專利名稱：消弧線圈自動(dòng)補(bǔ)償裝置接地電流連續(xù)跟蹤測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種電氣技術(shù)領(lǐng)域的測(cè)量方法，具體是用于消弧線圈控制的配電網(wǎng)接地電流自動(dòng)跟蹤測(cè)量技術(shù)。

背景技術(shù)：
已有多種消弧線圈調(diào)諧控制方法位移電壓極大值法、阻抗三角形法、相位調(diào)諧方法、兩點(diǎn)解析法、諧振法結(jié)合曲線擬合法等，它們各有其特點(diǎn)。如位移電壓極大值法、阻抗三角形法、相位調(diào)諧方法調(diào)諧時(shí)需要消弧線圈不斷調(diào)檔，這將大大縮短調(diào)檔所用機(jī)械元件(如有載開關(guān))的壽命，并且，只適用于“預(yù)調(diào)諧”消弧線圈，不能給出脫諧電流或是電容電流的值；兩點(diǎn)解析法、諧振法結(jié)合曲線擬合法直接測(cè)量出電網(wǎng)的接地電容電流，因此既可適用于“隨調(diào)諧”，也可適用于“預(yù)調(diào)諧”消弧線圈的控制，但調(diào)諧時(shí)也要求消弧線圈多次操作，同樣會(huì)縮短調(diào)檔所用機(jī)械元件的壽命，并且不能連續(xù)對(duì)電網(wǎng)的脫諧電流或是電容電流的值進(jìn)行監(jiān)測(cè)，因此，調(diào)諧測(cè)量裝置對(duì)電網(wǎng)零序參數(shù)(線路操作)的變化需要有個(gè)正確判斷，以便重新測(cè)量；以上調(diào)諧測(cè)量方法適用于自然不對(duì)稱度較高(0.5％以上)的架空線或架空線電纜混合電網(wǎng)，而純電纜電網(wǎng)(如煤礦)自然不對(duì)稱度較低，一般在0.5％以下，有些煤礦電網(wǎng)只有0.02％。對(duì)于這些電網(wǎng)，以上調(diào)諧方式控制的消弧線圈安裝時(shí)就要給電網(wǎng)添加一個(gè)不平衡，如接地變壓器三相繞組不平衡或在電網(wǎng)的某一相加一個(gè)電容等。


發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有用于消弧線圈控制的對(duì)地電容電流測(cè)量方法的不足，提出了一種簡(jiǎn)單可靠的消弧線圈自動(dòng)補(bǔ)償裝置接地電流連續(xù)跟蹤測(cè)量方法。
技術(shù)方案本發(fā)明與相位法測(cè)量調(diào)諧有本質(zhì)區(qū)別，它不僅能較精確地連續(xù)跟蹤測(cè)量出接地故障電流的電容電流(或脫諧電流)分量，而且還能連續(xù)跟蹤測(cè)量出接地故障電流的有功電流(阻尼電流)分量。它的實(shí)施過(guò)程中不僅避免了現(xiàn)有測(cè)量方法的缺點(diǎn)，而且只需監(jiān)測(cè)電網(wǎng)的一個(gè)電量的變化就可連續(xù)對(duì)電網(wǎng)的接地故障電流進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，簡(jiǎn)單易行、測(cè)量精度高、不需要對(duì)消弧線圈進(jìn)行任何操作，不影響電網(wǎng)的正常運(yùn)行，更適合用于消弧線圈控制的在線實(shí)時(shí)連續(xù)跟蹤接地故障電流的測(cè)量。本發(fā)明適用于自然不對(duì)稱度較低，一般在0.5％以下的純電纜或電纜架空線混合電網(wǎng)。
消弧線圈自動(dòng)補(bǔ)償裝置接地電流連續(xù)跟蹤測(cè)量方法包括以下步驟 ①在電網(wǎng)的A相對(duì)地接一個(gè)小電容ΔC； ②在電壓互感器PT二次開口三角取得零序電壓

和一個(gè)“相應(yīng)的”線電壓即取B相和C相間線電壓
③連續(xù)監(jiān)測(cè)零序電壓

的幅值和相位相對(duì)于線電壓相量

的變化，可用下式計(jì)算出 用于“隨調(diào)式”消弧線圈的控制的接地電流中電容電流分量 1式 用于“預(yù)調(diào)式”消弧線圈的控制的接地電流中脫諧電流分量 2式 接地電流中有功電流分量 3式 式中 u0(k)為電網(wǎng)零序電壓的采樣值；N為一個(gè)工頻周期T的采樣點(diǎn)數(shù)；UφN為電網(wǎng)額定相電壓；IL＝UφN/ωL；L為消弧線圈當(dāng)前輸出補(bǔ)償電流時(shí)的等效電感值；ω為電網(wǎng)角頻率；C∑＝CA+CB+CC，CA、CB和CC分別為電網(wǎng)三相對(duì)地電容；g∑為電網(wǎng)三相對(duì)地總電導(dǎo)，rA、rB和rC分別為電網(wǎng)三相對(duì)地絕緣電阻；gL為消弧線圈損耗等效電導(dǎo)與預(yù)調(diào)式消弧線圈阻尼電導(dǎo)的和。
所述步驟①中的小電容ΔC應(yīng)按下式要求選擇 對(duì)隨調(diào)式消弧線圈對(duì)預(yù)調(diào)式消弧線圈其中

為電網(wǎng)的自然不平衡電壓標(biāo)幺值，IC為電網(wǎng)對(duì)地電容電流，IL為消弧線圈輸出的補(bǔ)償電流下限值，Id電網(wǎng)接地電流的有功分量，δ為最大允許相對(duì)測(cè)量誤差。
所述步驟①和步驟②中，小電容ΔC所加的某相與所取的線電壓相量有一個(gè)“相應(yīng)的”關(guān)系，若A相對(duì)地接一個(gè)小電容ΔC，則取B相和C相間線電壓

，若B相對(duì)地接一個(gè)小電容ΔC，則取C相和A相間線電壓

，若C相對(duì)地接一個(gè)小電容ΔC，則取A相和B相間線電壓

。
所述步驟③中，1式中的電容電流、2式中的脫諧電流和3式的阻尼電流分量的理論測(cè)量相對(duì)誤差可有下式表示 1式和2式的理論測(cè)量相對(duì)誤差 3式的理論測(cè)量相對(duì)誤差 其中為電網(wǎng)正常運(yùn)行，即測(cè)量電容電流或脫諧電流分量時(shí)電網(wǎng)的不平衡電壓標(biāo)幺值，U00為電網(wǎng)的自然不對(duì)稱電壓，U0為電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的不對(duì)稱電壓；ΔIv為脫諧電流測(cè)量的絕對(duì)誤差；ΔId阻尼電流測(cè)量的絕對(duì)誤差。
有益效果本發(fā)明提供一種消弧線圈自動(dòng)補(bǔ)償裝置接地電流連續(xù)跟蹤測(cè)量方法，它既對(duì)電網(wǎng)對(duì)地電容電流進(jìn)行跟蹤測(cè)量，用于對(duì)被調(diào)消弧線圈的控制，同時(shí)還跟蹤測(cè)量出電網(wǎng)接地故障電流中的有功分量，更有助于精確判定接地電流的大小，更有助于了解單相接地故障時(shí)的滅弧條件，更有助于提高消弧線圈動(dòng)作的成功率。它既可用于“隨調(diào)式”消弧線圈如“調(diào)容式”、“偏磁式”、“相控式”、“三相五柱直調(diào)電感式”等，也可用于“預(yù)調(diào)式”消弧線圈如“可調(diào)氣隙式”、“調(diào)匝式”、“三相五柱式”等的調(diào)諧控制，本質(zhì)上是一種消弧線圈接地系統(tǒng)通用的接地電流連續(xù)跟蹤測(cè)量方法，適用于不同制造商生產(chǎn)的消弧線圈的調(diào)諧控制。并且，它本質(zhì)上是消弧線圈接地系統(tǒng)的脫諧電流和阻尼電流的測(cè)量，因此，可用于多臺(tái)消弧線圈同網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的調(diào)諧控制的測(cè)量。它有測(cè)量調(diào)諧原理思路清晰、計(jì)算簡(jiǎn)單、測(cè)量時(shí)不需要對(duì)消弧線圈進(jìn)行任何操作、不對(duì)電網(wǎng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生任何影響、很易用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)、所用費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。



圖1是消弧線圈接地電網(wǎng)等值電路示意圖。
圖2是零序電壓和“相應(yīng)的”線電壓相量示意圖。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明的一種消弧線圈自動(dòng)補(bǔ)償裝置接地電流連續(xù)跟蹤測(cè)量方法包括以下步驟 ①在電網(wǎng)的某一相(一般可在A相)對(duì)地接一個(gè)小電容ΔC； ②在電壓互感器PT二次開口三角取得零序電壓

和一個(gè)“相應(yīng)的”線電壓(如A相對(duì)地接一個(gè)小電容ΔC，則取B相和C相間線電壓

)； ③連續(xù)監(jiān)測(cè)零序電壓

的幅值和相對(duì)于線電壓相量

相位的變化，可用下式計(jì)算出 接地電流中電容電流分量(用于“隨調(diào)式”消弧線圈的控制) 1式 接地電流中脫諧電流分量(用于“預(yù)調(diào)式”消弧線圈的控制) 2式 接地電流中有功(阻尼)電流分量 3式 式中 ； u0(k)為電網(wǎng)零序電壓的采樣值；N為一個(gè)工頻周期T的采樣點(diǎn)數(shù)；UφN為電網(wǎng)額定相電壓；IL＝UφN/ωL；L為消弧線圈當(dāng)前輸出補(bǔ)償電流時(shí)的等效電感值；ω為電網(wǎng)角頻率；C∑＝CA+CB+CC，CA、CB和CC分別為電網(wǎng)三相對(duì)地電容；g∑為電網(wǎng)三相對(duì)地總電導(dǎo)，rA、rB和rC分別為電網(wǎng)三相對(duì)地絕緣電阻；gL為消弧線圈損耗等效電導(dǎo)與預(yù)調(diào)式消弧線圈阻尼電導(dǎo)的和。
以上算法推得如下 由圖1消弧線圈接地等值電網(wǎng)可見，在電網(wǎng)的自然狀態(tài)下，即未接入小電容ΔC前，電網(wǎng)正常運(yùn)行的零序電壓 (1) 安裝消弧線圈時(shí)，在參考相(A相)接入一個(gè)小電容ΔC后的零序電壓為 (2) 對(duì)于純電纜電網(wǎng)，由于

相對(duì)于

很小，接近于零，可以忽略，則得 (3) 取實(shí)部得 (4) 式中Re()表示取“實(shí)部”；Im()表示取“虛部”。取

為

和

的參考相量，見圖2，則

超前

90°，因此， (5) 兩邊同乘以額定相電壓可得1式和2式。
同樣，(3)取虛部得 (6) 兩邊同乘以額定相電壓可得3式。
所述的小電容ΔC應(yīng)按下式要求選擇 對(duì)隨調(diào)式消弧線圈對(duì)預(yù)調(diào)式消弧線圈其中U00*為電網(wǎng)的自然不平衡電壓標(biāo)幺值，δ為最大允許相對(duì)測(cè)量誤差。
忽略電網(wǎng)的阻尼，即認(rèn)為rA＝rB＝rC＝∞，則 (7) (8) (9) 對(duì)隨調(diào)式消弧線圈，gL≈0，應(yīng)選擇或 對(duì)預(yù)調(diào)式消弧線圈，應(yīng)選擇gd＝g∑+gL，或 例如對(duì)一10kV接地電流約為45A(C∑＝24.8μF)的配網(wǎng)，安裝一臺(tái)補(bǔ)償電流下限值為15A“隨調(diào)式”消弧線圈，電網(wǎng)的自然不平衡電壓為0.1％，希望測(cè)量誤差在5％以內(nèi)，則可取這時(shí)，電網(wǎng)正常運(yùn)行的不平衡電壓標(biāo)幺值為即電網(wǎng)的不平衡電壓為2.1％。再如對(duì)一10kV接地電流約為45A的配網(wǎng)，安裝一臺(tái)阻尼電流為15A“預(yù)調(diào)式”消弧線圈，電網(wǎng)的自然不平衡電壓為0.1％，希望測(cè)量誤差在5％以內(nèi)，則可取這時(shí)，電網(wǎng)正常運(yùn)行的不平衡電壓標(biāo)幺值為即電網(wǎng)的不平衡電壓為2.1％。以上兩例也可看出，該測(cè)量方法比較適合于電網(wǎng)的自然不平衡電壓相對(duì)較低的電纜電網(wǎng)或電纜架空線混合電網(wǎng)，當(dāng)自然不平衡電壓在0.5％以內(nèi)，要求測(cè)量誤差在5％以內(nèi)的條件下，電網(wǎng)正常運(yùn)行的不平衡電壓可控制在10％以內(nèi)。提高測(cè)量精度和降低電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的不對(duì)稱電壓是一對(duì)矛盾，顯然，自然不平衡電壓越低越有利于該測(cè)量方法提高測(cè)量精度和降低電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的不對(duì)稱電壓，因此，它最適合于純電纜電網(wǎng)，也適用于電纜架空線混合電網(wǎng)。
所述步驟①和②中，小電容ΔC所加的某相與所取的線電壓相量有一個(gè)“相應(yīng)的”關(guān)系，如A相對(duì)地接一個(gè)小電容ΔC，則取B相和C相間線電壓

，若B相對(duì)地接一個(gè)小電容ΔC，則取C相和A相間線電壓

，若C相對(duì)地接一個(gè)小電容ΔC，則取A相和B相間線電壓

。這可以從(4)看出，為保證其中φ為A、B和C，必須保證

超前參考相量90°，因此，必須保證以上“相應(yīng)的，，關(guān)系，這可從圖2中看出。
所述步驟③中所述的接地電流中電容電流或脫諧電流分量和有功電流或阻尼電流分量的理論測(cè)量相對(duì)誤差可有下式表示 1式和2式的理論測(cè)量相對(duì)誤差 3式的理論測(cè)量相對(duì)誤差 其中為電網(wǎng)正常運(yùn)行，即測(cè)量電容電流或脫諧電流分量時(shí)電網(wǎng)的不平衡電壓標(biāo)幺值，U00為電網(wǎng)的自然不對(duì)稱電壓，U0為電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的不對(duì)稱電壓；ΔIv為脫諧電流測(cè)量的絕對(duì)誤差；ΔId阻尼電流測(cè)量的絕對(duì)誤差。
1式和2式是假設(shè)電網(wǎng)的自然不對(duì)稱電壓U00＝0，由(2)推得的，實(shí)際電網(wǎng)不可能絕對(duì)對(duì)稱，U00不可能為零，因此，這將產(chǎn)生測(cè)量誤差?？紤]U00，由(2)得 (10) (11) (11)減(3)得絕對(duì)誤差 (12) (13) (14) 脫諧度相對(duì)誤差(15) 阻尼率相對(duì)誤差(16)。
權(quán)利要求
1.一種消弧線圈自動(dòng)補(bǔ)償裝置接地電流連續(xù)跟蹤測(cè)量方法，其特征在于該方法包括以下步驟
①在電網(wǎng)的A相對(duì)地接一個(gè)小電容ΔC；
②在電壓互感器PT二次開口三角取得零序電壓
和一個(gè)“相應(yīng)的”線電壓即取B相和C相間線電壓
③連續(xù)監(jiān)測(cè)零序電壓
的幅值和相位相對(duì)于線電壓相量
的變化，可用下式計(jì)算出
用于“隨調(diào)式”消弧線圈的控制的接地電流中電容電流分量
1式
用于“預(yù)調(diào)式”消弧線圈的控制的接地電流中脫諧電流分量
2式
接地電流中有功電流分量
3式
式中
u0(k)為電網(wǎng)零序電壓的采樣值；N為一個(gè)工頻周期T的采樣點(diǎn)數(shù)；UφN為電網(wǎng)額定相電壓；IL＝UφN/ωL；L為消弧線圈當(dāng)前輸出補(bǔ)償電流時(shí)的等效電感值；ω為電網(wǎng)角頻率；C∑＝CA+CB+CC，CA、CB和CC分別為電網(wǎng)三相對(duì)地電容；g∑為電網(wǎng)三相對(duì)地總電導(dǎo)，rA、rB和rC分別為電網(wǎng)三相對(duì)地絕緣電阻；gL為消弧線圈損耗等效電導(dǎo)與預(yù)調(diào)式消弧線圈阻尼電導(dǎo)的和。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的消弧線圈自動(dòng)補(bǔ)償裝置接地電流連續(xù)跟蹤測(cè)量方法，其特征是，所述步驟①中的小電容ΔC應(yīng)按下式要求選擇
對(duì)隨調(diào)式消弧線圈對(duì)預(yù)調(diào)式消弧線圈其中U00*為電網(wǎng)的自然不平衡電壓標(biāo)幺值，IC為電網(wǎng)對(duì)地電容電流，IL為消弧線圈輸出的補(bǔ)償電流下限值，Id電網(wǎng)接地電流的有功分量，δ為最大允許相對(duì)測(cè)量誤差。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的消弧線圈自動(dòng)補(bǔ)償裝置接地電流連續(xù)跟蹤測(cè)量方法，其特征是，所述步驟①和步驟②中，小電容ΔC所加的某相與所取的線電壓相量有一個(gè)“相應(yīng)的”關(guān)系，若A相對(duì)地接一個(gè)小電容ΔC，則取B相和C相間線電壓
若B相對(duì)地接一個(gè)小電容ΔC，則取C相和A相間線電壓
若C相對(duì)地接一個(gè)小電容ΔC，則取A相和B相間線電壓
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的消弧線圈自動(dòng)補(bǔ)償裝置接地電流連續(xù)跟蹤測(cè)量方法，其特征是，所述步驟③中，1式中的電容電流、2式中的脫諧電流和3式的阻尼電流分量的理論測(cè)量相對(duì)誤差可有下式表示
1式和2式的理論測(cè)量相對(duì)誤差
3式的理論測(cè)量相對(duì)誤差
其中為電網(wǎng)正常運(yùn)行，即測(cè)量電容電流或脫諧電流分量時(shí)電網(wǎng)的不平衡電壓標(biāo)幺值，U00為電網(wǎng)的自然不對(duì)稱電壓，U0為電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的不對(duì)稱電壓；ΔIv為脫諧電流測(cè)量的絕對(duì)誤差；ΔId阻尼電流測(cè)量的絕對(duì)誤差。
全文摘要
本發(fā)明為一種消弧線圈自動(dòng)補(bǔ)償裝置接地電流連續(xù)跟蹤測(cè)量方法，適用于電網(wǎng)自然不對(duì)稱度較低的純電纜電網(wǎng)或電纜架空線混合電網(wǎng)。它通過(guò)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)零序電壓的幅值和相位的連續(xù)變化可對(duì)電網(wǎng)單相接地電流的電容電流(脫諧電流)分量和有功電流(阻尼電流)分量進(jìn)行連續(xù)地跟蹤監(jiān)測(cè)，其理論測(cè)量誤差不大于δv(公式見上圖下式)。本發(fā)明簡(jiǎn)單易行，僅需要檢測(cè)一個(gè)電量參數(shù)就可以連續(xù)跟蹤監(jiān)測(cè)滿足消弧線圈自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償控制器需要的兩個(gè)參數(shù)，很易用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，不需要對(duì)消弧線圈進(jìn)行任何操作，不影響電網(wǎng)的正常運(yùn)行，既適用于隨調(diào)式消弧線圈，也適用于預(yù)調(diào)式消弧線圈的調(diào)諧控制，是一種消弧線圈自動(dòng)補(bǔ)償裝置接地電流的通用測(cè)量方法。
文檔編號(hào)G01R19/00GK101625382SQ20091018360
公開日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2009年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月12日
發(fā)明者軼 唐 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)