中性點外加可調(diào)電抗的配電網(wǎng)電容電流測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種配電網(wǎng)電容電流的測量方法，更具體地說是一種中性點外加可調(diào) 電抗的配電網(wǎng)電容電流測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，尤其是電纜線路的大量投運，線路對地電容 電流不斷增大，導(dǎo)致配網(wǎng)線路的單相接地故障電流急劇增大，接地電弧難以自熄滅，進而引 發(fā)相間短路故障。目前，國內(nèi)大部分IOkV和35kV電網(wǎng)通過安裝消弧線圈來補償電容電流， 起到了良好的運行效果。配網(wǎng)電容電流的準確測量是消弧線圈合理補償?shù)那疤?，消弧線圈 安裝與否以及安裝容量的大小，取決于電容電流測量值的大小。
[0003] 目前，配電網(wǎng)電容電流測量方法主要有中性點外加電容法、偏置電容法、人工中性 點法、二次信號注入法等方法，這些方法各自在不同的方面存在著不同的問題，包括：
[0004] 中性點外加電容法適用于主變壓器被測量側(cè)中性點有套管引出網(wǎng)絡(luò)的電容電流 測量，該方法在變壓器的中性點外接一定電容量的電容器，通過測量中性點的不平衡電壓 和位移電壓，計算得到系統(tǒng)的對地電容和電容電流。該方法中外加的電容若不合適，會導(dǎo)致 中性點電壓變化不大，帶來較大的測量誤差。
[0005] 偏置電容法適用于主變壓器被測系統(tǒng)側(cè)沒有中性點引出的系統(tǒng)，常用于35kV網(wǎng) 絡(luò)。該方法在任一相對地之間附加一外接電容，通過測量外接電容接入前后三相對地相電 壓偏移，獲取系統(tǒng)的對地電容和電容電流。該方法中加入較大的電容會造成非偏置相電壓 升高，使電網(wǎng)的絕緣薄弱處容易發(fā)生短路等故障。
[0006] 人工中性點法適用于主變壓器被測系統(tǒng)側(cè)沒有中性點引出的系統(tǒng)，常用于IOkV 網(wǎng)絡(luò)。該方法也是在任一相對地之間附加一外接電容，使得三相對地電壓產(chǎn)生偏移。同時， 在線路與地之間接入了一組三相電容量基本一致的星形電容器組，形成了一人工中性點來 測量系統(tǒng)的中性點位移電壓。通過測量人工中性點的不平衡電壓，計算得到系統(tǒng)的對地電 容和電容電流。該方法對人工電容器組的平衡度要求較高，當人工電容器組有微小的不對 稱時，就會產(chǎn)生較大的測量誤差，甚至?xí)霈F(xiàn)負數(shù)開根號的情況。
[0007] 二次信號注入法近些年來提出的電容電流測量新方法，尤其適用于不平衡度較小 的中低壓配電網(wǎng)絡(luò)。該方法是從電壓互感器二次側(cè)開口三角注入異頻零序電流信號，通過 測量二次零序電壓和零序電流的幅值、相位關(guān)系，求解線路的對地電容值。該方法中注入信 號的頻率、幅值選取對測量結(jié)果的準確度會產(chǎn)生較大影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種中性點外加可調(diào)電抗 的配電網(wǎng)電容電流測量方法，通過在中性點外加可調(diào)電抗，利用阻抗三角形原理，方便、可 靠、高精度地測量配網(wǎng)線路對地電容和電容電流。
[0009] 本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：
[0010] 本發(fā)明中性點外加可調(diào)電抗的配電網(wǎng)電容電流測量方法，其特點在于：在主變壓 器中性點與地之間設(shè)置一路測量電路，所述測量電路是由一電流表、一個可調(diào)電抗器、一個 固定限壓電阻串聯(lián)連接構(gòu)成；所述測量方法是：調(diào)節(jié)可調(diào)電抗器的電感大小，測錄中性點 與地之間的中性點電流幅值和相角，利用阻抗三角形原理，計算獲得配網(wǎng)線路對地電容和 電容電流。
[0011] 本發(fā)明中性點外加可調(diào)電抗的配電網(wǎng)電容電流測量方法，其特點也在于：
[0012] 所述可調(diào)電抗器為無級連續(xù)調(diào)節(jié)的型式，或為級差離散調(diào)節(jié)的型式。
[0013] 設(shè)置所述固定限壓電阻的阻值，以避免形成串聯(lián)諧振過電壓。
[0014] 令：Z1S可調(diào)電抗器調(diào)節(jié)前的電路總阻抗，Z2S可調(diào)電抗器調(diào)節(jié)后的電路總阻抗， 的阻抗角，Θ SzjPZ 2的阻抗角之差為可調(diào)電抗器調(diào)節(jié)前的電感值，L2為可調(diào) 電抗器調(diào)節(jié)后的電感值，為可調(diào)電抗器調(diào)節(jié)前的中性點電流，IC2為可調(diào)電抗器調(diào)節(jié)后的 中性點電流，ω為工頻角頻率，U41為電網(wǎng)額定相電壓；
[0015] 由式（1)計算獲得配網(wǎng)線路對地電容C為： _6]
(1)
[0017] 由式⑵計算獲得電容電流1。為：
[0018] Ic= ω QJ φ ⑵ 0
[0019] 與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在：
[0020] 本發(fā)明通過在配網(wǎng)中性點與地之間外加一個可調(diào)電抗器和一個固定限壓電阻，只 需調(diào)節(jié)一次可調(diào)電抗器的電感大小，測錄中性點與地之間的中性點電流幅值和相角，即可 計算出配網(wǎng)線路對地電容和電容電流。本發(fā)明無需重復(fù)接線，調(diào)節(jié)電感操作簡單，尤其對于 平衡度不高的系統(tǒng)也能保證較高的測量精度
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明測量接線圖；
[0022] 圖2為本發(fā)明電容電流測量等效電路圖；
[0023] 圖3為本發(fā)明中用以計算對地電容的阻抗三角形原理圖；
[0024] 圖4為本發(fā)明具體實施例仿真模型圖。
[0025] 圖中標號：1主變壓器被測系統(tǒng)側(cè)繞組，2主變壓器中性點，3三相線路對地電容，4 電流表，5可調(diào)電抗器，6固定限壓電阻，7電壓測量模塊，8示波器模塊。
【具體實施方式】
[0026] 參見圖1和圖2,本實施例中性點外加可調(diào)電抗的配電網(wǎng)電容電流測量方法是：針 對主變壓器被測系統(tǒng)側(cè)繞組1，在主變壓器中性點2與地之間設(shè)置一路測量電路，所述測量 電路是由一電流表4、一個可調(diào)電抗器5、一個固定限壓電阻6串聯(lián)連接構(gòu)成；所述測量方法 是：調(diào)節(jié)可調(diào)電抗器5的電感大小，測錄中性點2與地之間的中性點電流幅值和相角，利用 阻抗三角形原理，計算獲得配網(wǎng)線路對地電容和電容電流。
[0027] 具體實施中，所述可調(diào)電抗器5為無級連續(xù)調(diào)節(jié)的型式，或為級差離散調(diào)節(jié)的型 式，設(shè)置所述固定限壓電阻6的阻值，以避免形成串聯(lián)諧振過電壓。
[0028] 令U。為中性點不對稱電壓，I。為中性點電流，L為可調(diào)電抗器5, R為固定限壓電 阻6, C為三相對地電容總和，本實施例中電容電流測量等效電路如圖2所示。
[0029] 參見圖3, Z1S可調(diào)電抗器調(diào)節(jié)前的電路總阻抗，Z 2為可調(diào)電抗器調(diào)節(jié)后的電路總 阻抗，釣為Z1的阻抗角，Θ SzjPZ2的阻抗角之差為可調(diào)電抗器調(diào)節(jié)前的電感值，L2 為可調(diào)電抗器調(diào)節(jié)后的電感值，Xe為三相對地電容電抗值，Xu為可調(diào)電抗器調(diào)節(jié)前的電抗 值，為可調(diào)電抗器調(diào)節(jié)后的電抗值，I ?為可調(diào)電抗器調(diào)節(jié)前的中性點電流，IC2為可調(diào)電 抗器調(diào)節(jié)后的中性點電流，ω為工頻角頻率，U41為電網(wǎng)額定相電壓。
[0030] 根據(jù)阻抗三角形原理，可以得到如下關(guān)系：
[0031] (3>
[0032] 又有：
[0033] Z1= U。/101，Z2= U。/1。2 (4)
[0034] 將式⑷代入式（3)中可以得到：
[0035] 卩，
[0036] 根據(jù)圖形關(guān)系有：
[0038] 將式（5)代入式（6)中，并反解出對地電容C :
[0037] (6)
[0039]
(1)
[0040] 進而電容電流為：
[0041 ] Ic= ω QJ φ ⑵ 0
[0042] 本實施例接線一次完成，不需重復(fù)接線測取其它參量，只需調(diào)節(jié)一次可調(diào)電抗器5 的電感大小，即可完成對地電容和電容電流的測量。尤其，對于平衡度不高的系統(tǒng)也能保證 較高的測量精度。
[0043] 以下給出仿真算例，在Matlab/Simulink中搭建仿真模型，如圖4所示。包括： Matlab/Simulink仿真軟件中的電壓測量模塊7和示波器模塊8,電壓測量模塊7和示波器 模塊8是為了測錄和讀取中性點電流I。的幅值和相位角。
[0044] 圖4所示的系統(tǒng)仿真參數(shù)為：系統(tǒng)線電壓為10kV，設(shè)A相電壓初相角為0°，三相 線路對地電容3采用集中電容進行模擬，分別為C a= 10. 3 μ F，Cb= 10. 1 μ F，Cc= 10. 5 μ F， 三相電容之和C = 30. 9 μ F，限壓電阻R = IkQ?？烧{(diào)電抗器L采用無級連續(xù)調(diào)節(jié)，可調(diào)電 抗器L的調(diào)節(jié)范圍為0. 2H~I. 0H。
[0045] 調(diào)節(jié)可調(diào)電抗器L的大小，測取記錄電抗器調(diào)節(jié)前后中性點電流I。的幅值和相角 差，根據(jù)式（1)計算得到系統(tǒng)的對地電容。挑選若干檔位進行測量，表1給出了電抗器在各 個檔位時，仿真得到的中性點電流I。的電流幅值和相角。
[0046] 表1電抗器下各檔位下的中性點電流幅值和相角
[0047]
[0048] 選擇電感最小的檔位1作為初始電感，表2給出了選擇不同的檔位組合計算出的 對地電容值。
[0049] 表2不同檔位組合下計算出的電容值
[0050]
[0051] 上述仿真結(jié)果中，6次計算得到的對地電容值測量誤差，均在10%以內(nèi)，有效驗證 了本發(fā)明所述方法的有效性，并且表明該方法具有較高的測量精度。
【主權(quán)項】
1. 一種中性點外加可調(diào)電抗的配電網(wǎng)電容電流測量方法，其特征是：在主變壓器中性 點⑵與地之間設(shè)置一路測量電路，所述測量電路是由一電流表（4)、一個可調(diào)電抗器（5)、 一個固定限壓電阻（6)串聯(lián)連接構(gòu)成；所述測量方法是：調(diào)節(jié)可調(diào)電抗器（5)的電感大小， 測錄中性點（2)與地之間的中性點電流幅值和相角，利用阻抗三角形原理，計算獲得配網(wǎng) 線路對地電容和電容電流。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中性點外加可調(diào)電抗的配電網(wǎng)電容電流測量方法，其特征 是：所述可調(diào)電抗器（5)為無級連續(xù)調(diào)節(jié)的型式，或為級差離散調(diào)節(jié)的型式。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中性點外加可調(diào)電抗的配電網(wǎng)電容電流測量方法，其特征 是：設(shè)置所述固定限壓電阻（6)的阻值，以避免形成串聯(lián)諧振過電壓。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中性點外加可調(diào)電抗的配電網(wǎng)電容電流測量方法，其特征 是：令=Z1為可調(diào)電抗器調(diào)節(jié)前的電路總阻抗，Z2為可調(diào)電抗器調(diào)節(jié)后的電路總阻抗，鉺為 Z1的阻抗角，Θ為2 JP Z2的阻抗角之差為可調(diào)電抗器調(diào)節(jié)前的電感值，L2為可調(diào)電抗 器調(diào)節(jié)后的電感值，為可調(diào)電抗器調(diào)節(jié)前的中性點電流，IC2為可調(diào)電抗器調(diào)節(jié)后的中性 點電流，ω為工頻角頻率，U41為電網(wǎng)額定相電壓； 由式（1)計算獲得配網(wǎng)線路對地電容C為：由式⑵計算獲得電容電流、為： Ic= ω〇] * ⑵。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種中性點外加可調(diào)電抗的配電網(wǎng)電容電流測量方法，其特征是：在主變壓器中性點與地之間設(shè)置一路測量電路，測量電路是由一電流表、一個可調(diào)電抗器、一個固定限壓電阻串聯(lián)連接構(gòu)成；測量方法是：調(diào)節(jié)可調(diào)電抗器的電感大小，測錄中性點與地之間的中性點電流幅值和相角，利用阻抗三角形原理，計算獲得配網(wǎng)線路對地電容和電容電流。本發(fā)明方法測量精度高、無需重復(fù)接線、可靠性高、操作簡單，對于平衡度不高的系統(tǒng)也能保證較高的測量精度。
【IPC分類】G01R19/00, G01R27/26, G01R25/00
【公開號】CN105158546
【申請?zhí)枴緾N201510674561
【發(fā)明人】陳凡, 劉靜, 葉劍濤, 程登峰, 朱太云, 趙常威, 秦少瑞, 胡丹, 沈良
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)安徽省電力公司電力科學(xué)研究院
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年10月16日