周 銳,夏俊雅,鄭安豫,侯宜祥

(1.安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電力工程系,安徽省合肥市包河區(qū)包河大道56號(hào) 230051;2.中國建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)安徽有限公司,安徽省合肥市包河區(qū)望江東路60號(hào) 230051;3.安徽省電力公司 培訓(xùn)中心,安徽省合肥市包河區(qū)包河大道56號(hào) 230051)

目前常用的對(duì)地電容電流的檢測(cè)方法有極值法[8]、注入信號(hào)法[9]、阻抗三角形法[10]、偏置法[11-12]等。注入法通過在母線電壓互感器三角形側(cè)或者消弧線圈內(nèi)的電壓互感器中注入高次諧波,根據(jù)注入信號(hào)的頻率和反饋信號(hào)的頻率,例如是否諧振,再根據(jù)相關(guān)的計(jì)算原理,得到對(duì)地電容電流。根據(jù)注入信號(hào)的頻率劃分,可以分為單頻法、雙頻法、三頻法、掃頻法。該方法會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成諧波污染,測(cè)量復(fù)雜,測(cè)量結(jié)果依賴諧波頻率的選取,測(cè)量過程也比較復(fù)雜[13-14]。極值法、阻抗法等需要多次調(diào)節(jié)中性點(diǎn)導(dǎo)納等參數(shù),達(dá)到全補(bǔ)償狀態(tài),一方面需要反復(fù)調(diào)節(jié)消弧線圈原件參數(shù),影響設(shè)備使用,另一方面通過調(diào)節(jié)使系統(tǒng)達(dá)到全補(bǔ)償,部分元件諧振,對(duì)設(shè)備不利,并且這些方法的測(cè)量精度與多種因素有關(guān),制約因素較多。除此之外如果系統(tǒng)不平衡度較低,消弧線圈端電壓小,測(cè)量值存在非線性失真問題[15]。

文中對(duì)配電網(wǎng)中低壓系統(tǒng),中性點(diǎn)采用經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng),提出一種通過對(duì)中性點(diǎn)隔離開關(guān)斷開后,測(cè)量暫態(tài)過程得到對(duì)地電容電流方法。測(cè)量過程需要斷開中性點(diǎn)隔離開關(guān),通過測(cè)量中性點(diǎn)隔離開關(guān)斷開前電壓、電流的值,中性點(diǎn)斷開后時(shí)間常數(shù)與中性點(diǎn)穩(wěn)態(tài)電壓,計(jì)算系統(tǒng)對(duì)地電容的值。該方法不會(huì)對(duì)系統(tǒng)引入諧波,不需要反復(fù)調(diào)節(jié)消弧線圈參數(shù),中性點(diǎn)是否并聯(lián)導(dǎo)納對(duì)測(cè)量方法沒有影響,測(cè)量過程中需要斷開中性點(diǎn)隔離開關(guān),在過電壓允許的情況下,對(duì)系統(tǒng)影響比較小。文中選取符合電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行的案例,應(yīng)用Matlab軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證,通過仿真結(jié)果與案例結(jié)果對(duì)比,得到該測(cè)量方法是否可行。文中提出的測(cè)量方法簡單,測(cè)量用時(shí)較短,測(cè)量信號(hào)容易取得,測(cè)量裝置簡單、經(jīng)濟(jì)性較好,對(duì)一次系統(tǒng)影響較小,測(cè)量精度滿足工程需要,是一種可靠、實(shí)用、具有工程實(shí)際意義的對(duì)地電容電流檢測(cè)方法。

1 測(cè)量原理與參數(shù)選擇

1.1 基本原理

圖1 中性點(diǎn)諧振基本原理圖Fig.1 Basic schematic diagram of neutral point resonance

圖2 電壓源到電流源變換圖Fig.2 Transformation diagram from voltage source to current source

圖3 化簡后的電路圖Fig.3 Simplified circuit diagram

(1)

(2)

斷開QF,對(duì)QF右側(cè)電路列寫KCL方程:

(3)

(3)式中Im和φi分別為電流源的幅值和初相角。

G∑Umcos(ωt+θ)-ωC∑Umsin(ωt+θ)

=Imcos(ωt+φi)

(4)

(4)式可以變換為:

Um|Y|cos(ωt+θ+φ)=Imcos(ωt+φi)

(5)

方程特解為:

(6)

方程通解為:

(7)

代入初始條件,UC(0+)=UC(0-):

(8)

(9)

從而求得方程通解為:

(10)

中性點(diǎn)電壓在開關(guān)斷開后電壓為(10)式。

(11)

(12)

GG相對(duì)與YL小的多,可以忽略,取模長。對(duì)方程(2)等號(hào)兩側(cè)取模長。

(13)

(14)

(15)

取其中的正實(shí)根。

計(jì)算得到三相總電容C∑,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí),為了減少接地點(diǎn)故障殘留采用消弧線圈補(bǔ)償,補(bǔ)償電流為:

IC=ωC∑U0

(16)

(16)式中,U0為故障時(shí)接地點(diǎn)的零序電壓。U0隨著接地故障點(diǎn)的過渡電阻及系統(tǒng)的運(yùn)行電壓變化,IC隨之變化。

如果忽略過渡電阻,假設(shè)系統(tǒng)的額定電壓等于運(yùn)行電壓,則系統(tǒng)對(duì)地電容電流為額定對(duì)地電容電流。

ICN=ωCUφN

(17)

(17)式中UφN為系統(tǒng)的額定相電壓。消弧線圈上銘牌上,各擋位標(biāo)注的對(duì)應(yīng)的電感電流,既用額定電壓計(jì)算的能夠補(bǔ)償?shù)闹?與(17)式對(duì)應(yīng)。

測(cè)量過程為:斷開QF前測(cè)量中性點(diǎn)零序電流、零序電壓,記錄中性點(diǎn)接地回路參數(shù)的值,斷開QF,根據(jù)錄波讀取衰減時(shí)間常數(shù)τ和穩(wěn)態(tài)電流、電壓值,代入(14)式計(jì)算對(duì)地電容值。該算法在計(jì)算過程中沒有用到消弧線圈并聯(lián)的阻尼電阻,消弧線圈是否串聯(lián)阻尼電阻對(duì)計(jì)算無影響,解決了阻抗三角法、偏置法計(jì)算對(duì)阻尼的依賴問題。

1.2 參數(shù)的選擇

據(jù)1.1測(cè)量電容的基本原理,斷開QF,根據(jù)斷開前后中性點(diǎn)的電流、電壓,以及過渡過程直流分量衰減時(shí)間,計(jì)算系統(tǒng)對(duì)地電容電流的大小。該方法中,需要選擇斷開諧振接地阻尼回路,斷開中性點(diǎn)隔離開關(guān)對(duì)電路有一定影響,斷開中性點(diǎn)隔離開關(guān)的條件是,中性點(diǎn)電壓位偏移小于20%。

分析(10)式自由分量與開關(guān)閉合的時(shí)刻有關(guān)。

2.8 其他 某些激素如腎上腺皮質(zhì)激素、甲狀腺激素、胃腸激素等水平不足也會(huì)引起食欲減退，甚至厭食。夏季氣溫高、濕度大，可影響胃腸功能、消化液的分泌和消化酶的活性而引起食欲不振，又將此特稱為夏季厭食癥。另外，有研究[18]表明，厭食癥患兒常合并睡眠障礙，二者相互制約、相互依賴、相互影響。

如果開關(guān)斷開時(shí),

(18)

則沒有過渡過程,無法得到時(shí)間常數(shù),文中測(cè)量方法失效。所以應(yīng)用該測(cè)量方法開關(guān)斷開需要躲開符合(18)式的時(shí)刻。

2 仿真計(jì)算

選取符合我國電網(wǎng)實(shí)際情況的實(shí)例,某10kV實(shí)際電網(wǎng)系統(tǒng),變壓器帶4條出線,2條架空線路出線長度分別是20km,30km;2條電纜線路出線長度分別是40km,20km。在Matlab中搭建仿真電路如圖4所示。L1、L2為兩條架空線路出線,L3、L4為兩條電纜線路出線,L1、L2、L3、L4長度依次為20km、30km、40km、20km,L1線路換位不充分,A相比其他兩相多4km。輸電線路參數(shù)如表1所示。系統(tǒng)總電容值為3.04×10-5F,諧振電感設(shè)置為0.67H。計(jì)算中線路選用π型等值電路。仿真中控制開關(guān)B2,斷開開關(guān)B1,示波器Scope1和Scope3對(duì)中性點(diǎn)電壓和電流進(jìn)行錄波,根據(jù)錄波波形得到時(shí)間常數(shù)τ,同時(shí)測(cè)量穩(wěn)態(tài)電壓U∞,零序電流I0。將測(cè)量參數(shù)帶入(14)式計(jì)算得到a,b,c,將a,b,c帶入(15)式得到對(duì)地電容的值。計(jì)算結(jié)果如表2所示,計(jì)算結(jié)果為3.04×10-5F,與實(shí)際總電容值一樣,符合精度要求。

表1 配電系統(tǒng)參數(shù)

表2 算例結(jié)果

圖4 實(shí)驗(yàn)仿真電路Fig.4 Experimental simulation circuit

3 結(jié)論

文中對(duì)35kV及以下架空線路為主的配網(wǎng)系統(tǒng),提出了一種通過斷開中性點(diǎn)開關(guān),測(cè)量斷開開關(guān)前后的電路參數(shù),包括:中性點(diǎn)零序電流和零序穩(wěn)態(tài)電壓以及過渡過程的時(shí)間常數(shù),從而計(jì)算諧振接地系統(tǒng)對(duì)地電容電流的方法。該方法相對(duì)之前的對(duì)地電容電流計(jì)算方法有以下特點(diǎn):

1)測(cè)量方法適用廣泛。通過文中分析可以得到該測(cè)量方法與中性點(diǎn)消弧線圈是否加阻尼沒有關(guān)系,所以文中測(cè)量方法適用于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地或者中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)阻尼接地。相對(duì)于只能適用于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)阻尼的阻抗三角形法、偏置法等應(yīng)用范圍更廣泛。

2)測(cè)量方法簡單、實(shí)用性高。文中提出的基于暫態(tài)過程的對(duì)地電容測(cè)量方法不需要人為設(shè)置接地故障,可靠性相對(duì)更高;不需要反復(fù)調(diào)節(jié)中性點(diǎn)接地電阻或者消弧線圈電抗,操作更簡單,對(duì)設(shè)備影響相對(duì)較小;也不需要對(duì)電路額外加入諧波信號(hào),設(shè)備經(jīng)濟(jì)性更好而且不會(huì)讓系統(tǒng)加入額外的諧波污染,只需要斷開中性點(diǎn)開關(guān)測(cè)量開關(guān)后電路的暫、穩(wěn)態(tài)參數(shù)即可,更適用于工程實(shí)際應(yīng)用。

3)通過斷開中性點(diǎn)開關(guān),測(cè)量暫、穩(wěn)態(tài)電路參數(shù),系統(tǒng)對(duì)地電容電流的方法需要的測(cè)量時(shí)間比較短暫,通過波形分析技術(shù)可以在電路穩(wěn)態(tài)到來前計(jì)算得到對(duì)地電容電流,大大減少了計(jì)算時(shí)間。隨著配電網(wǎng)智能化的不斷發(fā)展,快速、可靠的配電網(wǎng)測(cè)量技術(shù)愈加重要,該測(cè)量方法大大提高了測(cè)量的實(shí)時(shí)性。

文中提出了一種基于測(cè)量斷開中性點(diǎn)開關(guān)后電路的暫穩(wěn)態(tài)參數(shù)來計(jì)算對(duì)地電容電流的計(jì)算方法,該測(cè)量方法應(yīng)用廣泛、安全性高、可靠性高、實(shí)時(shí)性好,對(duì)工程實(shí)際對(duì)地電容電流測(cè)量有參考價(jià)值。