线圈是从所述分接头至所述第二绕组线圈的绕组末端之间的绕组。
基于上述电路结构，若出现接地故障，本发明提供如下接地方法：
配电网正常运行时，开关S0，S1，S2均闭合，开关a1,a2,b1,b2,c1,c2处于断开状态，阻尼电阻和电压消弧线圈第一绕组接入系统；故障状态时，开关S1断开，0.5～2s后实施电压消弧第一阶段控制，闭合a1,a2,b1,b2,c1,c2中的两组，使接地变压器二次侧输出与故障相电源相位相反的电压，调控第二绕组注入的电压幅值和相位，强迫故障相电压满足中性点电压与故障相电源大小相等、相位相反，强迫故障点电压尽量接近于零，实现故障彻底消弧；6～10s后实施电压消弧的第二阶段控制，即故障点电弧熄灭的检测控制，改变电压消弧线圈上第二绕组注入的电压幅值和相位，检测中性点注入的零序电流是否随零序电压线性变化，如果是线性变化，即判断电弧熄灭，电压消弧线圈第二绕组停止注入电压，配电网恢复正常运行；否则，实施电压消弧第三阶段控制，即故障点零电流降压安全运行控制，调控电压消弧线圈第二绕组注入的电压大小和相位，使故障点电流为零且故障相电压尽可能接近正常电压；在第三阶段控制期间也可以进入电压消弧第四阶段控制，即故障点升压保护控制，控制电压消弧线圈第二绕组注入的电压幅值和相位，使故障点电压升高到线电压至两倍相电压中的某一值，促使故障点电阻下降，故障点接地电流非线性快速增大，动作选线保护或过流保护，快速切除故障，实现永久故障快速隔离。
关于自动调谐，本发明技术方案提供的电压消弧线圈的调谐方式包括如下三种，如下：
第一种方式为改变铁芯的气隙。此时，铁芯的气隙为可调节的，基于全补偿要求，调谐时所需铁芯气隙大小为：
其中，μδ为气隙的磁导率，μFe为铁芯的磁导率，A为铁芯截面面积，N1为第一绕组的线圈匝数，C0为系统对地电容参数，a为铁芯高度，b为铁芯底座长度，ω为系统工频角频率，Lm为电压消弧线圈励磁电抗。
第二种方式为改变第一绕组线圈的匝数，其中，再所述第一绕组上设置若干匝数抽头，选择不同匝数抽头对应线圈匝数；基于全补偿要求，调谐时第一绕组的线圈匝数大小为：
其中，N1为第一绕组的线圈匝数，Λm为铁芯磁导，Rm为铁芯磁阻，C0为系统对地电容参数，ω为系统工频角频率，μδ为气隙的磁导率，μFe为铁芯的磁导率，a为铁芯高度，b为铁芯底座长度，A为铁芯截面面积，δ为铁芯的气隙大小。
第三种方式在铁芯上增设第三绕组，所述第三绕组的端子外接电感或电容，改变电感值或电容值实现调谐。基于全补偿要求，调谐时所需投入的电容值大小为：
其中，Lm为电压消弧线圈的励磁电抗，N1为电压消弧线圈第一绕组匝数，N3为第三绕组匝数，C0为系统对地电容参数，ω为系统工频角频率。
如图2所示，二次侧电容回路设置4个电容器，满足关系C1＝20C1，C2＝21C1，C3＝22C1，C4＝23C1。可以实现第一档开关无闭合投入Cx＝0，第二档开关K1闭合投入Cx＝C1，第三档闭合开关K2投入Cx＝2C1，第四档闭合开关K1和K2投入Cx＝3C1………到第16档闭合开关K1、K2、K3和3K4投入Cx＝15C1。其中，电容器投入的电容值以及挡位的分配是依据阻容开关之路的设定可以计算得到的，当按照上述公式计算出全补偿下所需的电容值后，依据阻容开关支路的设计，投入相应的开关，使得达到计算的电容值或者接近计算出的电容值(得到折算后的等效电容Cn′)。
需要说明的是，调谐补偿的过程中，针对过补偿以及欠补偿的调节规律如下表1：
表1
| 运行状态 | 过补偿 | 欠补偿 |
| 调电容 | 增大投入的电容 | 降低投入的电容 |
| 调气隙 | 减小气隙 | 增大气隙 |
| 调匝数 | 增加匝数 | 减少匝数 |
关于电压消弧：
电压消弧过程第一阶段和第四阶段控制中，开关a1,a2,b1,b2,c1,c2的控制方法有如下表所示：
| 故障相别 | A相故障 | B相故障 | C相故障 |
| 输出反向电压 | a2，c1 | b2，a1 | c2，b1 |
| 输出同向电压 | a1，c2 | b1，a2 | c1，b2 |
需要说明的是，上述实例中第二绕组加载的电源是通过接地变压器二次侧输出得到，其他可行的实施例中，第二绕组上加载的电源还可以通过独立电力电子电源提供。
其中，在电压消弧过程中第二阶段控制中改变电压消弧线圈注入的电压幅值和相位的方法有三种，改变独立电力电子电源的输出值，或者改变第二绕组线圈的抽头，其中，在所述第二绕组上设置若干分接抽头，选择不同分接抽头对应不同抽头挡位；或者断开开关S2投入降压阻抗Zn，改变其阻抗值，通过分压来实现调控第二绕组注入的电压。
电压消弧过程中第二段控制中，中性点注入的零序电流是否随零序电压线性变化可以判断故障类型，若呈线性变化说明接地故障类型为瞬时性接地故障，反之为永久性接地故障，此判断依据如下：
在第二阶段调控注入电压的幅值和相位时，
若接地故障为瞬时故障，消弧完成后，接地故障不存在，则系统零序电流零序电流与零序电压呈线性关系。
若接地故障为永久性故障，消弧完成后，接地故障仍然存在，则零序电流零序电流与零序电压不成线性关系。
综合所述，零序电流与零序电压的线性关系可以作为故障类型的判据。
图4中X′T1σ、X′T2σ、X′Tm是折算后的接地变压器电抗参数，X′2σ和X′3σ是折算后的电压消弧线圈第二和第三绕组线圈漏电抗，Xm是电压消弧线圈的励磁电抗，Zin为等效后的接地变压器内阻抗，X1σ是电压消弧线圈第一绕组的漏电抗，Cn′是折算后的第三绕组投入运行的等效电容，n取值为1～16，为故障点虚拟电源，若C相故障则/>3Rf为故障电阻；忽略漏抗，将接地变压器部分与注入电压经戴维南定理和诺顿定理简化后得到图4中(b)图，则故障状态故障相电压/>可表示为：
注入电压与故障相电源电压/>是反向的，故通过控制电压消弧线圈第二绕组的注入电压可以调控故障相电压大小，降低故障点电压到尽量接近于零，实现故障彻底消弧。
此外，本发明技术方案还提供一种基于所述电压消弧线圈的注入装置，包括：所述电压消弧线圈，以及独立电力电子电源或配电网反向电源。
以上详细介绍了配电网经电压消弧线圈接地方法消弧的整个流程，为了验证本发明中所说的消弧方法，在PSCAD仿真软件中进行验证，在系统中搭建了如图所示的不接地10kv配电网系统，系统参数有系统对地电容C0＝1.5[μF]，线路对地电阻R0＝12[kΩ]，接地变压器容量为170kVA[]，高低压侧地电压比为6.062:0.4，配网频率为50Hz，电压消弧线圈容量为3.15[MVA]，第一第二第三绕组电压比为6.062:0.4:1，空载电流百分值为2.899％；
设定故障发生在C相，故障在0.3s发生，0.5s后电压消弧线圈实施电压消弧，接地变低压侧开关c1和a2开关控制时间设为0.5s控制输入电压，接地电阻设为1000Ω。
实施电压消弧控制第一阶段控制故障点零电压消弧控制后故障相电压波形图如图5所示，故障相电压在0.5s后迅速至0，即电压消弧第一阶段控制实现。
电压消弧第一阶段控制结束后6～8s实施电压消弧第二阶段故障点电弧熄灭的检测控制，降压电阻RS由开关S2控制其投入，仿真对降压电阻的阻值从0.1～3Ω，每次调整阻值0.1Ω，得到零序电压和零序电流数据若干，得到零序电流随零序电压变化数据如图6所示，若系统发生瞬时性接地故障，则有零序电流随零序电压成线性变化。
根据电压消弧第二阶段控制所得零序电流随零序电压变化的关系，若不为线性关系，则判定为永久性接地故障，此时进入电压消弧第三阶段控制，图7为实施电压消弧第三阶段的故障点零电流降压安全运行控制后故障电流(a)和故障相电压(b)的波形图。
在第三阶段控制期间或之后进入电压消弧第四阶段的故障点升压保护控制，使故障点电压升高到大于线电压，小于两倍相电压，促使故障点电阻下降，故障点接地电流非线性快速增大，动作选线保护或过流保护，快速切除故障，实现永久故障快速隔离。图8为实施电压消弧第四阶段的故障点升压保护控制后的故障电流(a)和故障相波形图(b)，可以明显看到，在升高故障相电压后，故障电流也明显增高，配合动作选线保护或过流保护，即可快速切除故障，实现永久故障快速隔离。
综上所述，针对中低压配电网接地故障，本发明所提供的方法，可以实现配电网故障的零电压消弧、零电流降压安全运行。仿真结果表明，本发明所提供的本发明提供了一种配电网经电压消弧线圈的接地方法可以有效消除接地故障电弧，能有效降低电网停电率，满足电网和电力企业的需求，降低因配电网接地故障造成的损失。
需要强调的是，本发明所述的实例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明不限于具体实施方式中所述的实例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，不脱离本发明宗旨和范围的，不论是修改还是替换，同样属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种配电网经电压消弧线圈的接地方法，其特征在于：所述电压消弧线圈至少包含带气隙的铁芯以及缠绕在所述铁芯上的两个线圈绕组，其中，所述两个线圈绕组中第一绕组的一端经阻尼电阻接地或直接接地，另一端接入配电网中性点或相线或接地变压器分接抽头；第二绕组接入电源；
配电网正常运行条件下，电压消弧线圈跟踪配电网对地电容变化实现自动调谐；配电网接地故障条件下进行电压消弧，即第二绕组注入故障相电源的反向电压，调控电压大小和相位，强迫故障点电压小于故障电弧重燃电压，达到熄弧目的。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第二绕组注入的反向电压的幅值采用下述三种方式中的任一种进行调控：
第一：改变独立电力电子电源的输出值，其中，所述第二绕组的两端接入所述独立电力电子电源；
第二：改变阻抗值进行调压，其中，所述第二绕组的注入电压回路中串联阻抗；
第三：调节第二绕组的注入电压回路的抽头挡位，其中，在所述第二绕组上设置若干分接抽头，选择不同分接抽头对应不同抽头挡位；
所述注入电压回路为加载在第二绕组的端子，用于给所述第二绕组施加电压。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：电压消弧线圈的电压消弧的电压控制策略为：
接地故障稳定后，实施电压消弧的第一阶段的故障点零电压消弧控制，即控制电压消弧线圈上第二绕组注入的电压幅值和相位，满足中性点电压与故障相电源大小相等、相位相反，强迫故障点电压逼近于零，实现故障消弧；
电弧可靠熄灭后，实施电压消弧的第二阶段的故障点电弧熄灭的检测控制，即改变电压消弧线圈上第二绕组注入的电压幅值和相位，检测中性点注入的零序电流是否随零序电压线性变化；
其中，如果是线性变化，即判断电弧熄灭，电压消弧线圈第二绕组停止注入电压，配电网恢复正常运行；
否则，实施电压消弧第三阶段的故障点零电流降压安全运行控制，即调控电压消弧线圈第二绕组注入的电压大小和相位，降低故障点电压，直至使故障点电流为零；
在第三阶段控制期间或之后进入电压消弧第四阶段的故障点升压保护控制，即控制电压消弧线圈第二绕组注入的电压幅值和相位，使故障点电压升高到大于线电压，小于两倍相电压，促使故障点电阻下降，故障点接地电流非线性快速增大，动作选线保护或过流保护，快速切除故障，实现永久故障隔离。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电压消弧线圈的调谐方式包括如下三种，如下：
第一种方式为改变铁芯的气隙；
第二种方式为改变第一绕组线圈的匝数，其中，再所述第一绕组上设置若干匝数抽头，选择不同匝数抽头对应线圈匝数；
第三种方式在铁芯上增设第三绕组，所述第三绕组的端子外接电感或电容，改变电感值或电容值实现调谐。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：基于全补偿要求，调谐时所需铁芯气隙大小为：
其中，μδ为气隙的磁导率，μFe为铁芯的磁导率，A为铁芯截面面积，N1为第一绕组的线圈匝数，C0为系统对地电容参数，a为铁芯高度，b为铁芯底座长度，ω为系统工频角频率。
由计算得到全补偿所需的气隙大小去调节最合适的气隙档位。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：基于全补偿要求，调谐时第一绕组的线圈匝数大小为：
其中，N1为第一绕组的线圈匝数，Λm为铁芯磁导，Rm为铁芯磁阻，C0为系统对地电容参数，ω为系统工频角频率，μδ为气隙的磁导率，μFe为铁芯的磁导率，a为铁芯高度，b为铁芯底座长度，A为铁芯截面面积，δ为铁芯的气隙大小。
其中，依据计算得到全补偿所需的匝数大小去调节匝数抽头。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：基于全补偿要求，调谐时所需投入的电容值大小为：
其中，Lm为电压消弧线圈的励磁电抗，N1为电压消弧线圈第一绕组匝数，N3为第三绕组匝数，C0为系统对地电容参数，ω为系统工频角频率；
其中，依据计算得到全补偿的所需等效电容大小去调节最合适的电容档位。
8.一种配电网的电压消弧线圈，其特征在于：所述电压消弧线圈至少包含带气隙的铁芯以及缠绕在所述铁芯上的两个线圈绕组；其中，所述两个线圈绕组中的第一绕组位于铁芯一次侧，第一绕组的一端经阻尼电阻接地或直接接地，另一端接入配电网中性点或相线或接地变压器分接抽头；所述两个线圈绕组中的第二绕组位于铁芯二次侧，第二绕组接入电源。
9.根据权利要求8所述的电压消弧线圈，其特征在于：所述电压消弧线圈的铁芯为气隙可调和/或所述电压消弧线圈的二次侧还设有第三绕组线圈，所述第三绕组与阻容开关支路相连，实施消弧线圈调谐的目的。
10.一种基于权利要求8所述电压消弧线圈的注入装置，其特征在于：包括：所述电压消弧线圈，以及独立电力电子电源或配电网反向电源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310966374.8A CN116995633A (zh) | 2023-08-02 | 2023-08-02 | 一种配电网经电压消弧线圈的接地方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310966374.8A CN116995633A (zh) | 2023-08-02 | 2023-08-02 | 一种配电网经电压消弧线圈的接地方法及系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116995633A true CN116995633A (zh) | 2023-11-03 |
Family
ID=88526099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310966374.8A Pending CN116995633A (zh) | 2023-08-02 | 2023-08-02 | 一种配电网经电压消弧线圈的接地方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116995633A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117277249A (zh) * | 2023-11-20 | 2023-12-22 | 昆明理工大学 | 一种配电网单相接地故障电压电流配合消弧方法及系统 |
-
2023
- 2023-08-02 CN CN202310966374.8A patent/CN116995633A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117277249A (zh) * | 2023-11-20 | 2023-12-22 | 昆明理工大学 | 一种配电网单相接地故障电压电流配合消弧方法及系统 |
| CN117277249B (zh) * | 2023-11-20 | 2024-01-30 | 昆明理工大学 | 一种配电网单相接地故障电压电流配合消弧方法及系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9651629B2 (en) | Hardware-in-the-loop grid simulator system and method | |
| Akagi et al. | A shunt active filter based on voltage detection for harmonic termination of a radial power distribution line | |
| CN110611317A (zh) | 一种自产供电相电源的接地故障电流补偿系统及方法 | |
| CN102967826B (zh) | 一种特高压工程用投切电容器组断路器电寿命试验方法 | |
| CN116995633A (zh) | 一种配电网经电压消弧线圈的接地方法及系统 | |
| CN110571778A (zh) | 一种自产供电相电源的接地故障电流补偿系统及方法 | |
| CN110544929B (zh) | 一种自产供电相电源的接地故障电流补偿系统及方法 | |
| CN116306403A (zh) | 基于串抗电弧性匝间短路激发3、5次谐波电流的建模仿真方法 | |
| CN110544931A (zh) | 一种自产供电相电源的接地故障电流补偿系统及方法 | |
| CN112909910B (zh) | 一种配电网接地故障消弧方法及其装置 | |
| CN110601206A (zh) | 一种自产供电相电源的接地故障电流补偿系统及方法 | |
| CN110556811A (zh) | 基于单一直流源级联h桥变流器的配电网柔性消弧方法 | |
| CN2796210Y (zh) | 零序短路高阻抗接地变压器式消弧线圈 | |
| CN106057452B (zh) | 一种能提高阻抗的变压器 | |
| CN210404755U (zh) | 一种自产供电相电源的接地故障电流补偿系统 | |
| CN113076646B (zh) | 一种水轮发电机中性点接地参数计算方法 | |
| CN112909912B (zh) | 一种配电网单相接地故障电流全补偿方法及其装置 | |
| Perna et al. | Design of a single-phase two-winding transformer for prototyping a voltage regulator | |
| CN201282330Y (zh) | 小电流灭弧接地装置 | |
| CN111106609B (zh) | 一种自产供电电源相电压跌落计算方法 | |
| CN220628885U (zh) | 一种电压消弧线圈及注入装置和系统 | |
| US6911810B2 (en) | Reduction of energization transients in a three phase Y-connected load | |
| CN114301046A (zh) | 一种基于无极调压的配电网接地故障消弧方法及装置 | |
| CN109599854B (zh) | 一种无电感补偿的可控电压源接地故障全补偿电路和方法 | |
| Hashem et al. | Attenuation of Transformer Inrush Current Using Controlled Switching System on Delta-Star Transformer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |