李敬賓,覃日升,楊贊超,梁兆文

(1.云南電網(wǎng)公司迪慶供電局,云南 迪慶 674400；2.云南電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院,昆明 650217；3.華南理工大學(xué),廣州 510641)

新式測量對地電容方法的消弧線圈

李敬賓1,覃日升2,楊贊超3,梁兆文3

(1.云南電網(wǎng)公司迪慶供電局,云南 迪慶 674400；2.云南電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院,昆明 650217；3.華南理工大學(xué),廣州 510641)

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地運(yùn)行的電力系統(tǒng),對地電容的準(zhǔn)確度直接影響到電網(wǎng)的補(bǔ)償效果。當(dāng)前,廣泛應(yīng)用的調(diào)容式消弧,通常采用兩點(diǎn)法測量對地電容值。當(dāng)取消阻尼電阻后,為了準(zhǔn)確測試對地電容,要求檔位調(diào)節(jié)接近諧振點(diǎn),必然造成中性點(diǎn)電壓偏移較大,影響到配網(wǎng)的供電質(zhì)量。為了解決該技術(shù)難題,本文提出了改進(jìn)測量對地電容的方法,通過消弧線圈在二次側(cè)注入特殊頻率信號,可達(dá)到準(zhǔn)確測量對地電容的效果。

消弧線圈；注入法；電容

0 前言

接地運(yùn)行的電力系統(tǒng),采用預(yù)調(diào)式補(bǔ)償方式時(shí),一般是先測量線路對地電容,再調(diào)節(jié)消弧線圈電感大小,使電網(wǎng)運(yùn)行在過補(bǔ)償下脫諧度8%～20%的狀態(tài)。目前通常采用的測量對地電容的方法,一般是調(diào)節(jié)消弧線圈電感大小的檔位,通過中性點(diǎn)電流、電壓變化的關(guān)系,計(jì)算出對地電容大小。測量過程中為保證精度,一般需要中性點(diǎn)電壓發(fā)生較大變化,影響了電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

注入信號法是一種對電網(wǎng)影響較小的測量線路對地電容方法,但其需要的硬件電路結(jié)構(gòu)較通常所用方法 (如兩點(diǎn)法)復(fù)雜。本文目的提出一種切實(shí)可行特殊頻率注入法,并通過仿真分析,以解決目前消弧線圈在調(diào)諧過程中可能造成中性點(diǎn)電壓波動較大的問題。

1 調(diào)容式消弧線圈結(jié)構(gòu)

調(diào)容式消弧線圈具有動作速度快、調(diào)節(jié)檔位多、補(bǔ)償精度高等特點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)接地運(yùn)行中。調(diào)容式消弧線圈通過在繞組上增加一個(gè)二次繞組,二次繞組上帶有相互并聯(lián)的多個(gè)電容值大小不同的電容器,每個(gè)電容器通過電力電子開關(guān)控制其通斷。通過不同電容值的電容器投切的組合,以達(dá)到使消弧線圈整體感抗呈現(xiàn)不同的數(shù)值。其原理如圖1所示。

圖1 調(diào)容式消弧線圈原理圖

圖中各電容器采用一組相互反并聯(lián)晶閘管控制投切。電容器電容量可按二進(jìn)制配置,4組電容有16種組合,故消弧線圈有16個(gè)大小不同的檔位,原邊即可實(shí)現(xiàn)16級調(diào)感；依此類推5組電容器則有32級；6組電容器則有64級等多種組合,即可實(shí)現(xiàn)多級精密調(diào)感,從而達(dá)到多級差電流精密調(diào)節(jié)補(bǔ)償電流的效果。

2 基于調(diào)容式消弧線圈信號注入法

調(diào)容式消弧線圈二次側(cè)帶有電容器,可在二次側(cè)注入特殊頻率的信號來測量線路對地電容。如下圖2所示,電網(wǎng)經(jīng)接地變引出中性點(diǎn),中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地,消弧線圈二次側(cè)帶有電容器組,同時(shí),一直流電源經(jīng)逆變電路接入到二次側(cè)?？刂颇孀冸娏鞯挠|發(fā)角,即可產(chǎn)生非50 Hz頻率的電壓信號。該特殊頻率信號通過消弧線圈鐵芯耦合到一次側(cè),經(jīng)電網(wǎng)和大地形成零序回路?？稍谥行渣c(diǎn)的電壓互感器PT經(jīng)濾波后測出該特殊頻率電壓大小UNx1,然后在中性點(diǎn)接地的電流互感器經(jīng)濾波后測出該特殊頻率電流大小INx1?？砂匆韵鹿角蟮脤Φ仉娙荩?/p>

注意到消弧線圈實(shí)際上可看作自耦變壓器,因此測量時(shí)應(yīng)注意到電流互感器CT的位置測量的是一次側(cè)電流,而非一、二次側(cè)電流之和。

也可通過測量二次側(cè)處特殊頻率的電壓電流大小UNx2、INx2,再通過消弧線圈的變比計(jì)算出一次側(cè)的UNx1、INx1,然后按式 (1)計(jì)算。

圖2 信號注入法消弧線圈設(shè)計(jì)原理

逆變器可通過PWM方式來控制,產(chǎn)生幅值大小合適的非50 Hz的交流電壓。而直流電源則可由多種方式獲得,包括采用對220 V交流整流獲得,或者用信號發(fā)生器獲得等。

信號注入法具有較高的準(zhǔn)確性,然而信號注入法同樣存在缺點(diǎn)。在不同的場合根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際情況需要調(diào)整注入信號的幅值大小,也就是說針對不同的工作環(huán)境信號幅值大小可能會有一定差異。因此,當(dāng)電網(wǎng)運(yùn)行方式發(fā)生變化時(shí),信號幅值應(yīng)自動適應(yīng)電網(wǎng)運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)整,否則,有可能由于出現(xiàn)信號幅值過小而無法有效檢測出來的情況。

3 仿真分析

通過直流電壓逆變的方式獲得30 Hz的交流正弦電源,使用PWM方式控制各IGBT的觸發(fā)角。該30 Hz交流電壓通過消弧線圈6 062：690的變比耦合到一次側(cè)后大小約為60 V,即二次測加在可調(diào)電容的30 Hz電壓約為6.8 V。這個(gè)30 Hz的低電壓信號也可以考慮用波形發(fā)生器等電子裝置產(chǎn)生,但此時(shí)需考慮一次側(cè)出現(xiàn)高壓時(shí)對二次側(cè)帶來的影響。

根據(jù)實(shí)際中對某一型號的調(diào)容式消弧線圈的調(diào)查分析,仿真中將消弧線圈一次側(cè)電感值取0.117 3 H,二次側(cè)電容取3 000 μF,工頻50 Hz下消弧線圈阻抗為66.39 Ω。輸電線路對地總電容合計(jì)為43.89 μF。在50 Hz情況下,脫諧度約為-0.099 8,即10%左右。使用PSCAD進(jìn)行仿真,仿真原理如圖3。

圖3 消弧線圈注入法仿真原理圖

仿真中將直流電壓通過PWM變頻技術(shù)變?yōu)?0 Hz交流電壓。所得的注入電壓波形見圖4。

圖4 中性點(diǎn)電壓波形圖

測出流過的對地電容電流為的電流波形見圖5。

圖5 流過中性點(diǎn)電流波形圖

電壓和電流均具有較大的高頻成分。將電流、電壓波形連續(xù)通過3個(gè)5階串聯(lián)的切比雪夫?yàn)V波器對中性點(diǎn)電壓波形和電流波形進(jìn)行低通濾波,中心頻率選為40 Hz。關(guān)于數(shù)字濾波方法,詳見文獻(xiàn) [3]。

圖6 濾波后中性點(diǎn)電壓波形圖及其有效值

圖7 濾波后流過中性點(diǎn)電流波形圖及其有效值

由圖6、圖7可見,50 Hz的工頻分量明顯被過濾去。除去因仿真初始造成的暫態(tài)過程外,濾波后的中性點(diǎn)電壓與電流十分接近正弦波,其有效值也穩(wěn)定,基本上在0.2 s后為一直線。線路對地電容C等于特殊頻率信號電流有效值除以電壓有效值再除以特殊信號的角頻率。設(shè)濾波后30 Hz信號的電壓有效值為IN30,電壓有效值為UN30,角頻率ω=2πf=60π rad/s,

利用PSCAD將30 Hz信號的電壓有效值除以電壓有效值,再乘上相應(yīng)的系數(shù),得到的輸出結(jié)果如圖8。

圖8 線路對地電容C的大小

由圖8可以看出,除去前0.2 s仿真過程不穩(wěn)定的暫態(tài)過程后,線路對地電容C基本穩(wěn)定在43.2 μF附近。仿真結(jié)果與估計(jì)值43.89 μF較為接近。仿真結(jié)果是合理的,仿真表明該方法具有可行性。

4 結(jié)束語

本文提出的一種針對調(diào)容式消弧線圈的注入特殊頻率信號法來測量線路對地電容的方法。該方法通過在調(diào)容式消弧線圈二次側(cè)注入不同于工頻頻率的電源,測量其在中性點(diǎn)產(chǎn)生的特殊頻率電壓和電流,可準(zhǔn)確測出線路對地電容。與目前大多數(shù)通過改變中性點(diǎn)阻抗來測量線路對地電容的方法相比,可有效避免測試對地電容時(shí),引起電網(wǎng)的相電壓波動頻繁波動,從而提高了電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

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Research on New Measurement of Capacitance Method with Arc Suppression Coil

LI Jingbin1,QIN Risheng2,YANG Zanchao3,LIANG Zhaowen2
(1.Yunnan Diqing Power Supply Bureau,Diqing,Yunnan 674400,China；2.Yunnan Electric Power Research Institute,Kunming 650217,China；3.South China University of Technology,Guangzhou 510641,China)

In distribution power systems,the effect of arc suppression coil on distribution would be affect by degree of accuracy of measure of line-to-earth capacitance.However,many methods of measure via changing impedance between neutral point and ground,will lead to fluctuation of neutral point voltage and not benefit for stability of power system.This paper raises a method via injecting variable-frequency signal to detect the distribution network line-to-earth capacitance accurately.

arc suppression coil；injection method；capacitance

TM85

B

1006-7345(2015)01-0075-03

2014-09-17

李敬賓 (1986),男,工程師,云南電網(wǎng)公司迪慶供電局,從事無功電壓管理方向工作 (e-mail)43782723＠qq.com。

覃日升 (1976),男,碩士,高級工程師,云南電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院,從事電能質(zhì)量分析方向工作 (e-mail)jx780531＠126.com。

楊贊超 (1990),男,碩士研究生,華南理工大學(xué),研究方向?yàn)殡姽だ碚撆c新技術(shù) (e-mail)zanchaoyang＠163.com。