CN109921404A - 一种可控电流源接地电流全补偿装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种可控电流源接地电流全补偿装置及方法，基于可控电流源实现接地电流全补偿，包括可控电流源，三相电源，对地分布电容，对地泄漏电阻，接地相对地阻抗。当用于中性点谐振接地***时，还包括补偿电感。具有简单明了，分析简便的特点，大大降低了采用可控电流源对接地故障电流全补偿分析的复杂性，应用于中性点不接地方式和中性点经消弧线圈接地的方式。通过对接地电流的全补偿，能达到完全熄灭电弧的目的，以解决现有技术中采用全补偿方式不能消除接地残流中的补偿和有功电流，进而无法实现对电力***零序电容电流的准确补偿，并且形成的全补偿装置复杂的问题。

Description

一种可控电流源接地电流全补偿装置及方法

技术领域

本申请涉及配电网接地故障全补偿技术领域，尤其涉及一种可控电流源接地全补偿分析装置及方法。

背景技术

电网中中性点接地是指三相交流电力***中中性点与大地之间的电气连接，即中性点电位固定为地电位。电力***根据中性点是否有效接地划分为大电流接地***，即中性点的有效接地***，以及小电流接地***，即中性点非有效接地***。在小电流接地***中，当发生单相接地故障时，由于中性点非有效接地，故障点不会产生大的短路电流，因此能够允许电力***在短时间内带故障运行，进而电力***能够减少用户停电时间，提高供电可靠性。

小电流接地***包括中性点不接地方式或中性点经消弧线圈接地方式。中性点不接地运行时，当***电容电流超过5A，接地电弧无法自动熄灭，人员安全和运行安全均无法保障。中性点消弧线圈接地方式下，接地电弧由于消弧线圈补偿的无功电流作用，部分可自动熄灭，但是消弧线圈仅能补偿无功电流，补偿后仍存在接地残流。残流包含一定的过补偿感流和有功电流，仍存在人员触电风险。但是现有技术中采用全补偿方式不能消除接地残流中的补偿和有功电流，进而无法实现对电力***零序电容电流的准确补偿，并且形成的全补偿装置复杂。

发明内容

本申请提供了一种可控电流源接地电流全补偿装置及方法，以解决现有技术中采用全补偿方式不能消除接地残流中的补偿和有功电流，进而无法实现对电力***零序电容电流的准确补偿，并且形成的全补偿装置复杂的问题。

一种可控电流源接地电流全补偿装置，所述可控电流源接地全补偿***包括可控电流源、三相电源、对地分布电容、对地泄漏电阻和接地相对地阻抗；

所述三相电源与所述可控电流源并联；

所述对地分布电容、所述对地泄漏电阻和所述接地过滤电阻并联；

所述对地分布电容、所述对地泄漏电阻和所述接地过滤电阻的并联阻抗设置为接地相对地阻抗；

所述接地相对地阻抗与所在支路的三相电源串联；

所述可控电流源接地电流全补偿***中同一线路与所述三相电源对称回路上空负载；

所述三相电源为理想对称电源；

所述三相电源仅包含正序。

进一步地，所述可控电流源接地全补偿***用于中性点不接地方式。

进一步地，所述可控电压源接地全补偿***用于中性点经消弧线圈接地方式；

所述中性点通过补偿电感接地。

进一步地，所述可控电流源接地电流全补偿方法包括：

寻找接地故障相；

对所述故障相对应回路列KVL和KCL方程；

指定所述故障相对应接地相对地阻抗的电流为零；

解KVL和KCL方程得到实现全补偿对应可控电流源需要输出的电流。

进一步地，所述可控电流源接地电流全补偿方法还包括：

解KVL和KCL方程得到是实现全补偿对应可控电流需要输出的电流后，完成对接地故障相的全补偿；

检测故障相线路上的残流；

当所述残流大于设定电流时，对所述故障相线路的残流进行再次全补偿，直至全补偿后检测到的故障相线路上的残流小于或等于所述设定的电流值。

进一步地，所述全补偿后计算到的故障相上的残流包括：基波有功分量、基波无功分量、谐波分量、零序分量和负序分量。

进一步地，所述残流大于设定的电流为：残流中的所有分量的均方根值大于设定的电流。

本申请的有益效果是：

由以上技术方案可知，本申请提供了一种可控电流源接地电流全补偿装置及方法，基于可控电流源实际接地电流全补偿，包括可控电流源，三相电源，对地分布电容，对地泄漏电阻，接地相对地阻抗。当用于中性点谐振接地***时，还包括补偿电感。具有简单明了，分析简便的特点，大大降低了采用可控电流源对接地故障电流全补偿分析的复杂性，应用于中性点不接地方式和中性点经消弧线圈接地的方式。根据接地故障电流不能在***三相负载间流动的特点，简化回路忽略了***三相对称负载。本发明具有回路简单、分析过程清晰明了，使用于单相接地故障全补偿用可控电流源的计算分析。通过对接地电流的全补偿，能达到完全熄灭电弧的目的，以解决现有技术中采用全补偿方式不能消除接地残流中的补偿和有功电流，进而无法实现对电力***零序电容电流的准确补偿，并且形成的全补偿装置复杂的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一种用于中性点不接地方式的可控电流源接地故障电流全补偿装置的电路图；

图2为本申请一种用于中性点经消弧线圈接地方式的可控电流源接地故障电流全补偿装置的电路图；

图3为本申请一种可控电流源接地故障电流全补偿方法的流程示意图。

具体实施方式

这里将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。

实施例一：

参见图1，为本申请一种用于中性点不接地方式的可控电流源接地故障电流全补偿装置的电路图；配电网变压器的二次侧连接多条线路，每条线路用于检测各分段单相故障电流的配电终端，每个配电终端对应有用电用户。

一种可控电流源接地电流全补偿装置，用于中性点不接地方式，所述可控电流源接地全补偿***包括可控电流源1、三相电源2、对地分布电容3、对地泄漏电阻4和接地相对地阻抗5；

所述三相电源2与所述可控电流源1并联；

所述对地分布电容3、所述对地泄漏电阻4和所述接地过滤电阻7并联；

所述对地分布电容3、所述对地泄漏电阻4和所述接地过滤电阻7的并联阻抗设置为接地相对地阻抗5；

所述接地相对地阻抗5与所在支路的三相电源2串联；

所述可控电流源接地电流全补偿***中同一线路与所述三相电源2对称回路上空负载；

所述三相电源2为理想对称电源；

所述三相电源2仅包含正序。

根据接地故障电流不能在***三相负载间流动的特点，简化回路忽略了***三相对称负载。中性点不接地***，各相对地电容电流的数值相而相位相差120°，其向量和等于零，地中没有电容电流通过，中性点对地电位为零，即中性点与地电位一致，这时中性点接地与否对各相对地电压没有任何影响。可是，当中性点不接地***的各相对地电容不相等时，及时在正常运行状态下，中性点对地电位便不再是零，通常此情况称为中性点位移即中性点不再是地电位了。出现这种现象多是由于架空线路排列不对称而换位不完全的缘故造成的。

在中性点不接地的三相***中，当一相发生接地时，一是未接地两项的对地电压升高，即等于线电压，所以这种***中，相对地的绝缘水平应该根据线电压来设计。而是各相间的电压大小和相位仍然不变，三相***的平衡没有遭到破坏，因此可继续运行一段时间，这是这种***的最大优点。但是不允许长时间运行，尤其是发电机直接供电的电力***，因为未接地，相对低电压升高至线电压，一相基地运行时间过长可能会造成两相短路。所以在这种***一般应装设绝缘监视或接地保护装置。当发生单相接地故障时发出信号，使得纸板人员迅速采取措施，尽快消除故障。一相接地***允许继续云顶的时间，最长不超过2h。三是接地点的通过的电流为电容性的，其大小为原来相对地电容的3倍，这种电容电流不容易熄灭，可能会在接地点引起弧光放电，周期性的熄灭和重新发生电弧，弧光接地的持续间歇性电弧比较危险，可能引起线路的谐振现场二产生过电压，损坏电气设备或发展成相间短路。因此，在这种***中，若接地电流大于5A时，发电机、变压器和电动机都会装设动作于跳闸的基地保护装置。

实施例二：

参见图2为本申请一种用于中性点经消弧线圈接地方式的可控电流源接地故障电流全补偿装置的电路图。一种可控电流源接地电流全补偿装置，用于中性点经消弧线圈接地方式，所述可控电流源接地全补偿***包括可控电流源1、三相电源2、对地分布电容3、对地泄漏电阻4和接地相对地阻抗5；

所述三相电源2与所述可控电流源1并联；

所述对地分布电容3、所述对地泄漏电阻4和所述接地过滤电阻7并联；

所述对地分布电容3、所述对地泄漏电阻4和所述接地过滤电阻7的并联阻抗设置为接地相对地阻抗5；

所述接地相对地阻抗5与所在支路的三相电源2串联；

所述可控电流源接地电流全补偿***中同一线路与所述三相电源2对称回路上空负载；

所述三相电源2为理想对称电源；

所述三相电源2仅包含正序；

所述中性点通过补偿电感6接地。

中性点经消弧线圈接地的三相***，上面所将中性点不接地三相***，在发生单相接地故障时虽然还可以继续供电，但在单相接地故障电流较大时，如35kV***大于10A时，10kV大于30A时，就无法继续供电。为了克服这个缺陷，便出现经消弧线圈接地的方式。目前在35kV电网***中，通常采用这种中性点经消弧线圈接地的方式。

消弧线圈是一个具有铁芯的可调电感线圈，装设在变压器或发电机的中性点。当发生单相接地故障时，可形成一个与接地电容电流大小接近相等而方向相反的电感电流，这个之后电压90°的电感电流与超前电压90°的电容电流相互补偿，最后使流经接地出的电流变得多很小以至等于零，从而消除了接地出的电弧以及由它可能产生的危害。当电容电流等于电感电流的时候称为全补偿，当电容电流大于电感电流的时候称为欠补偿，当电容电流小于电感电流的时候成为过补偿。一般都采用过补偿，这样消弧线圈有一低昂的裕度，不至于发生谐振产生过电压。当用于中性点谐振接地***时，还包括补偿电感。具有简单明了，分析简便的特点，大大降低了采用可控电流源对接地故障电流全补偿分析的复杂性，应用于中性点不接地方式和中性点经消弧线圈接地的方式。根据接地故障电流不能在***三相负载间流动的特点，简化回路忽略了***三相对称负载。本发明具有回路简单、分析过程清晰明了，使用于单相接地故障全补偿用可控电流源的计算分析。通过对接地电流的全补偿，能达到完全熄灭电弧的目的，以解决现有技术中采用全补偿方式不能消除接地残流中的补偿和有功电流，进而无法实现对电力***零序电容电流的准确补偿，并且形成的全补偿装置复杂的问题。

实施例三：

参见图3为本申请一种可控电流源接地故障电流全补偿方法的流程示意图。

一种可控电流源接地电流全补偿方法，所述可控电流源接地电流全补偿方法包括：

寻找接地故障相；

对所述故障相对应回路列KVL和KCL方程；

指定所述故障相对应接地相对地阻抗5的电流为零；

解KVL和KCL方程得到实现全补偿对应可控电流源需要输出的电流。

实时检测配电网的中性点位移电压以及三相电压并获取电压幅值和相位；判断中性点位移电压的幅值变化量是否超过预设阈值，如果超过预设阈值，则判定发生接地故障。对故障时刻的三相电压与前一周波的三相电压进行对比，在中性点不接地或消弧线圈状态下，某一相电压在故障后的电压幅值小于故障前电压的幅值、且故障后该相电压相位超过故障超前电压相位，则判定该相为故障相；在消弧线圈过补偿接地状态下，若某一相电压在故障后电压幅值小于故障前电压的幅值，且故障后该相电压相位滞后于故障前电压相位，则判断该相位故障相；在消弧线圈全补偿状态下，若某一相电压在故障电压幅值小于故障前电压的幅值，则非故障相电压幅值大于相应相故障前的电压幅值，则判定该相位故障相。

对于，中性点不接地***，在补偿阶段，对各条线路零序电流波形进行两两相似度分析，得到一个相似度系数矩阵，将系数矩阵每一行求和，得到一系列综合相似系数值，则最小综合相似度所对应的线路即为故障线路。从而，通过上述方式寻找接地故障相。

对于，中性点经消弧线圈***，在电网正常运行时，调节消弧线圈的参数，测量并记录调节参数前后电网零序电压和所有馈线的零序电流，根据测量的零序电压和馈线零序电流数据计算各馈电的绝缘参数；当电网故障，消弧线圈调节至全补偿状态后在此测量电网零序电压和各馈线的零序电流，根据故障前后的零序电压和馈线电流信号再次计算各馈线的绝缘参数，则绝缘参数变化的馈线为故障线。从而，通过上述方式寻找接地故障相。

当发生单相接地故障后，在补偿阶段线路零序电流存在明显特征，明显特征是非故障线路零序电流大小和方向均没有发生变化，而故障线路的幅值、相位均会发生变化。

通过指定流过故障相对应接地相对地阻抗5的电流为零，解方程得到全补偿时，可控电流源需要输出的电流。

KCL和KVL是独立方程是所述电路分析的一般方法，是指求解任何电流，特别是复杂电流中各支路电流和电压的普遍方法。一个n个节点6条支路的电路，就有6个支路电压和6个支路电流需要求解，即共有26个待求变量。这就需要列出以6个支路电流和6个支路电压为变量的26个独立的电路方程。以直流电流为变量，应用KCL对n个节点可以列出(n-1)个独立的节点电流方程。而且是任意(n-1)个节点电路方程。所谓独立节点方程，就是任一方程都不可能为其他方程用线性表示，即对节点依次列出KCL电流方程时，必须使新方程中至少包含一个新的支路电流。然而，(n-1)独立的节点电流方程不能求解出6个支路电流。所以这(n-1)个独立的节点电流方程是不完备的。再以6个支路电压为变量，应用KVL对电路中的闭合回路列出b-(n-1)个独立的KVL电压方程。这些电压方程，每一个只要都包含有一个新的支路电压，保证了方程的独立性。然而b-(n-1)个独立的电压方程，不能求解出6个支路电压变量。所以，b-(n-1)个独立电压方程是不完备的，上述以支路电流和支路电压为变量列出独立方程，共有[(n-1)+b-(n-1)]＝6，即共有6个独立电路方程，不能求解出26个电路变量。为了求解出26个独立变量，对于给定电路结构和元件参数的电路，可再以支路电流和支路电压为变量，列出6个支路与支路电流关系的支路VAR方程，这6个支路VAR方程是队里的电路方程。因此，(n-1)个独立节点电流方程，b-(n-1)个独立回路电压方程和6个支路伏安关系方程，共有26个独立的待求支路电流和支路电压变量。

实施例四：

所述可控电流源接地电流全补偿方法还包括：

解KVL和KCL方程得到是实现全补偿对应可控电流需要输出的电流后，完成对接地故障相的全补偿；

检测故障相线路上的残流；

当所述残流大于设定电流时，对所述故障相线路的残流进行再次全补偿，直至全补偿后检测到的故障相线路上的残流小于或等于所述设定的电流值。

配电网变压器的二次侧连接多条线路，每条线路用于检测各分段单相故障电流的配电终端，每个配电终端对应有用电用户。当进行一次全补偿后，故障相上的残流大于设定电流时，即为人体安全电流时，通过可控电流源进行第二次补偿、第三次补偿等，直至全补偿后检测到的故障相线路上的残留小于或等于所述设定的电流值。通过线路各线路电气量，在继电保护动作前，可控电流源检测补偿故障相全电气量，降低故障点残流，提高电气设备运行安全性、可靠性以及人身财产安全性。

所述全补偿后计算到的故障相上的残流包括：基波有功分量、基波无功分量、谐波分量、零序分量和负序分量。所述残流大于设定的电流为：残流中的所有分量的均方根值大于设定的电流。

当进行一次全补偿后，将故障相线路中剩余故障电流的基波有功分量、基波无功分量、零序分量、负序分量以及谐波分量的均方根值，与设定值进行比较，基波有功分量、基波无功分量、零序分量、负序分量以及谐波分量的均方根值大于设定电流时，可控电流源进行第二次补偿、第三次补偿等，直至全补偿后检测到的故障相线路上的残留小于或等于所述设定的电流值。

由以上技术方案可知，本申请提供了一种可控电流源接地电流全补偿装置及方法，基于可控电流源实际接地电流全补偿，包括可控电流源1，三相电源2，对地分布电容3，对地泄漏电阻4，接地相对地阻抗5。当用于中性点谐振接地***时，还包括补偿电感6。具有简单明了，分析简便的特点，大大降低了采用可控电流源对接地故障电流全补偿分析的复杂性，应用于中性点不接地方式和中性点经消弧线圈接地的方式。根据接地故障电流不能在***三相负载间流动的特点，简化回路忽略了***三相对称负载。本发明具有回路简单、分析过程清晰明了，使用于单相接地故障全补偿用可控电流源的计算分析。通过对接地电流的全补偿，能达到完全熄灭电弧的目的，以解决现有技术中采用全补偿方式不能消除接地残流中的补偿和有功电流，进而无法实现对电力***零序电容电流的准确补偿，并且形成的全补偿装置复杂的问题。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种可控电流源接地电流全补偿装置，其特征在于，所述可控电流源接地全补偿***包括可控电流源1、三相电源2、对地分布电容3、对地泄漏电阻4和接地相对地阻抗5；

所述三相电源2与所述可控电流源1并联；

所述对地分布电容3、所述对地泄漏电阻4和所述接地过滤电阻7并联；

所述对地分布电容3、所述对地泄漏电阻4和所述接地过滤电阻7的并联阻抗设置为接地相对地阻抗5；

所述接地相对地阻抗5与所在支路的三相电源2串联；

所述可控电流源接地电流全补偿***中同一线路与所述三相电源2对称回路上空负载；

所述三相电源2为理想对称电源；

所述三相电源2仅包含正序。

2.如权利要求1所述的可控电流源接地电流全补偿***，其特征在于，所述可控电流源接地全补偿***用于中性点不接地方式。

3.如权利要求1所述的可控电流源接地电流全补偿***，其特征在于，所述可控电压源接地全补偿***用于中性点经消弧线圈接地方式；

所述中性点通过补偿电感6接地。

4.一种可控电流源接地电流全补偿方法，其特征在于，所述可控电流源接地电流全补偿方法包括：

寻找接地故障相；

对所述故障相对应回路列KVL和KCL方程；

指定所述故障相对应接地相对地阻抗5的电流为零；

解KVL和KCL方程得到实现全补偿对应可控电流源需要输出的电流。

5.如权利要求4所述的可控电流源接地电流全补偿方法，其特征在于，所述可控电流源接地电流全补偿方法还包括：

解KVL和KCL方程得到是实现全补偿对应可控电流需要输出的电流后，完成对接地故障相的全补偿；

检测故障相线路上的残流；

当所述残流大于设定电流时，对所述故障相线路的残流进行再次全补偿，直至全补偿后检测到的故障相线路上的残流小于或等于所述设定的电流值。

6.如权利要求5所述的可控电流源接地电流全补偿方法，其特征在于，所述全补偿后计算到的故障相上的残流包括：基波有功分量、基波无功分量、谐波分量、零序分量和负序分量。

7.如权利要求5所述的可控电流源接地电流全补偿方法，其特征在于，所述残流大于设定的电流为：残流中的所有分量的均方根值大于设定的电流。