一種包括可控接地變壓器的設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種包括可控接地變壓器的設(shè)備，該可控接地變壓器被布置用于對(duì)根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的具有電力變壓器的交變電流網(wǎng)絡(luò)的接地中的殘余工作電流進(jìn)行補(bǔ)償。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種借助于根據(jù)權(quán)利要求7的前序部分的電力變壓器在交變電流網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生零點(diǎn)電壓的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]今天，電力的輸送主要借助于三相電壓系統(tǒng)來(lái)完成。為了滿足該系統(tǒng)的基本要求一電力的產(chǎn)生和消耗在每一時(shí)刻都必須平衡一而建立了巨大的國(guó)家輸電網(wǎng)絡(luò)，其中全部的電力生產(chǎn)者和消耗者相連。隨后，就基本要求而言，將國(guó)家輸電網(wǎng)絡(luò)連接到跨過(guò)輸電網(wǎng)絡(luò)提供了額外優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)此類輸電網(wǎng)絡(luò)例如為斯堪的納維亞北歐電網(wǎng)(N0RDELnetwork)。
[0003]為了減少輸電網(wǎng)絡(luò)中的傳輸損耗，能量的運(yùn)輸在高壓下進(jìn)行、較優(yōu)地在400kV下進(jìn)行。從輸電網(wǎng)絡(luò)輸出到消耗者的能量通過(guò)配電變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)，每個(gè)配電變壓器則為有限的地理區(qū)域供電。配電主要在10-30kV電壓下進(jìn)行。大型工業(yè)消耗者在此可以被直接耦合到配電網(wǎng)絡(luò)上，而較小的消耗者和家庭由通過(guò)另一到400/230V的變壓來(lái)供電。
[0004]輸電網(wǎng)絡(luò)由于其網(wǎng)格結(jié)構(gòu)而具有很高的可用性。然而，具有星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的配電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了輸電系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)。發(fā)生在個(gè)別配電線路中的錯(cuò)誤可以導(dǎo)致大量消耗者斷開(kāi)。因而，錯(cuò)誤保護(hù)技術(shù)旨在提高配電網(wǎng)絡(luò)的可用性。
[0005]在此背景下，必須注意到大多數(shù)電氣故障的發(fā)生是由于一個(gè)相與接地之間的隔離穿透——所謂的接地錯(cuò)誤，此時(shí)實(shí)際的能量傳輸被限制于各個(gè)相之間的電壓系統(tǒng)。從保護(hù)的觀點(diǎn)來(lái)看，期望單獨(dú)地對(duì)接地錯(cuò)誤進(jìn)行處理，并且如果可能的話，對(duì)殘余工作電流進(jìn)行限制以避免線路斷開(kāi)。
[0006]最為成功的保護(hù)概念是以Waldemar Peters6n在1917年研發(fā)的基本原則為基礎(chǔ)的。通過(guò)將三相系統(tǒng)的零點(diǎn)經(jīng)過(guò)具有匹配的網(wǎng)絡(luò)電容的電感——所謂的Peters6n線圈——接地，殘余工作電流能夠減小到原來(lái)的十分之一至五十分之一。電流限制通常足以保證單相弧的自淬滅，單相弧代表空中線路網(wǎng)絡(luò)中的擾動(dòng)的主要部分。
[0007]今天，Petersen的諧振接地在斯堪的納維亞和其他的歐洲配電網(wǎng)絡(luò)中占主導(dǎo)地位。這些網(wǎng)絡(luò)的整體可用性優(yōu)于其他可比較的具有系統(tǒng)接地的替代性概念的配電網(wǎng)絡(luò)。
[0008]在配電網(wǎng)絡(luò)從空中線路網(wǎng)絡(luò)向地下電纜網(wǎng)絡(luò)的不斷轉(zhuǎn)換中，由于電纜的電容更高，所以殘余工作電流增大到原來(lái)的30至50倍,這雙重作用于Peters6n的諧振接地:一方面，剩余的空中線路部分中的自淬滅作用隨著殘余工作電流的增大而減小，直至最終完全停止；并且另一方面，由于火線與接地(屏蔽)之間的距離很短，所以自淬滅作用在電纜網(wǎng)絡(luò)中完全不工作。因此，問(wèn)題就是對(duì)于殘余電流沒(méi)有進(jìn)行補(bǔ)償。
[0009]這個(gè)問(wèn)題在90年代初期被發(fā)現(xiàn)并得到了解決。在那個(gè)時(shí)間研發(fā)出來(lái)的用于殘余電流補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備今天被用作Peters6n線圈的補(bǔ)充,然而曾經(jīng)還被應(yīng)用在配電網(wǎng)絡(luò)中直到配電網(wǎng)絡(luò)基于完全不同的接地概念來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0010]相比于Peters6n線圈僅僅增大接地電路中的源阻抗，殘余電流補(bǔ)償通過(guò)迭加一個(gè)反電壓消除了與接地故障相關(guān)的驅(qū)動(dòng)電壓。這并不是完全瑣碎的任務(wù)，這是因?yàn)轵?qū)動(dòng)電壓最初僅是部分已知的。
[0011]根據(jù)戴維南定理，故障電流由故障的位置處的驅(qū)動(dòng)電壓、故障阻抗和源阻抗來(lái)決定。反過(guò)來(lái)，為了完全消除故障的位置處的驅(qū)動(dòng)電壓，在故障阻抗是未知的并且源阻抗僅能夠通過(guò)Peter^n線圈來(lái)部分影響的情況下，需要消除故障的位置處的驅(qū)動(dòng)的電壓。
[0012]故障的位置處的驅(qū)動(dòng)電壓由饋送配電變壓器在被接地故障破壞的相中的相電壓(已知并且可以分別測(cè)量)來(lái)表示，并且負(fù)載電流取決于饋送變壓器和故障的實(shí)際位置之間的電壓降，故障的實(shí)際位置可以在很遠(yuǎn)的(未知)網(wǎng)絡(luò)中。
[0013]通過(guò)研發(fā)一種新的測(cè)量程序可以確定后者，這在90年代初第一次被刊登(見(jiàn):Winter，K.，“瑞士配電網(wǎng)絡(luò)——一種用于電纜中的接地故障保護(hù)的新方法——以及架空系統(tǒng)”，電力系統(tǒng)保護(hù)國(guó)際會(huì)議第5次會(huì)議，IEE會(huì)議出版物，N0.368，約克，英國(guó)，1993，Winter，K.，"Swedish Distribut1n Networks - A New Method for EarthfaultProtect1n in Cable-and Overhead Systems' 5th Internat1nal Conference on PowerSystem Protect1n.1EE conference publicat1n N0.368, York/UK 1993)。
[0014]剩余的問(wèn)題由電力電子裝置(脈沖寬度調(diào)制換流器)來(lái)解決，即生成反電壓以有可能控制關(guān)于配電變壓器的相電壓的幅度和相位角。今天，存在在電壓電平為6kV至IlOkV之間的電力網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行殘余電流補(bǔ)償?shù)膮⒖茧娬尽?br>[0015]殘余電流補(bǔ)償所需的電力取決于電壓電平、網(wǎng)絡(luò)的大小以及衰減關(guān)系。世界上的密集居民區(qū)中的配電網(wǎng)絡(luò)達(dá)到的電容性接地電流可以超過(guò)1000A并且未補(bǔ)償?shù)臍堄喙ぷ麟娏鞔蠹s為100A或更大。補(bǔ)償此類網(wǎng)絡(luò)中的殘余工作電流所需的電力可能遠(yuǎn)大于1000kVA。
[0016]此量級(jí)的換流器相對(duì)比較昂貴。本發(fā)明提出了一種用于完全補(bǔ)償殘余工作電流的更簡(jiǎn)單的設(shè)備，從而降低了成本并提高了可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明的目標(biāo)是解決以上問(wèn)題并且提供一種較簡(jiǎn)單的設(shè)備以用于補(bǔ)償殘余工作電流。另一目標(biāo)是完全消除殘余工作電流。再一個(gè)目標(biāo)是提高補(bǔ)償設(shè)備的可靠性并由此提高實(shí)際電力傳輸?shù)目煽啃浴Ｔ僖粋€(gè)目標(biāo)是降低殘余工作電流補(bǔ)償?shù)某杀尽?br>[0018]這些目標(biāo)借助于在權(quán)利要求1的前序部分限定的設(shè)備來(lái)達(dá)到，其特征在于，接地變壓器的初級(jí)繞組被耦合到電力網(wǎng)絡(luò)上或者與電力網(wǎng)絡(luò)同步的電源上，并且接地變壓器的次級(jí)繞組被耦合在電力網(wǎng)絡(luò)的零點(diǎn)與接地之間，其中，接地變壓器包括兩個(gè)或更多分接開(kāi)關(guān)，并且設(shè)備包括一被配置為控制分接開(kāi)關(guān)的單元以相對(duì)于饋送電力變壓器的電壓系統(tǒng)對(duì)接地變壓器的次級(jí)電壓的幅度和相位角進(jìn)行控制。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是減少或者能夠完全避免線路斷開(kāi)。因此，借助于新的設(shè)備提高了配電網(wǎng)絡(luò)的可用性。新的設(shè)備能夠以低成本制造并且相對(duì)簡(jiǎn)單地安裝在現(xiàn)有的配電網(wǎng)絡(luò)中。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，接地變壓器工作在三相下。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備被用在具有單相或三相系統(tǒng)的不同電力網(wǎng)絡(luò)中。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，所述單元為控制及測(cè)量單元，控制及測(cè)量單元被耦合到接地變壓器上以對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)的所述零點(diǎn)與接地之間次級(jí)電壓進(jìn)行控制。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備借此可以與已知的控制及測(cè)量單元共同用于補(bǔ)償殘余工作電流。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，控制及測(cè)量單元被設(shè)置為對(duì)將所述次級(jí)電壓中被耦合到電力網(wǎng)絡(luò)的零點(diǎn)與接地之間的次級(jí)電壓加以確定。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，控制及測(cè)量單元用于對(duì)接地變壓器的次級(jí)電壓進(jìn)行控制，直到完全補(bǔ)償殘余工作電流的條件得以滿足。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備借此可以與已知的控制及測(cè)量單元共同用于完全補(bǔ)償殘余工作電流。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，該設(shè)備被設(shè)置為與Peter^n線圈同時(shí)使用以消除來(lái)自Peters6n線圈的未補(bǔ)償?shù)臍堄喙ぷ麟娏鳌?br>[0028]根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備通過(guò)將現(xiàn)有的補(bǔ)償設(shè)備與PeterMn線圈設(shè)備并聯(lián)提高了現(xiàn)有的補(bǔ)償設(shè)備的效果。
[0029]這些目標(biāo)借助于在權(quán)利要求7的前序部分限定的方法來(lái)達(dá)到，其特征在于，使用包括接地變壓器的設(shè)備，接地變壓器的初級(jí)繞組被耦合到電力網(wǎng)絡(luò)上或與電力網(wǎng)絡(luò)同步的電源上且次級(jí)繞組被耦合在電力網(wǎng)絡(luò)的零點(diǎn)與接地之間，其中，接地變壓器包括兩個(gè)或更多分接開(kāi)關(guān)，并且設(shè)備包括配置為控制分接開(kāi)關(guān)的單元，以及相對(duì)于饋送電力變壓器的電壓系統(tǒng)對(duì)接地變壓器的次級(jí)電壓的幅度和相位角進(jìn)行控制。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的方法提高了補(bǔ)償設(shè)備的可靠性?？捎眯酝瑯拥玫搅颂岣?。
[0031]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例,所述單元為控制及測(cè)量單元,控制及測(cè)量單元被稱合到接地變壓器上以在電力網(wǎng)絡(luò)的零點(diǎn)與接地之間控制所述次級(jí)電壓。
[0032]這些目標(biāo)還借助于通過(guò)電力變壓器在交變電流電力網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生零點(diǎn)電壓的方法來(lái)達(dá)到，其特征在于，包括設(shè)備包括接地變壓器，接地變壓器的初級(jí)繞組被耦合到電力網(wǎng)絡(luò)或與電力網(wǎng)絡(luò)同步的電源上且次級(jí)繞組被耦合在電力網(wǎng)絡(luò)的零點(diǎn)與接地之間，其中，接地變壓器包括兩個(gè)或更多分接開(kāi)關(guān)以及配置為控制分接開(kāi)關(guān)的單元，所述單元為耦合到所述接地變壓器上以對(duì)接地變壓器在電力網(wǎng)絡(luò)的零點(diǎn)與接地之間的次級(jí)電壓進(jìn)行控制的控制及測(cè)量單元，其中
[0033]控制及測(cè)量單元相對(duì)于饋送電力變壓器的電壓系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)接地變壓器的次級(jí)電壓的幅度和相位角，
[0034]控制及測(cè)量單元對(duì)將所述次級(jí)電壓中被耦合到電力網(wǎng)絡(luò)的零點(diǎn)與接地之間的次級(jí)電壓加以確定，以及
[0035]控制及測(cè)量單元對(duì)接地變壓器的次級(jí)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，直到滿足完全補(bǔ)償殘余工