专利名称：一种预调式消弧线圈自动调谐方法
技术领域：
本发明涉及的是一种电气技术领域的测量和控制方法，具体是电网中性点经消 弧线圈接地系统的自动跟踪调谐控制技术。
背景技术：
谐振接地系统发生单相接地故障时，接地故障点的残流越小越有利于故障电弧 的熄灭、越有利于故障自恢复、越有利于提高配电网供电的可靠性，因此，需要消 弧线圈调谐控制器对电网接地电容电流的测量精度尽量高，使消弧线圈尽量在接近 "全补偿"状态下运行。已有用于预调式消弧线圈自动跟踪调谐控制的测量方法零 序电压极大值法、阻抗三角形法、相位调谐方法等，它们各有特点，分别适合于不 同调节电感方式的消弧线圈，但它们有着共同的缺陷，即都不是准确测量出电网的 接地电容电流，而是逐步逼近"全补偿"状态，因此，调谐控制不能一次到位，这 将增加机械调感方式消弧线圈(如调气隙式、调匝式)测控系统的故障率、縮短 测控系统的寿命，并且，这些调谐方法反映速度低、调节精度低。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种预调式消弧线圈自动调谐新方法。该方法 既对电网对地电容电流进行精确测量，消弧线圈调感一次到位，同时还测量出电网 的阻尼电流(接地故障电流中的有功分量)，有助于准确判定阻尼电阻是否工作正常、 大小是否得当，进而有助于提高消弧线圈接地系统运行的安全性；该方法适合于任 何调感方式的预调式消弧线圈的调谐控制，本质上属于预调式消弧线圈的通用调谐 控制方法。
技术方案本发明的一种预调式消弧线圈自动调谐方法包括以下步骤
步骤a.在消弧线圈送电运行的第一时间就首先测量电网的中性点不平衡电压
和电网的某一线电压值 7X1 ， 歩骤b.控制被调消弧线圈增加输出一个"已知的"补偿电流A^或叫补偿电納増量a1，
歩骤c.再测量出电网中性点不平衡电压C^和电网的某一线电压值t/n，并由 式1和式2计算电网的脱谐电流l和阻尼电流即接地故障电流的有功分量/g ;
U02 cos cos ^ + ￡/02 sin sin ^ - W ^ C/022 + - 2C/02 cos 9>2t/01 cos伊,-2t/02 sin p2C/01 sin5
t/02 sin ^2"01 cos伊,—1/02 sin伊2 C/0cos 八,
式1
式2
g C/02 + f/01 — 2t/02 cos p2t/01 cos ^ — 2t/02 sin p2f/01 sin ^
必￡
(70I cos % =Z "01cos(fcfi) / T) t/02 cos= 7 2 w。2 (^) cos(A;o / T)
"0
TV
1 w-i 1 W-i
jk=0 AM
TV
it=0
"0
"Q1(/t)和wQ2(/t)分别为电网中性点不平衡电压t/Q1和C/。2的采样值；为一个工频周 期r的采样点数；C^为电网额定线电压；Z为消弧线圈当前输出补偿电流时的等效 电感值；C^-(^+C^+C(.， q、 C^和Cf分别为电网三相对地电容；g^为电网三 相对地总电导；^为消弧线圈损耗等效电导；
步骤d.先让i4^《"f^=f/0*2，其中C/。^^f/。,/^,， t/0*2=^c/。2/c/,2，
再判断脱谐电流是否小于整定脱谐电流^ ，若大于整定脱谐电流^ ，则进行步骤e; 若小于等于整定脱谐电流4，则记忆[/;，然后进行步骤f;
步骤e.按照脱谐电流计算值厶调整输出补偿电流，当/y为"正"时"增加" 输出/p值的补偿电流，当^为"负"时"减少"输出4值的补偿电流，并让a^-^， 然后再退回进行歩骤c，再次验证消弧线圈当前运行状态下的脱谐电流值^是否小 于整定脱谐电流值/&;
步骤f.测量电网中性点不平衡电压[/。2和电网的某一线电压值^/,2，判断^/。2 是否超过消弧线圈动作整定值f/。&,，若没有超过消弧线圈动作整定值t/。^，则说明
电网正常运行，转入歩骤h进行；若超过消弧线圈动作整定值C/。w,则说明电网发
生单相接地故障，立即控制切除阻尼电阻，减小接地故障点的残流，熄灭故障电弧，
并进入步骤g;
步骤g.消弧线圈动作后，监视中性点偏移电压"2的变化，若￡/。22^/她2，则 说明电网单相接地故障仍然存在，继续监视中性点偏移电压^/。2的变化，若[;〈t/。w，则说明电网单相接地故障已消失，电网开始正常运行，立即控制接入 阻尼电阻，调谐控制器退回到步骤f运行；其中C/。^是消弧线圈停止动作的整定值，
一般"。必2》"o必；
步骤h.计算并监视电网相对不平衡度的变化Af/。'-t4-t/。',，由此来判断电网 是否有投、切线路操作，决定是否对电网的脱谐度和阻尼率重新测量，若
△《》△《& ，其中AC/"为相对不平衡度增量整定值，说明电网的三相对地电容C,、 G和Cr发生了变化，即脱谐度有变化，电网有操作，退回到步骤a;若AC/。' < AC/。'必， 说明电网的三相对地电容C,、 <^和&.没有发生变化，即脱谐度没有变化，电网无 操作，则进行步骤f。
有益效果本发明提供一种预调式消弧线圈调谐新方法，它对电网对地电容电 流进行精确测量，使消弧线圈的调感控制一步到位，这将大大减少机械调感方式消
弧线圈(如调气隙式、调匝式)测控系统的故障率、提高测控系统的寿命，并且，
这些调谐方法反映速度快、调节精度高，使消弧线圈更快地在"全补偿"状态下运 行，有利于接地故障点的残流减小、有利于故障电弧的熄灭、有利于故障自恢复、
有利于提高配电网供电的可靠性；同时该方法还测量出电网的阻尼电流(接地故障 电流中的有功分量)，有助于准确判定阻尼电阻是否工作正常、大小是否得当，有助 于提高消弧线圈接地系统工作的安全性。该方法有测量调谐原理思路清晰、计算简 单、很易用单片机实现、所用费用低等优点。该方法适合于任何调感方式的预调式 消弧线圈的调谐控制，本质上属于预调式消弧线圈的通用调谐控制方法，适用于不 同制造商生产的预调式消弧线圈的调谐控制。
图l是电网中性点经消弧线圈接地等值电路示意图， 图2是调谐控制硬件结构示意图， 图3是调谐控制软件流程示意图。
具体实施例方式
为了实现上述目的，本发明的实施可直接从PT 二次侧取得电网的母线电压信 号和零序电压信号；控制器输出的"脉冲"可用于"三相五柱式"等消弧线圈的调 谐控制，"开关量"可用于"调匝式"等消弧线圈的调谐控制。调谐控制器硬件结构 见图3。
本发明按以下步骤进行，歩骤a.在消弧线圈送电运行的第一时间就首先测量电网的中性点不平衡电压
t/。,和电网的某一线电压值t^,，然后进行歩骤b;
歩骤b.控制被调消弧线圈增加输出一个"已知的"补偿电流A^或叫补偿电纳
増量a1，这里增加输出的"己知的"补偿电流a^不是一个测量值，它是由消弧 (y丄
线圈在额定工作电压下的控制特性决定的值，其本质是补偿电纳增量Al。如)^r调
cy丄
匝式"消弧线圈，它是消弧线圈在额定电压下两档之间的差值。这个值是消弧线圈 的特性决定的，在消弧线圈出厂时是可以精确"已知的"。然后进行步骤c;
步骤c.再测量出电网中性点不平衡电压C^和电网的某一线电压值t/n，并由
式1和式2计算电网的脱谐电流厶和阻尼电流(接地故障电流的有功分量)
,: t/02 cos^2;701 cos" +t/02 sin^70l si, - W ^ 式i
" 《+《- 2t/02 cos p2t/01 cos a - 2C/02 sin p2t/01 sin ^ s
7 : <702 sin cos ^ - V02 s—<701 cos ^ ^ 式2
g 《+《- 2"02 cos伊2 /01 cos % - 2C/02 sin 9 2C/01 sin ^ 5
式中- A^=A"^t/w/V^;; 4=(^cz—1/0Z)t/w/^; /,(&+&)^/^ 必丄 & 乙
1 w-1
"0
am
1
t/01 si,=〗》01(A:)sin(to/:r)
1 w一1
t/02 cos p2 = — 2 w02 cos( to / 71) "02 s—2 =^;》02(A:)sin(W:r)
"m(W和^("分别为电网中性点不平衡电压",和^n的采样值；w为一个工频周
期r的采样点数；t^为电网额定线电压；丄为消弧线圈当前输出补偿电流时的等效
电感值(丄-l+A丄)；q-q+Cs+c;,， q、 (^和q,分别为 网三相对
地电容；&为电网三相对地总电导；^为消弧线圈损耗等效电导； 式1和式2可从以下方法推导得
由图1可见，以上测量的t/。,和[^可由下式表示
1 1 1
—+ _/《+ or2 (— + /ajCb ) + a(— + 乂VwC(.)
^ = 一_^_^_^_g丄+ 7VyC4 + 2 (丄+ /cjC" ) + a(丄+ Jfi)C(-) [/02 = —~4 2 j -
乙 乙 《
式中，;C2=C,+Cfl+Cf; g =丄+丄+丄；&=丄；^电网中A相
相电势，v。
以上两式相减得
. ^了
Un， —必丄。
则wC广+ —X^+g^^^^A^ 必丄 C/。2 — (7。, w丄
上式两边同乘以额定相电压得
上式右边取实部得电网的脱谐电流(接地电容电流)取虚部得阻尼电流(接地 故障电流中有功分量)/s:
/ =Re(《')xA7 = C/AdW ^
/ = —lm(—《，)xA7 = "oA,sii^ ^
实测时，可取电网某一在单相接地故障时相位不变的相量(如电网的线电压) 为参考相量，这样可保证两相量《,和f^在不同时间测量时，它们的差角e测量精
确无误。两相量《,和《2相对于该参考相量的初相角分别为A和％ ，则6 - % - A 。 由此便可推导得式1和式2。
步骤d.先让《,=《2 ， C/; = f/0 ，其中= VJ[/。, ， [/0*2 = >^[/02 /C/X2' 再判断脱谐电流是否小于整定脱谐电流4 ，若大于整定脱谐电流/^ ，则进行步骤e; 若小于等于整定脱谐电流乙，则记忆C4，然后进行歩骤f;
步骤e.按照脱谐电流计算值/,调整输出补偿电流，当厶为"正"时，表明电网 当前处于"欠补偿"，消弧线圈应该"增加"输出々值的补偿电流，当/,为"负" 时，表明电网当前处于"过补偿"，消弧线圈应该"减少"输出人,值的补偿电流，使消弧线圈接近"全补偿"状态下运行，然后让A^:A，退回进行歩骤c，再次验 证消弧线圈调整补偿电流输出后，当前运行状态下的脱谐电流值^是否小于整定脱 谐电流值/w，；
步骤f.测量电网中性点不平衡电压t/fl2和电网的某一线电压值C/X2 ，判断f/。2是 否超过消弧线圈动作整定值C/^,，由于单相接地故障的最显著的特征是电网中性点 不平衡电压的升高，因此，若f/。2没有超过消弧线圈动作整定值f/。w，则说明电网 正常运行，转入歩骤h进行；若超过消弧线圈动作整定值f/。^，则说明电网已发生 单相接地故障，立即控制切除阻尼电阻，减小接地故障点的残流，熄灭故障电弧， 并进入步骤g;
步骤g.消弧线圈动作后，电网中性点不平衡电压的大小仍是判断电网是否存在 单相接地故障的最有效判据，因此，通过监视中性点偏移电压f/。2的变化可准确判 断电网的单相接地故障是否消失。若t^2f/。w，则说明电网单相接地故障仍然存 在，继续监视中性点偏移电压"2的变化，若"<[/。&2，则说明电网单相接地故障 已消失，电网开始正常运行，立即控制接入阻尼电阻，以防止电网发生串联谐振， 出现"虚幻接地"现象，进而，调谐控制器退回到步骤f运行；其中f/。^是消弧线 圈停止动作的整定值， 一般t/。w》-t/。^。
步骤11.计算并监视电网相对不平衡度的变化厶《="'2-c4，由此来判断电网
的脱谐度是否发生变化，即是否有操作(投、切线路)，决定是否对电网的脱谐度和 阻尼率重新测量。有2个原因会造成电网中性点不平衡电压的变化， 一是电网电压 的变化，电网中性点不平衡电压与电网电压成正比；二是电网的三相对地电容G、 c,和cv发生了变化，则电网的脱谐度发生变化，即电网有操作。显然，前一原因 不会造成电网相对不平衡度的变化，只有后一原因能造成电网相对不平衡度的变化， 因此，电网相对不平衡度的变化能准确反映电网的三相对地电容C,、 (^和C(.是否 有变化，即电网是否有操作。若A《2A[/^，其中AC/"为相对不平衡度增量整定 值，说明电网的三相对地电容C,、 Cg和Cf,发生了变化，电网的脱谐度发生变化， 即电网有操作(投、切线路)，需要重新对电网的脱谐度和阻尼率进行测量，则退回 到步骤a;若A《〈AC/乙，说明电网的三相对地电容C" Q和C(.没有发生变化， 即脱谐度没有变化，电网无操作，则进行步骤f; 具体控制流程如图2。
权利要求
1.一种预调式消弧线圈自动调谐方法，其特征是该调谐控制方法包括以下步骤步骤a.在消弧线圈送电运行的第一时间就首先测量电网的中性点不平衡电压U01和电网的某一线电压值UX1，步骤b.控制被调消弧线圈增加输出一个“已知的”补偿电流ΔIB或叫补偿电纳增量 id="icf0001" file="A2009101831540002C1.tif" wi="11" he="9" top= "74" left = "38" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>步骤c.再测量出电网中性点不平衡电压U02和电网的某一线电压值UX2，并由式1和式2计算电网的脱谐电流Iv和阻尼电流即接地故障电流的有功分量Ig； id="icf0002" file="A2009101831540002C2.tif" wi="106" he="11" top= "109" left = "25" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>式1 id="icf0003" file="A2009101831540002C3.tif" wi="107" he="10" top= "126" left = "25" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>式2式中<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>ΔI</mi> <mi>B</mi></msub><mo>=</mo><mi>Δ</mi><mfrac> <mn>1</mn> <mi>ωL</mi></mfrac><msub> <mi>U</mi> <mi>N</mi></msub><mo>/</mo><msqrt> <mn>3</mn></msqrt><mo>;</mo> </mrow>]]></math> id="icf0004" file="A2009101831540002C4.tif" wi="36" he="9" top= "140" left = "38" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths><maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>I</mi> <mi>v</mi></msub><mo>=</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>ωC</mi><mi>Σ</mi> </msub> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>/</mo> <mi>ωL</mi> <mo>)</mo></mrow><msub> <mi>U</mi> <mi>N</mi></msub><mo>/</mo><msqrt> <mn>3</mn></msqrt><mo>;</mo> </mrow>]]></math> id="icf0005" file="A2009101831540002C5.tif" wi="45" he="5" top= "142" left = "78" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths><maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>I</mi> <mi>g</mi></msub><mo>=</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>g</mi><mi>Σ</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub><mi>g</mi><mi>L</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><msub> <mi>U</mi> <mi>N</mi></msub><mo>/</mo><msqrt> <mn>3</mn></msqrt> </mrow>]]></math> id="icf0006" file="A2009101831540002C6.tif" wi="35" he="5" top= "142" left = "127" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths> id="icf0007" file="A2009101831540002C7.tif" wi="68" he="23" top= "153" left = "25" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/> id="icf0008" file="A2009101831540002C8.tif" wi="68" he="23" top= "152" left = "108" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>u01(k)和u02(k)分别为电网中性点不平衡电压U01和U02的采样值；N为一个工频周期T的采样点数；UN为电网额定线电压；L为消弧线圈当前输出补偿电流时的等效电感值；CΣ＝CA+CB+CC，CA、CB和CC分别为电网三相对地电容；gΣ为电网三相对地总电导；gL为消弧线圈损耗等效电导；步骤d.先让<maths id="math0004" num="0004" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mover><mi>U</mi><mo>·</mo> </mover> <mn>01</mn></msub><mo>=</mo><msub> <mover><mi>U</mi><mo>·</mo> </mover> <mn>02</mn></msub><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0009" file="A2009101831540002C9.tif" wi="17" he="5" top= "225" left = "60" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths><maths id="math0005" num="0005" ><math><![CDATA[ <mrow><msubsup> <mi>U</mi> <mn>01</mn> <mo>*</mo></msubsup><mo>=</mo><msubsup> <mi>U</mi> <mn>02</mn> <mo>*</mo></msubsup><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0010" file="A2009101831540002C10.tif" wi="17" he="4" top= "226" left = "81" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>其中<maths id="math0006" num="0006" ><math><![CDATA[ <mrow><msubsup> <mi>U</mi> <mn>01</mn> <mo>*</mo></msubsup><mo>=</mo><msqrt> <mn>3</mn></msqrt><msub> <mi>U</mi> <mn>01</mn></msub><mo>/</mo><msub> <mi>U</mi> <mrow><mi>X</mi><mn>1</mn> </mrow></msub><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0011" file="A2009101831540002C11.tif" wi="31" he="5" top= "225" left = "111" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths><maths id="math0007" num="0007" ><math><![CDATA[ <mrow><msubsup> <mi>U</mi> <mn>02</mn> <mo>*</mo></msubsup><mo>=</mo><msqrt> <mn>3</mn></msqrt><msub> <mi>U</mi> <mn>02</mn></msub><mo>/</mo><msub> <mi>U</mi> <mrow><mi>X</mi><mn>2</mn> </mrow></msub><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0012" file="A2009101831540002C12.tif" wi="32" he="5" top= "225" left = "146" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>再判断脱谐电流是否小于整定脱谐电流Idz，若大于整定脱谐电流Idz，则进行步骤e；若小于等于整定脱谐电流Idz，则记忆U01*，然后进行步骤f；步骤e.按照脱谐电流计算值Iv调整输出补偿电流，当Iv为“正”时“增加”输出Iv值的补偿电流，当Iv为“负”时“减少”输出Iv值的补偿电流，并让ΔIB＝Iv，然后再退回进行步骤c，再次验证消弧线圈当前运行状态下的脱谐电流值Iv是否小于整定脱谐电流值Idz；步骤f.测量电网中性点不平衡电压U02和电网的某一线电压值UX2，判断U02是否超过消弧线圈动作整定值U0dz1，若没有超过消弧线圈动作整定值U0dz1，则说明电网正常运行，转入步骤h进行；若超过消弧线圈动作整定值U0dz1，则说明电网发生单相接地故障，立即控制切除阻尼电阻，减小接地故障点的残流，熄灭故障电弧，并进入步骤g；步骤g.消弧线圈动作后，监视中性点偏移电压U02的变化，若U02≥U0dz2，则说明电网单相接地故障仍然存在，继续监视中性点偏移电压U02的变化，若U02＜U0dz2，则说明电网单相接地故障已消失，电网开始正常运行，立即控制接入阻尼电阻，调谐控制器退回到步骤f运行；其中U0dz2是消弧线圈停止动作的整定值，一般U0dz2≥U0dz1；步骤h.计算并监视电网相对不平衡度的变化<maths id="math0008" num="0008" ><math><![CDATA[ <mrow><msubsup> <mi>ΔU</mi> <mn>0</mn> <mo>*</mo></msubsup><mo>=</mo><msubsup> <mi>U</mi> <mn>02</mn> <mo>*</mo></msubsup><mo>-</mo><msubsup> <mi>U</mi> <mn>01</mn> <mo>*</mo></msubsup><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0013" file="A2009101831540003C1.tif" wi="29" he="5" top= "177" left = "119" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>由此来判断电网是否有投、切线路操作，决定是否对电网的脱谐度和阻尼率重新测量，若<maths id="math0009" num="0009" ><math><![CDATA[ <mrow><msubsup> <mi>ΔU</mi> <mn>0</mn> <mo>*</mo></msubsup><mo>≥</mo><msubsup> <mi>ΔU</mi> <mrow><mn>0</mn><mi>dz</mi> </mrow> <mo>*</mo></msubsup><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0014" file="A2009101831540003C2.tif" wi="23" he="5" top= "197" left = "26" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>其中ΔU0dz*为相对不平衡度增量整定值，说明电网的三相对地电容CA、CB和CC发生了变化，即脱谐度有变化，电网有操作，退回到步骤a；若<maths id="math0010" num="0010" ><math><![CDATA[ <mrow><msubsup> <mi>ΔU</mi> <mn>0</mn> <mo>*</mo></msubsup><mo><</mo><msubsup> <mi>ΔU</mi> <mrow><mn>0</mn><mi>dz</mi> </mrow> <mo>*</mo></msubsup><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0015" file="A2009101831540003C3.tif" wi="23" he="5" top= "208" left = "156" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>说明电网的三相对地电容CA、CB和CC没有发生变化，即脱谐度没有变化，电网无操作，则进行步骤f。
全文摘要
一种预调式消弧线圈自动调谐方法，通过测量电网不平衡电压的变化，进而计算出电网的脱谐度和阻尼率。在电网正常运行时，测量电网中性点不平衡电压和电网的某一线电压值，计算并监视电网相对不平衡度的变化，由此来判断电网的脱谐度是否发生变化，即电网是否有投、切线路操作，决定是否对电网的脱谐度和阻尼率重新测量。测量电网的脱谐度和阻尼率时，首先测量电网的不平衡电压，然后控制器控制被调消弧线圈向电网增加输出一个补偿电流(电纳)，再次测量电网的不平衡电压，进而可计算出电网的脱谐电流和阻尼电流。依据计算出的电网的脱谐电流调整消弧线圈输出补偿电流，进而再次计算电网当前运行的脱谐电流，验证电网当前运行的脱谐电流小于脱谐电流整定值。
文档编号H02H9/08GK101621199SQ20091018315
公开日2010年1月6日 申请日期2009年8月7日 优先权日2009年8月7日
发明者轶 唐 申请人:中国矿业大学