相控式消弧線圈的電容電流測量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種相控式消弧線圈的電容電流測量方法，該方法基于帶濾波回路的相控式消弧線圈，具體包括：A.相控式消弧線圈正常運(yùn)行時，將相控式消弧線圈的一次部分等效為連接在電網(wǎng)主回路中的一次電容器；B.將電網(wǎng)主回路等效為串聯(lián)連接在中性點與地之間的測量支路；C.進(jìn)行分壓測量并計算電網(wǎng)三相對地電容值；D.結(jié)合系統(tǒng)發(fā)生單相接地時中性點對地電壓值計算系統(tǒng)單相接地時系統(tǒng)的電容電流值。本發(fā)明基于帶濾波回路的相控式消弧線圈，采用分壓測量法，進(jìn)行電網(wǎng)三相對地電容值的計算以及電網(wǎng)發(fā)生單相接地時電容電流的精確測量計算，為消弧線圈能夠提供適量的補(bǔ)償電流提供了可靠保障。
【專利說明】相控式消弧線圈的電容電流測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及配電網(wǎng)接地【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種消弧線圈的電容電流測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電網(wǎng)的容量增大、距離延長、電壓等級逐漸升高，在此情況下發(fā)生單相接地故障時接地電容電流在故障點形成的電弧不能自行熄滅，間歇電弧產(chǎn)生的過電壓往往會使事故擴(kuò)大，顯著降低電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。目前我國在中低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)中經(jīng)常采用中性點經(jīng)消弧線圈接地的方式進(jìn)行滅弧，能夠自動消除瞬間性接地故障，保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
[0003]相控式消弧線圈又稱為高短路阻抗變壓器式消弧線圈，是一種由可控硅控制的消弧線圈，具有電流調(diào)節(jié)范圍大、伏安特性好、能夠?qū)崿F(xiàn)無級連續(xù)可調(diào)等優(yōu)點，是目前應(yīng)用最廣泛的隨調(diào)式弧線圈。相控消弧線圈是一種新型可控電抗器，其原理圖如圖1所示，一次繞組與二次繞組間的短路阻抗很大，可達(dá)100%，二次繞組輸出端連接一對反并聯(lián)的可控硅，通過改變可控硅的導(dǎo)通角來實現(xiàn)電感量的快速連續(xù)調(diào)節(jié)，以向系統(tǒng)中投入適合的電感量，抵消系統(tǒng)中產(chǎn)生的電容電流。相控式消弧線圈導(dǎo)通角的計算基于系統(tǒng)電容電流的測量，因此無論采用何種調(diào)節(jié)方式的自動消弧線圈裝置，都必須能夠?qū)崿F(xiàn)電容電流的在線檢測，并能夠保證檢測的精度，才能夠計算出最為合適的導(dǎo)通角。
[0004]目前消弧線圈裝置中應(yīng)用最為普遍的電容電流檢測方法是位移電壓法。位移電壓法的原理是在消弧線圈投入運(yùn)行后，補(bǔ)償電網(wǎng)在正常運(yùn)行條件下，根據(jù)不同導(dǎo)通角下對應(yīng)的消弧線圈投入電網(wǎng)的不同感抗\以及測得的相應(yīng)的電感電流Itl,計算出電網(wǎng)三相對地容抗Xc;然后再依據(jù)接地時的不平衡電壓U0計算出系統(tǒng)在發(fā)生接地故障時的電容電流Ic。
[0005]然而由于系統(tǒng)在正常運(yùn)行時，系統(tǒng)的不對稱度通常為0.5%?1.5%，架空線路對應(yīng)較大值，電纜居多的混合電網(wǎng)取較小數(shù)值，純電纜網(wǎng)絡(luò)時不對稱度就往往小于0.5%;而相控式消弧線圈的可控硅觸發(fā)電壓在大于5V時才能夠可靠導(dǎo)通，在大于IOV時才能夠勉強(qiáng)實現(xiàn)觸發(fā)角的調(diào)節(jié)。因此在電網(wǎng)不對稱度較小的情況下采用位移電壓法進(jìn)行電容電流的計算時，由于無法實現(xiàn)可控硅導(dǎo)通角的觸發(fā)，從而導(dǎo)致三相對地容抗無法精確計算，最終嚴(yán)重影響系統(tǒng)在發(fā)生接地故障時的電容電流值的計算。
[0006]另外，由于相控式消弧線圈的電感量調(diào)整是通過調(diào)節(jié)二次繞組所接的可控硅的導(dǎo)通角來實現(xiàn)的，相當(dāng)于TCR支路，因此流過二次繞組的電流也即是流過可控硅的電流，為間歇性導(dǎo)通的電流，存在諧波分量；為了保證一次繞組對外的輸出電流畸變率在允許范圍內(nèi)，必須進(jìn)行濾波處理。中國專利200920314624.5公開了一種具有濾波回路的相控式消弧線圈，包括消弧線圈本體、可控硅回路和濾波回路，消弧線圈本體包括一個一次繞組和兩個二次繞組，一次繞組串接在電網(wǎng)主回路中，第一個二次繞組連接可控硅回路，第二個二次繞組連接濾波回路，濾波回路采用的是單相變流器。采用該技術(shù)盡管可以較好的消除諧波，但是其濾波回路較為復(fù)雜，比較難以在實際應(yīng)用中實現(xiàn)；并且該相控式消弧線圈仍然采用位移電壓法進(jìn)行電容電流的計算，無法消除采用此種方法進(jìn)行電網(wǎng)正常運(yùn)行時三相對地容抗計算時所存在的缺陷。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種相控式消弧線圈的系統(tǒng)電容電流測量方法，能夠在不受電網(wǎng)不對稱度影響的情況下，對電網(wǎng)正常運(yùn)行時的三相對地容抗進(jìn)行精確測量并計算系統(tǒng)接地時的瞬間電容電流值。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0009]相控式消弧線圈的電容電流測量方法，該方法基于帶濾波回路的相控式消弧線圈，所述相控式消弧線圈包括消弧線圈本體、可控硅控制回路以及濾波回路，所述消弧線圈本體包括一個一次繞組和兩個二次繞組，一次繞組連接在電網(wǎng)主回路中，第一個二次繞組連接可控硅控制回路，第二個二次繞組連接濾波回路；
[0010]所述濾波回路包括分別并聯(lián)連接在第二個二次繞組兩端的3次諧波濾波支路和5次諧波濾波支路，3次諧波濾波支路和5次諧波濾波支路分別為串聯(lián)連接的電容和電感支路；所述濾波回路與第二個二次繞組之間串聯(lián)連接有用于控制濾波回路投切的投切開關(guān)K；
[0011]所述相控式消弧線圈的電容電流測量方法采用分壓測量法，具體包括以下步驟:
[0012]A.相控式消弧線圈正常運(yùn)行時，可控硅控制回路不觸發(fā)，第一個二次繞組為開路狀態(tài)，將濾波回路等效為容量已知的二次電容器，二次電容器的容值為Cxh2;將相控式消弧線圈的一次部分等效為連接在電網(wǎng)主回路中的一次電容器，一次電容器的容值為Cxh，cxh通過Cxh2計算得出；
[0013]B.將電網(wǎng)主回路等效為串聯(lián)連接在中性點與地之間的測量支路，測量支路為串聯(lián)連接的投切開關(guān)K、一次電容器以及電網(wǎng)三相對地電容；設(shè)定電網(wǎng)三相對地電容的容值為C0,電網(wǎng)中性點的電壓為Etl,電網(wǎng)三相對地電容的電壓為U0 ；
[0014]C.進(jìn)行分壓測量并計算電網(wǎng)三相對地電容值:
[0015]斷開投切開關(guān)，測量電網(wǎng)三相對地電容的電壓,此時電網(wǎng)三相對地電容的電壓與電網(wǎng)中性點的電壓相等；
[0016]閉合投切開關(guān)，測量電網(wǎng)三相對地電容的電壓Uci，此時電網(wǎng)三相對地電容的電壓為電網(wǎng)中性點的電壓在一次電容器和電網(wǎng)三相對地電容上的分壓，即:
[0017]U0=C0E0/(C0+Cxh)
[0018]由上式可得出電網(wǎng)三相對地電容的電容值為:
[0019]C0=U0Cxh/(E0-U0)
[0020]其中U。和Etl通過測量獲得；
[0021]D.根據(jù)步驟C計算得到的電網(wǎng)三相對地電容值，并結(jié)合系統(tǒng)發(fā)生單相接地時中性點對地電壓值，即可計算出系統(tǒng)單相接地時系統(tǒng)的電容電流值。
[0022]本發(fā)明所述步驟A中，一次電容器容值根據(jù)下式計算:
[0023]Cxh=Cxh2n2
[0024]其中:n為相控式消弧線圈的一次繞組與第二二次繞組之間的變比值。
[0025]本發(fā)明所述的投切開關(guān)優(yōu)選為真空接觸器或者真空斷路器。
[0026]由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明取得的技術(shù)進(jìn)步是:[0027]本發(fā)明基于帶濾波回路的相控式消弧線圈，采用分壓測量法，通過在電網(wǎng)中對濾波支路進(jìn)行投切，利用濾波電容器實現(xiàn)電容器的分壓，從而進(jìn)行電網(wǎng)三相對地電容值的計算，以及電網(wǎng)發(fā)生單相接地時電容電流的精確測量計算，為消弧線圈能夠提供適量的補(bǔ)償電流提供了可靠保障。本發(fā)明的相控式消弧線圈硬件結(jié)構(gòu)簡單可靠、成本低廉，電容電流測量計算方法復(fù)雜度低、精度較高，可適用于任何電網(wǎng)，不受電網(wǎng)不對稱度的影響。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明所述相控式消弧線圈的原理圖。
[0029]圖2為電網(wǎng)正常運(yùn)行時相控式消弧線圈的等效轉(zhuǎn)換示意圖。
[0030]圖3為電網(wǎng)正常運(yùn)行時主回路的等效圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0032]一種帶濾波回路的相控式消弧線圈，其原理圖如I所示，包括消弧線圈本體、可控硅控制回路以及濾波回路，消弧線圈本體包括一個一次繞組和兩個二次繞組，一次繞組連接在電網(wǎng)主回路中；第一個二次繞組為控制繞組，連接可控硅控制回路，可控硅控制回路主要包括一對反并聯(lián)的可控硅SCR，通過調(diào)節(jié)可控硅的觸發(fā)角度來調(diào)節(jié)第一個二次繞組的電感值。
[0033]第二個二次繞組連接濾波回路，濾波回路包括分別并聯(lián)連接在第二個二次繞組兩端的3次諧波濾波支路和5次諧波濾波支路，3次諧波濾波支路為串聯(lián)連接的電容C3和電感L3支路，用于濾除3次諧波；.5次諧波濾波支路為串聯(lián)連接的電容C5和電感L5支路，用于濾除5次諧波。濾波回路與第二個二次繞組之間串聯(lián)連接有投切開關(guān)K，用于控制濾波回路的投切。
[0034]一種基于上述相控式消弧線圈的電容電流測量方法，該方法采用分壓測量法，具體包括以下步驟:
[0035]A.相控式消弧線圈正常運(yùn)行時，可控硅控制回路不觸發(fā)，第一個二次繞組為開路狀態(tài)；而此時3次諧波濾波支路和5次諧波濾波支路相對于工頻，則可等效為容量已知的二次電容器，二次電容器的容值為Cxh2。由于相控式消弧線圈的勵磁阻抗大于IOkQ，且此時中性點位移電壓較小，因此可忽略流過相控式消弧線圈的電感電流；將相控式消弧線圈的一次部分等效為連接在電網(wǎng)主回路中的一次電容器，如圖2所示。設(shè)定一次電容器的容值為Cxh，Cxh通過Cxh2計算得出。
[0036]一次電容器容值根據(jù)下式計算:
[0037]Cxh=Cxh2 n2
[0038]其中:n為相控式消弧線圈的一次繞組與第二二次繞組之間的變比值。
[0039]B.將電網(wǎng)主回路等效為串聯(lián)連接在中性點與地之間的測量支路，測量支路為串聯(lián)連接的投切開關(guān)K、一次電容器以及電網(wǎng)三相對地電容；設(shè)定電網(wǎng)三相對地電容的容值為C0,電網(wǎng)中性點的電壓為Etl,電網(wǎng)三相對地電容的電壓為Utl，如圖3所示。
[0040]C.進(jìn)行分壓測量并計算電網(wǎng)三相對地電容值:
[0041]首先斷開投切開關(guān)，測量電網(wǎng)三相對地電容的電壓，此時電網(wǎng)三相對地電容的電壓與電網(wǎng)中性點的電壓相等Etl,
[0042]閉合投切開關(guān)，測量電網(wǎng)三相對地電容的電壓Uci，此時電網(wǎng)三相對地電容的電壓為電網(wǎng)中性點的電壓在一次電容器和電網(wǎng)三相對地電容上的分壓，即:
[0043]U0=C0*E0/(C0+Cxh)
[0044]由上式可得到電網(wǎng)三相對地電容值為:
[0045]C0=UCxh/(E0-U0)
[0046]D.根據(jù)步驟C計算得到的電網(wǎng)三相對地電容值，并結(jié)合系統(tǒng)發(fā)生單相接地時中性點對地電壓值，即可計算出系統(tǒng)單相接地時系統(tǒng)的電容電流值。
[0047]本發(fā)明中投切開關(guān)為真空接觸器或者真空斷路器，濾波支路的額定電壓一般為交流500V，因此本發(fā)明中的投切開關(guān)可選用交流1140V的真空接觸器。
【權(quán)利要求】
1.相控式消弧線圈的電容電流測量方法，其特征在于:該方法基于帶濾波回路的相控式消弧線圈，所述相控式消弧線圈包括消弧線圈本體、可控硅控制回路以及濾波回路，所述消弧線圈本體包括一個一次繞組和兩個二次繞組，一次繞組連接在電網(wǎng)主回路中，第一個二次繞組連接可控硅控制回路，第二個二次繞組連接濾波回路； 所述濾波回路包括分別并聯(lián)連接在第二個二次繞組兩端的3次諧波濾波支路和5次諧波濾波支路，3次諧波濾波支路和5次諧波濾波支路分別為串聯(lián)連接的電容和電感支路；所述濾波回路與第二個二次繞組之間串聯(lián)連接有用于控制濾波回路投切的投切開關(guān)K ； 所述相控式消弧線圈的電容電流測量方法采用分壓測量法，具體包括以下步驟: A.相控式消弧線圈正常運(yùn)行時，可控硅控制回路不觸發(fā)，第一個二次繞組為開路狀態(tài)，將濾波回路等效為容量已知的二次電容器，二次電容器的容值為Cxh2 ;將相控式消弧線圈的一次部分等效為連接在電網(wǎng)主回路中的一次電容器，一次電容器的容值為Cxh，Cxh通過Cxh2計算得出； B.將電網(wǎng)主回路等效為串聯(lián)連接在中性點與地之間的測量支路，測量支路為串聯(lián)連接的投切開關(guān)K、一次電容器以及電網(wǎng)三相對地電容；設(shè)定電網(wǎng)三相對地電容的容值為Ctl,電網(wǎng)中性點的電壓為Etl,電網(wǎng)三相對地電容的電壓為U0 ； C.進(jìn)行分壓測量并計算電網(wǎng)三相對地電容值: 斷開投切開關(guān)，測量電網(wǎng)三相對地電容的電壓,此時電網(wǎng)三相對地電容的電壓與電網(wǎng)中性點的電壓相等為Etl ； 閉合投切開關(guān)，測量電網(wǎng)三相對地電容的電壓Uci，此時電網(wǎng)三相對地電容的電壓為電網(wǎng)中性點的電壓在一次電容器和電網(wǎng)三相對地電容上的分壓，即:
U0=C0 E0/(C0+Cxh) 由上式可得出電網(wǎng)三相對地電容的電容值為:
C0=U0*Cxh/(E0-U0) 其中U0和Etl通過測量獲得； D.根據(jù)步驟C計算得到的電網(wǎng)三相對地電容值，并結(jié)合系統(tǒng)發(fā)生單相接地時中性點對地電壓值,即可計算出系統(tǒng)單相接地時系統(tǒng)的電容電流值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相控式消弧線圈的電容電流測量方法，其特征在于:所述步驟A中，一次電容器容值根據(jù)下式計算:
CXh=Cxh2 *n2 其中:n為相控式消弧線圈的一次繞組與第二二次繞組之間的變比值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相控式消弧線圈的電容電流測量方法，其特征在于:所述投切開關(guān)為真空接觸器或者真空斷路器。
【文檔編號】G01R19/00GK103439558SQ201310326094
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月30日
【發(fā)明者】李瑞桂, 韓勁松, 張加玉, 吳洪偉, 王蘇, 郝天, 張維, 靳珍, 高毅 申請人:河北旭輝電氣股份有限公司