CN105449651B - 一种配电网可控消谐装置 - Google Patents
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Abstract
本发明专利公开了一种配电网可控消谐装置，该装置包括电流互感器、可控硅开关、消谐电阻和控制单元，控制单元包括电流继电器、自保持继电器、放大器、减法器、逻辑元件以及电流互感器二次回路断线闭锁单元。本发明专利通过消谐电阻的短时间投入吸收流入PT中的暂态能量，使PT的励磁绕组由饱和状态恢复到不饱和状态，从而达到抑制谐振的目的。而***正常运行时，可控硅开关将消谐电阻短接，PT中性点直接接地，可以实现准确地测量三相母线的对地电压和***零序电压的功能。其次，发生接地故障和进行断路器操作时，由于消谐电阻接入中性点的时间较短，三相PT中性点不会长时间承受高电压，不会危害PT中性点的绝缘。
Description
技术领域
本发明专利涉及电力***控制保护领域，特别涉及一种当配电网发生接地故障和断路器不同动作时，吸收叠加在PT励磁绕组中暂态能量，防止PT励磁绕组过饱和而引发铁磁谐振的配电网可控消谐装置。
背景技术
目前，我国电力***中，35KV及以下的配电网一般采用中性点不接地方式，为监测三相母线对地电压和***的零序电压，母线上装有三相电磁式电压互感器。由于电磁式电压互感器PT的非线性励磁特性，当***发生单相接地故障或断路器不同期操作时，其暂态过程中将产生大量的暂态能量叠加到PT一次绕组上使得PT励磁饱和，励磁电感大幅度减小，容易与对地电容或断路器断口电容发生参数匹配，引发铁磁谐振过电压。
为抑制铁磁谐振的发生，目前工程上一般采取三相PT中性点加装消谐器和采用4PT的方法。正常运行时，中性点加装消谐器使PT测量的***对地电压不准确，对***的保护装置有一定的影响。当发生非金属接地故障时，由于消谐器上将承受较大的电压，PT开口三角绕组输出电压的降低可能会导致零序保护不动作。而当发生金属性接地故障期间，消谐器长时间承受高电压，容易因过热而损坏，同时加在消谐器两端的高电压导致PT中性点电位大幅升高，威胁到PT的绝缘，容易导致PT绝缘击穿，扩大事故范围。而4PT法并不能完全消除谐振的发生，在一定的外界激励和参数匹配下，依然会发生铁磁谐振。并且随着配电网的扩大，对地电容的增大，4PT法更容易引发***的低频振荡，产生幅值较高的低频饱和电流。
发明内容
本发明专利的发明目的在于针对常用工程消谐措施的诸多缺陷，提供一种当配电网发生接地故障和断路器不同动作时，吸收叠加在PT励磁绕组中暂态能量，防止PT励磁绕组过饱和而引发铁磁谐振的配电网可控消谐装置。
实现上述目的采用以下技术方案：一种配电网可控消谐装置，其特征在于，该装置包括电流互感器、消谐电阻、可控硅开关和控制单元，控制单元包括电流继电器、放大器、减法器、自保持继电器、逻辑非和逻辑与门以及电流互感器TA二次回路断线闭锁单元；所述电流互感器串接在三相电磁式电压互感器PT一次绕组的中性点与消谐电阻之间，测量PT中性点电流，作为整个控制单元的输入量；所述可控硅开关与消谐电阻并联，控制消谐电阻的投切；所述电流互感器TA二次回路断线单元用来检测电流互感器TA的二次回路是否断线，若断线则输出高电平1信号，并发“TA二次回路断线”告警型号；所述装置中控制单元输出1和-1两种控制信号，分别控制可控硅开关的接通和关断，且当控制单元输出1信号时，同时发“PT励磁饱和”告警信号。
上述的配电网可控消谐装置中，电流继电器的整定值为0.1A～0.3A；放大器的增益为2；自保持继电器的整定值为10ms。消谐电阻为10kΩ～50kΩ。当三相PT中性点零序电流瞬时值大于电流继电器整定值时，电流继电器输出高电平1，否则输出0；当电流互感器二次回路正常运行时，闭锁单元输出低电平0，否则输出高电平1。
上述的配电网可控消谐装置的工作过程如下：
正常运行时，PT不饱和，PT中性点电流远小于电流继电器的整定值，电流继电器输出低电平0；电流二次回路正常运行时断线闭锁单元输出低电平0；两种输入信号分别经过逻辑非后相与输出高电平1；经过放大器和减法器后，输出高电平1，开通可控硅开关，短接消谐电阻，PT中性点直接接地。
当发生单相接地故障、接地故障消失以及断路器不同期分合闸时，***的暂态过程将产生暂态能量叠加在PT励磁绕组上，导致PT磁饱和，励磁电流增大，PT中性点电流瞬时值大于电流继电器的整定值，电流继电器输出高电平1；电流互感器二次回路正常运行输出低电平0；两信号分别经过逻辑非后相与，输出低电平0；经过放大器和减法器后，输出低电平-1，并保持10ms，使可控硅开关关断10ms，接入消谐电阻10ms，吸收PT上的暂态能量，使PT恢复到不饱和状态，并发出PT励磁饱和告警信息。此时，PT励磁绕组已恢复到不饱和状态，PT中性点电流值小于整定值，电流继电器不动作，整个控制单元输出高电平1，导通可控硅开关，使消谐电阻退出运行，三相PT中性点恢复直接接地运行方式。
当发生电流互感器二次电流回路断线故障时，断线闭锁单元输出高电平1，并发出告警信息；经过逻辑转换后，控制单元最终输出低电平-1，关断可控硅，使消谐电阻接入，防止在二次电流回路断线故障期间发生PT磁饱和时，可控硅开关不能正确动作、消谐电阻不能投入运行而导致铁磁谐振的发生。
采用上述技术方案，与现有技术相比具有以下优点：
1、正常运行时，本发明专利可控消谐装置中消谐电阻被短接，三相PT中性点直接接地，能够准确测量母线对地电压和零序电压。
2、发生单相接地故障瞬间、接地故障消失瞬间以及断路器不同期操作瞬间，本发明专利配电网可控消谐装置短时间投入消谐电阻，吸收PT励磁绕组上暂态能量，PT恢复正常运行后，立刻退出消谐电阻，在故障期间依然保持三相PT中性点直接接地，有利于故障期间准确测量母线对地电压和零序电压，保证测量的准确性。
3、本发明专利在故障发生期间消谐电阻的短时间投入，可以避免传统消谐器长时间接入导致PT中性点电位升高而威胁到PT绝缘。同时短时间投入消谐电阻，可以避免消谐器长期处于发热状态而损坏。
4、本发明专利通过自保持继电器使开关的状态保持10ms，可以防止当输入电流在整定值附近波动时输出不停地跳变，能避免可控硅开关和消谐电阻频繁动作。
5、本发明专利对提高配电网供电安全可靠性、保护动作可靠性、消除铁磁谐振等方面具有重要的意义。其实用性强，扩展性强，推广应用价值高。
下面通过附图和实施例，对本发明专利的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明专利的连接结构示意图。其中，1—三相电磁式电压互感器一次绕组；2—电流互感器；3—电流继电器；4—逻辑与门；5—放大器；6—减法器；7—自保持继电器；8—电流互感器TA二次回路断线闭锁单元；9—消谐电阻；10—可控硅开关。
图2为本发明进行的模拟10KV配电网发生单相接地故障后激发的铁磁谐振实验波形。其中，t1＝0.16s***发生B相母线金属性接地故障；t2＝0.915s单相接地故障消失；通道ch1表示A相PT一次绕组电流；通道ch2表示B相PT一次绕组电流；通道ch3表示C相PT一次绕组电流；通道ch4表示三相PT中性点零序电流。
图3为10KV配电网接入本发明专利一种配电网可控消谐装置后发生单相接地故障的消谐实验波形。其中，t1＝0.16s***B相母线金属性接地故障；t2＝0.915s单相接地故障消失；通道ch1表示A相PT一次绕组电流；通道ch2表示B相PT一次绕组电流；通道ch3表示C相PT一次绕组电流；通道ch4表示三相PT中性点零序电流。
具体实施方式
现结合附图对本发明专利的工作原理和工作过程作进一步说明：
假设电流继电器的整定值iset＝0.2A，消谐电阻R＝10kΩ；控制单元中放大器的增益K＝2；自保持继电器的整定值t＝10ms；图中iPT为三相PT中性点上的电流互感器测得的零序电流。
在***正常运行时，PT不饱和，PT中性点零序电流iPT为mA级别，远远小于0.2A，电流继电器不动作，输出低电平0；电流互感器二次回路正常运行时，其断线闭锁单元不动作，输出低电平0；将这两种信号进行逻辑非后送入逻辑与门，得到高电平1，而后经过放大器和减法器后，即经过y＝2x-1变换后，输出高电平1，使可控硅开关导通，短接消谐电阻，PT中性点直接接地。
当***发生单相接地故障、接地故障消失以及断路器不同期分合闸等现象时，***发生暂态过渡过程，过渡过程中产生的暂态能量将叠加在PT励磁绕组上，导致PT磁饱和，励磁电流增大，PT中性点电流瞬时值iPT大于0.2A，电流继电器输出高电平1；电流互感器二次回路正常运行时，断线闭锁单元输出低电平0；两信号分别经过逻辑非后相与，输出低电平0；经过放大器和减法器后，即经过y＝2x-1变换后，输出低电平-1；通过自保持继电器可以保持此-1信号10ms，使可控硅开关关断10ms，PT中性点经消谐电阻R接地。通过消谐电阻R吸收PT上的暂态能量，使PT励磁绕组由饱和状态恢复到不饱和状态，并发出PT励磁饱和告警信息；自保持继电器保持10ms后，重新接收由电流继电器输入的信号。此时，PT励磁绕组已恢复到不饱和状态，PT中性点电流值iPT小于0.2A，电流继电器不动作，输出低电平0，断线闭锁单元也输出低电平0，整个控制单元输出高电平1，导通可控硅开关，使消谐电阻退出运行，三相PT中性点直接接地，能准确测量出母线对地电压和零序电压。
当电流互感器二次电流回路发生断线故障时，断线闭锁单元输出高电平1，并发出告警信息；经过逻辑转换后，控制单元最终输出低电平-1，打开可控硅开关，使消谐电阻接入，防止在二次电流回路断线故障期间发生PT磁饱和时，可控硅开关不能正确动作、消谐电阻不能投入运行而导致铁磁谐振的发生。
以上所述，仅是本发明专利的较佳实施例，并非对本发明专利作任何限制，凡是根据本发明专利技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明专利技术方案的保护范围内。
Claims (2)
1.一种配电网可控消谐装置，其特征在于，该装置包括电流互感器TA( 2 )、消谐电阻( 9 )、可控硅开关( 10 )和控制单元，控制单元包括电流继电器( 3 )、放大器( 5 )、减法器( 6 )、自保持继电器( 7 )、逻辑非和逻辑与门( 4 )以及电流互感器TA二次回路断线闭锁单元( 8 )；所述电流互感器TA( 2 )串接在三相电磁式电压互感器PT一次绕组的中性点( 1 )与消谐电阻(9)之间，测量PT中性点上零序电流，作为整个控制单元的输入量；所述可控硅开关( 10 )与消谐电阻( 9 )并联，控制消谐电阻( 9 )的投切；所述电流互感器TA二次回路断线闭锁单元( 8 )用来检测电流互感器TA（2）的二次回路是否断线，若断线则输出高电平1信号，并发“TA二次回路断线”告警信号；所述装置中控制单元输出1和-1两种控制信号，分别控制可控硅开关( 10 )的导通和关断，且当控制单元输出-1信号时，发“PT励磁饱和”告警信号；正常运行时，控制单元输出高电平1，可控硅开关( 10 )闭合，消谐电阻( 9)被短接，PT三相中性点直接接地；当发生PT励磁绕组饱和，励磁电流急剧增大时，或TA二次回路断线时，控制单元输出低电平-1，短时关断可控硅开关( 10 )，PT三相中性点经消谐电阻( 9 )接地运行10ms，吸收PT中励磁涌流的暂态能量，抑制谐振的发生；10ms后重新检测PT上零序电流的大小，若零序电流小于电流继电器( 3 )整定值，则控制单元输出高电平1，导通可控硅开关( 10 )，PT中性点恢复直接接地方式；电流继电器( 3 )的整定值为0.1A～0 .3A；放大器( 5 )的增益为2；自保持继电器( 7 )的整定值为10ms；消谐电阻(9)为10kΩ～50kΩ。
2.根据权利要求1所述的配电网可控消谐装置，其特征在于，PT发生磁饱和时，关断可控硅开关10ms、投入消谐电阻10ms后，立即自动导通可控硅，短接消谐电阻。
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