一种配网混连接地运行的电容电流测量方法及系统与流程

本发明涉及配电网电容电流测量技术，具体涉及一种配网混连接地运行的电容电流测量方法及系统。

背景技术：

随着城市配电网的不断扩大及城市配电网中电力电缆的大量使用，导致配电网单相接地故障电流急剧增大。电容电流的剧增导致故障时接地电弧难以熄灭，由其产生的弧光过电压容易引发两相短路故障的发生，造成故障的扩大。因此必须对电容电流进行限制。对于一个配电网来说，是否应该抓装设消弧线圈？装设多大容量的消弧线圈？其前提条件是需要知道电网对地电容电流的大小。

目前，我国城市配电网主要采用中性点经消弧线圈接地方式。但随着城市化规模的增大，电缆用量的增多，电容电流增长很快，于是，许多变电站选择了采用电阻接地方式。通常这两种接地方式独立运行，互不相干。但由于对供电可靠性的要求，为确保供电可靠性指标，许多地方就采用了手拉手供电措施，以确保当某种原因导致一个变电站失压时立即合上联络断路器而由另一个变电站供电。从而使得原本独立运行的系统有可能出现两种不同的接地方式的变电站合环运行(简称混连运行)的现象。

混联后，系统的规模变大且出现两个中性点接地点：一个是消弧线圈接地点，另一个小电阻接地点。在此情况下，应用广泛的调匝式消弧线圈使用的测量电容电流的方法—两点法和谐振法，因其等值电路的变化而致测量误差变大。为保证消弧线圈测量电容电流的精度，亟需研究一种新的测量电容电流的方法，以保证电容电流的补偿效果。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种利用两点法测量电容电流的对消弧线圈接地系统的基础上改进完善，能够实现配网混连接地运行的电容电流准确测量，思路新颖、流程清晰、准确率高的配网混连接地运行的电容电流测量方法及系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一方面，本发明提供一种配网混连接地运行的电容电流测量方法，实施步骤包括：

1)采集配电网的中性点位移电压和中性点电流，求取配电网混合接地系统的接地电阻R，所述配网混联接地系统包括并联的消弧线圈和电阻；

2)采集消弧线圈处于不同档位的中性点位移电压和消弧线圈电流，根据中性点位移电压、消弧线圈电流以及接地电阻R计算配电网混合接地系统的电容阻抗Z_C；

3)根据配电网的相电压U_n除以配电网混合接地系统的电容阻抗Z_C，得到配网混连接地运行的电容电流I_C。

优选地，步骤1)中求取配电网混合接地系统的接地电阻R的函数表达式如式(1)所示；

式(1)中，R表示配电网混合接地系统的接地电阻，为中性点位移电压U_O对应及其相位构成的矢量，为中性点电流I_O对应及其相位构成的矢量，为矢量和矢量之间的相角差值。

优选地，步骤2)中计算配电网混合接地系统的电容阻抗Z_C的函数表达式如式(2)所示；

式(2)中，Z_C为配电网混合接地系统的电容阻抗，R表示配电网混合接地系统的接地电阻，配电网混合接地系统的消弧线圈包含档位1和档位2两个档位，U_O1表示消弧线圈处于档位1的中性点位移电压，I_L1表示消弧线圈处于档位1的消弧线圈电流，U_O2表示消弧线圈处于档位2的中性点位移电压，I_L2表示消弧线圈处于档位2的消弧线圈电流，θ为中性点位移电压U_O1和U_O2之间的相角差值，γ₁₁为中性点位移电压U_O1和消弧线圈电流I_L1之间的相角差值，γ₁₂为中性点位移电压U_O2和消弧线圈电流I_L2之间的相角差值。

另一方面，本发明还提供一种配网混连接地运行的电容电流测量系统，包括：

接地电阻计算程序模块，用于采集配电网的中性点位移电压和中性点电流，求取配电网混合接地系统的接地电阻R，所述配网混联接地系统包括并联的消弧线圈和电阻；

电容阻抗计算程序模块，用于采集消弧线圈处于不同档位的中性点位移电压和消弧线圈电流，根据中性点位移电压、消弧线圈电流以及接地电阻R计算配电网混合接地系统的电容阻抗Z_C；

电容电流计算程序模块，用于根据配电网的相电压U_n除以配电网混合接地系统的电容阻抗Z_C，得到配网混连接地运行的电容电流I_C。

优选地，所述接地电阻计算程序模块求取配电网混合接地系统的接地电阻R的函数表达式如式(1)所示；

式(1)中，R表示配电网混合接地系统的接地电阻，为中性点位移电压U_O对应及其相位构成的矢量，为中性点电流I_O对应及其相位构成的矢量，为矢量和矢量之间的相角差值。

优选地，所述电容阻抗计算程序模块计算配电网混合接地系统的电容阻抗Z_C的函数表达式如式(2)所示；

式(2)中，Z_C为配电网混合接地系统的电容阻抗，R表示配电网混合接地系统的接地电阻，配电网混合接地系统的消弧线圈包含档位1和档位2两个档位，U_O1表示消弧线圈处于档位1的中性点位移电压，I_L1表示消弧线圈处于档位1的消弧线圈电流，U_O2表示消弧线圈处于档位2的中性点位移电压，I_L2表示消弧线圈处于档位2的消弧线圈电流，θ为中性点位移电压U_O1和U_O2之间的相角差值，γ₁₁为中性点位移电压U_O1和消弧线圈电流I_L1之间的相角差值，γ₁₂为中性点位移电压U_O2和消弧线圈电流I_L2之间的相角差值。

本发明配网混连接地运行的电容电流测量方法具有下述优点：本发明配网混连接地运行的电容电流测量方法通过采集配电网的中性点位移电压和中性点电流，求取配电网混合接地系统的接地电阻R，采集消弧线圈处于不同档位的中性点位移电压和消弧线圈电流，根据中性点位移电压、消弧线圈电流以及接地电阻R计算配电网混合接地系统的电容阻抗Z_C，根据配电网的相电压U_n除以配电网混合接地系统的电容阻抗Z_C，得到配网混连接地运行的电容电流I_C，针对配网混联接地系统的情况，利用两点法测量电容电流的对消弧线圈接地系统的基础上改进完善，能够实现配网混连接地运行的电容电流准确测量，具有思路新颖、流程清晰、准确率高的优点，能够保证电容电流的补偿效果。

本发明配网混连接地运行的电容电流测量系统为本发明配网混连接地运行的电容电流测量方法各个步骤完全对应的程序模块构成的系统，因此同样也具有本发明配网混连接地运行的电容电流测量方法的前述优点，故在此不再赘述。

附图说明

图1为本发明实施例方法的基本流程示意图。

图2为本发明实施例方法的第一配网混联接地系统等效图。

图3为本发明实施例方法的第二配网混联接地系统等效图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例配网混连接地运行的电容电流测量方法的实施步骤包括：

1)采集配电网的中性点位移电压和中性点电流，求取配电网混合接地系统的接地电阻R，配网混联接地系统包括并联的消弧线圈和电阻；

2)采集消弧线圈处于不同档位的中性点位移电压和消弧线圈电流，根据中性点位移电压、消弧线圈电流以及接地电阻R计算配电网混合接地系统的电容阻抗Z_C；

3)根据配电网的相电压U_n除以配电网混合接地系统的电容阻抗Z_C，得到配网混连接地运行的电容电流I_C。

本实施例中，步骤1)中求取配电网混合接地系统的接地电阻R的函数表达式如式(1)所示；

式(1)中，R表示配电网混合接地系统的接地电阻，为中性点位移电压U_O对应及其相位构成的矢量，为中性点电流I_O对应及其相位构成的矢量，为矢量和矢量之间的相角差值。

本实施例中，求取配电网混合接地系统的接地电阻R是基于第一配网混联接地系统等效图(如图2所示)的基础上得到的，在第一配网混联接地系统等效图的基础上，利用利用电流相角关系求取配电网混合接地系统的接地电阻R。其中，L为消弧线圈的等效电感，r为消弧线圈的等效电阻，U_nn为系统的不平衡电压，C为系统的接地电容，R为中性点接地电阻，I_R为中性点接地电流，c₁为消弧线圈的等效电容，I_C为消弧线圈的等效电容支路电流，Uo为输出电压，参见图2，配网混联接地系统的可等效为四条支路，且四条支路之间并联连接，第一条支路中串联有中性点接地电阻R，第二条支路中串联有消弧线圈的等效电容c₁，第三条支路中串联有消弧线圈的等效电感L以及消弧线圈的等效电阻r，第四条支路中串联串联有系统的不平衡电压U_nn和系统的接地电容C。

根据图2，可得出式(1-1)和式(1-2)：

式(1-1)中，R表示配电网混合接地系统的接地电阻，为中性点位移电压U_O对应及其相位构成的矢量，为流经接地电阻的电流I_R及其相位构成的矢量。

式(1-2)中，为流经接地电阻的电流I_R及其相位构成的矢量，为中性点电流I_O对应及其相位构成的矢量，为矢量和矢量之间的相角差值。

将式(1-1)和式(1-2)结合，即可得到本实施例中步骤1)中求取配电网混合接地系统的接地电阻R的函数表达式，如式(1)所示。

本实施例中，步骤2)中计算配电网混合接地系统的电容阻抗Z_C的函数表达式如式(2)所示；

式(2)中，Z_C为配电网混合接地系统的电容阻抗，R表示配电网混合接地系统的接地电阻，配电网混合接地系统的消弧线圈包含档位1和档位2两个档位，U_O1表示消弧线圈处于档位1的中性点位移电压，I_L1表示消弧线圈处于档位1的消弧线圈电流，U_O2表示消弧线圈处于档位2的中性点位移电压，I_L2表示消弧线圈处于档位2的消弧线圈电流，θ为中性点位移电压U_O1和U_O2之间的相角差值，γ₁₁为中性点位移电压U_O1和消弧线圈电流I_L1之间的相角差值，γ₁₂为中性点位移电压U_O2和消弧线圈电流I_L2之间的相角差值。

本实施例中，求取配电网混合接地系统的电容阻抗Z_C是基于第二配网混联接地系统等效图(如图3所示)的基础上得到的。图3中，L为消弧线圈的等效电感，r为消弧线圈的等效电阻，U_nn为系统的不平衡电压，C为系统的接地电容，R为中性点接地电阻，I_L为电感支路电流，I_C为电容支路电流，Uo为输出电压，参见图2，配网混联接地系统的可等效为三条支路，且三条支路之间并联连接，第一条支路中串联有中性点接地电阻R，第二条支路中串联有消弧线圈的等效电感L以及消弧线圈的等效电阻r，第三条支路中串联串联有系统的不平衡电压U_nn和系统的接地电容C。配电网混合接地系统的消弧线圈包含档位1和档位2两个档位，通过改变消弧线圈的档位可以得到两组参数如式(2-1)所示；

式(2-1)中，表示消弧线圈处于档位1的中性点位移电压U_O1及其相位构成的矢量，表示消弧线圈处于档位1的消弧线圈电流I_L1及其相位构成的矢量，表示消弧线圈处于档位2的中性点位移电压U_O2及其相位构成的矢量，表示消弧线圈处于档位2的消弧线圈电流I_L2及其相位构成的矢量。

又有基尔霍夫定律联立方程组如式(2-2)和式(2-3)所示；

式(2-2)和式(2-3)中，表示系统的不平衡电压U_nn及其相位构成的矢量，表示消弧线圈处于档位1的消弧线圈阻抗Z₁及其相位构成的矢量，表示消弧线圈处于档位2的消弧线圈阻抗Z₂及其相位构成的矢量，表示电容阻抗Z_C及其相位构成的矢量，表示消弧线圈处于档位1的中性点位移电压U_O1及其相位构成的矢量，表示消弧线圈处于档位2的中性点位移电压U_O2及其相位构成的矢量。

消弧线圈阻抗Z_i(i＝1,2)的表达式如式(2-4)所示；

式(2-4)中，表示消弧线圈处于档位i时的消弧线圈阻抗Z_i及其相位构成的矢量，R表示配电网混合接地系统的接地电阻，表示消弧线圈处于档位i时的消弧线圈感抗Z_Li及其相位构成的矢量，矢量的表达式如式(2-5)所示；

式(2-5)中,表示消弧线圈处于档位i时的消弧线圈感抗Z_Li及其相位构成的矢量，表示消弧线圈处于档位i的中性点位移电压U_Oi及其相位构成的矢量，表示消弧线圈处于档位1的消弧线圈电流I_Li及其相位构成的矢量，i＝1,2。

结合式(2-2)和式(2-3)，可以得到式(2-6)：

式(2-6)中，表示矢量除以得到的结果，其余各符号参数表达的含义与式(2-2)和式(2-3)中相同，在此不再赘述。根据式(2-6)，可解得式(2-7)：

式(2-7)中各符号参数表达的含义与式(2-6)中相同，在此不再赘述。

将配电网混合接地系统的接地电阻R代入式(2-7)，即可得到式(2-8)：

式(2-8)中，表示电容阻抗Z_C及其相位构成的矢量，表示消弧线圈处于档位1的消弧线圈感抗Z_L1及其相位构成的矢量，表示消弧线圈处于档位2的消弧线圈感抗Z_L2及其相位构成的矢量，R表示配电网混合接地系统的接地电阻，表示矢量除以得到的结果。从而，可以根据式(2-8)推导得出步骤2)中计算配电网混合接地系统的电容阻抗Z_C的函数表达式，如式(2)所示。

本实施例配网混连接地运行的电容电流测量方法的具体实现是通过计算机程序来实现的，通过计算机程序实现的配网混连接地运行的电容电流测量系统包括：

接地电阻计算程序模块，用于采集配电网的中性点位移电压和中性点电流，求取配电网混合接地系统的接地电阻R，配网混联接地系统包括并联的消弧线圈和电阻；

电容阻抗计算程序模块，用于采集消弧线圈处于不同档位的中性点位移电压和消弧线圈电流，根据中性点位移电压、消弧线圈电流以及接地电阻R计算配电网混合接地系统的电容阻抗Z_C；

电容电流计算程序模块，用于根据配电网的相电压U_n除以配电网混合接地系统的电容阻抗Z_C，得到配网混连接地运行的电容电流I_C。

本实施例中，接地电阻计算程序模块求取配电网混合接地系统的接地电阻R的函数表达式如式(1)所示；

式(1)中，R表示配电网混合接地系统的接地电阻，为中性点位移电压U_O对应及其相位构成的矢量，为中性点电流I_O对应及其相位构成的矢量，为矢量和矢量之间的相角差值。

本实施例中，电容阻抗计算程序模块计算配电网混合接地系统的电容阻抗Z_C的函数表达式如式(2)所示；

式(2)中，Z_C为配电网混合接地系统的电容阻抗，R表示配电网混合接地系统的接地电阻，配电网混合接地系统的消弧线圈包含档位1和档位2两个档位，U_O1表示消弧线圈处于档位1的中性点位移电压，I_L1表示消弧线圈处于档位1的消弧线圈电流，U_O2表示消弧线圈处于档位2的中性点位移电压，I_L2表示消弧线圈处于档位2的消弧线圈电流，θ为中性点位移电压U_O1和U_O2之间的相角差值，γ₁₁为中性点位移电压U_O1和消弧线圈电流I_L1之间的相角差值，γ₁₂为中性点位移电压U_O2和消弧线圈电流I_L2之间的相角差值。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。