CN111193251B - 一种全补偿系统电压跌落的分析方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供的一种全补偿系统电压跌落的分析方法，通过将调压器一次侧电流及故障相电流各序分量逐步归算到相供电电源产生器一次侧，建立了相供电电源产生器一次侧复合序网图，获得了调压器变比与相供电电源产生器、相供电电源相位补偿器、调压器的漏抗及负载阻抗的关系，计算出调压器变比，从而实现接地故障电弧的全补偿基准变比。本申请提供的电压跌落的分析方法，适用于自产供电相电源的接地故障电流补偿系统的电压跌落计算，为自产供电相电源的接地故障电流补偿系统的实施提供了理论依据，为自产供电电源型接地补偿系统的工程应用提供了一种简便、准确的补偿分析方法。

Description

一种全补偿系统电压跌落的分析方法

技术领域

本申请涉及电网电力技术领域，尤其涉及一种全补偿系统电压跌落的分析方法。

背景技术

国内外配电网单相接地故障占电网总故障的80％以上，严重影响电网及设备的安全运行，安全处理接地故障对社会及经济发展有重要作用。当系统的电容电流大于10A以上时，采用消弧线圈接地方式来减少故障电流。消弧线圈能够在一定程度上减少故障电流，系统可带故障运行2小时，但消弧线圈不能实现全补偿，故障点依然存在小于10A的残流，残流的存在可引起人身触电、火灾事故，以及严重威胁电网和设备的安全稳定运行。当系统的电容电流较大时，多采用小电阻接地方式，当发生单相接地故障时，放大故障线路零序电流，继电保护装置快速切除故障线路，但此种接地方式供电可靠性难以保障，且发生高阻接地时，存在继电保护拒动的风险。

当前，为能够彻底消除单相接地故障危害，同时保证供电可靠性。在相关技术中提出了利用相供电电源变换器及调压器实现单相接地故障电流全补偿技术，通过线相变换器将母线上的线电源变为反向的相电源，结合投切开关接入系统的中性点接入故障相抑制故障相的过电压，来达到全补偿的目的。

然而上述方法中并未涉及到使用调压器作为电压调节器时调压器电压比的计算及调节方法，不能确定最优调压器变比，从而实现接地故障电弧的全补偿基准变比的补偿分析方法。

发明内容

本申请提供了一种全补偿系统电压跌落的分析方法，以解决自产供电相电源接地故障灭弧技术中不能确定最优调压器变比，从而实现接地故障电弧的全补偿基准变比的补偿分析方法的问题。

本申请解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

一种全补偿系统电压跌落的分析方法，包括以下步骤：

确定单相接地故障时，完全补偿状态下，系统三相电压初始值及故障相电压各序分量；

计算相供电电源相位补偿器二次侧电流及故障相电流各序分量；

计算相供电电源相位补偿器的一次侧各相电流及故障相电流各序分量；

计算相供电电源产生器一次侧各相电流及故障相电流各序分量；

将相供电电源产生器和相供电电源相位补偿器的漏抗、调压器及负载的阻抗归算到相供电电源产生器一次侧，得到电压、电流和阻抗的表达式；

将相供电电源产生器和相供电电源相位补偿器的漏抗、调压器及负载的阻抗归算到相供电电源产生器二次侧，得到相供电电源相位补偿器二次侧输出电压；

根据所述相供电电源相位补偿器二次侧输出电压以及完全补偿状态下负载获得的电压，得到调压器变化比k，实现接地故障电弧的全补偿基准变比。

可选的，所述计算相供电电源相位补偿器二次侧电流及故障相电流各序分量，包括计算调压器一次侧电流及故障相电流各序分量。

可选的，所述方法用于包括相供电电源产生器以及相供电电源相位补偿器皆为Δ/Y联结的三相变压器系统；

所述方法用于自产供电相电源接地故障电流补偿系统。

可选的，所述自产供电相电源的接地故障电流补偿系统电压的跌落值包括相供电电源产生器、相供电电源相位补偿器、调压器及负载设备自身损耗。

可选的，所述相供电电源产生器、相供电电源相位补偿器、调压器的漏抗参数根据变压器的短路阻抗电压计算得到。

可选的，所述根据所述相供电电源相位补偿器二次侧输出电压以及完全补偿状态下负载获得的电压，得到调压器变化比k，实现接地故障电弧的全补偿基准变比，包括：

将所述调压器变化比设置为，调压器在系统正常运行时进行变比微调，确定最优调压器变比，实现接地故障电弧的全补偿基准变比。

本申请提供的技术方案包括以下有益技术效果：

本申请提供的一种全补偿系统电压跌落的分析方法，通过将调压器一次侧电流及故障相电流各序分量逐步归算到相供电电源产生器一次侧，建立了相供电电源产生器一次侧复合序网图，获得了调压器变比与相供电电源产生器、相供电电源相位补偿器、调压器的漏抗及负载阻抗的关系，计算出调压器变比，从而实现接地故障电弧的全补偿基准变比。本申请提供的电压跌落的分析方法，适用于自产供电相电源的接地故障电流补偿系统的电压跌落计算，为自产供电相电源的接地故障电流补偿系统的实施提供了理论依据，为自产供电电源型接地补偿系统的工程应用提供了一种简便、准确的补偿分析方法。

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为本申请实施例提供的一种全补偿系统电压跌落的分析方法步骤流程示意图；

图2为本申请实施例提供的自产供电相电源的接地故障电流补偿系统结构示意图；

图3为为变压器等效漏抗、调压器及负载阻抗归算到相供电电源产生器一次侧的复合序网图；

图4为图3中的等效电路图；

图5为变压器等效漏抗、调压器及负载阻抗归算到相供电电源相位补偿器二次侧的复合序网图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

请参考附图1，附图1为本申请实施例提供的一种全补偿系统电压跌落的分析方法步骤流程示意图，如图所示，本申请提供的全补偿系统电压跌落的分析方法，包括以下步骤：

确定单相接地故障时，完全补偿状态下，系统三相电压初始值及故障相电压各序分量；

计算相供电电源相位补偿器二次侧电流及故障相电流各序分量；

计算相供电电源相位补偿器的一次侧各相电流及故障相电流各序分量；

计算相供电电源产生器一次侧各相电流及故障相电流各序分量；

将相供电电源产生器和相供电电源相位补偿器的漏抗、调压器及负载的阻抗归算到相供电电源产生器一次侧，得到电压、电流和阻抗的表达式；

将相供电电源产生器和相供电电源相位补偿器的漏抗、调压器及负载的阻抗归算到相供电电源产生器二次侧，得到相供电电源相位补偿器二次侧输出电压；

根据所述相供电电源相位补偿器二次侧输出电压以及完全补偿状态下负载获得的电压，得到调压器变化比k，实现接地故障电弧的全补偿基准变比。

本申请实施例提供的电压跌落的分析方法，通过将调压器一次侧电流及故障相电流各序分量逐步归算到相供电电源产生器一次侧，建立了相供电电源产生器一次侧复合序网图，获得了调压器变比与相供电电源产生器、相供电电源相位补偿器、调压器的漏抗及负载阻抗的关系，计算出调压器变比，从而实现接地故障电弧的全补偿基准变比。

可选的，所述计算相供电电源相位补偿器二次侧电流及故障相电流各序分量，包括计算调压器一次侧电流及故障相电流各序分量。

进一步的，请参考附图2，为本申请实施例提供的全补偿系统电压跌落的分析方法适用的自产供电相电源的接地故障电流补偿系统结构示意图，该系统包括相供电电源产生器、相供电电源相位补偿器和调压器；所述相供电电源产生器、相供电电源相位补偿器皆为Δ/Y联结的三相变压器系统，该分析方法适用于此结构的自产供电相电源的接地故障电流补偿系统的电压跌落计算。

如图2中所示，以A相发生接地故障为例对上述方法进行说明，具体包括以下步骤：

(1)确定单相接地故障时，完全补偿状态下，系统三相电压初始值及故障相电压各序分量；

以对称分量法分解得到故障相电压各序分量：

其中，

为故障相电源电动势，

为故障相正序电压，

为故障相负序电压，

为故障相零序电压。

(2)计算调压器一次侧电流即相供电电源相位补偿器二次侧电流及故障相电流各序分量；

设补偿电流为

用标幺值表示且k_*＝1，则调压器一次侧电流即相位补偿变压器二次侧电流分别为

以对称分量法分解得到故障相电流各序分量：

其中，

为相供电电源相位补偿器二次侧故障相正序电流，

为相供电电源相位补偿器二次侧故障相负序电流，

为相供电电源相位补偿器二次侧故障相零序电流。

(3)计算相供电电源相位补偿器的一次侧各相电流及故障相电流各序分量；

根据Δ/Y变压器的负序分量变号原则，计算得到相供电电源相位补偿器的一次侧各相电流分别为：

以对称分量法分解得到故障相电流各序分量：

其中，

为相供电电源相位补偿器一次侧故障相正序电流，

为相供电电源相位补偿器一次侧故障相负序电流，

为相供电电源相位补偿器一次侧故障相零序电流。

(4)计算相供电电源产生器一次相电流及故障相各序电流分量；

根据Δ/Y变压器的负序分量变号原则，计算得到相供电电源产生器一次侧各相电流分别为：

以对称分量法分解得到故障相电流各序分量：

其中，

为相供电电源产生器一次侧故障相正序电流，

为相供电电源产生器一次侧故障相负序电流，

为相供电电源产生器一次侧故障相零序电流。

(5)将相供电电源产生器和相供电电源相位补偿器的漏抗、调压器及负载的阻抗归算到相供电电源产生器一次侧，得到电压、电流和阻抗的表达式；

具体地，将相供电电源产生器和相供电电源相位补偿器的漏抗、调压器及负载的阻抗归算到相供电电源产生器一次侧，做出复合序网参见图3。

记：Z_1Σ为正序阻抗，Z_2Σ为负序阻抗，E_Σ为故障相电动势，各参量有如下关系：

由此，图3的等效电路图参见图4。

(6)将相供电电源产生器和相供电电源相位补偿器的漏抗、调压器及负载阻抗归算到相供电电源相位补偿器二次侧，得到相供电电源相位补偿器二次侧输出电压；

具体地，将相供电电源产生器和相供电电源相位补偿器的漏抗、调压器及负载阻抗归算到相供电电源相位补偿器二次侧，做出复合序网图参见图5，由此得到相供电电源相位补偿器二次侧输出电压，即图中L处的电压为：

其中，

为相供电电源相位补偿器二次侧输出电压，m为相供电电源产生器的变比，n为相供电电源相位补偿器的变比，Z'_L为负载归算到相供电电源相位补偿器二次侧的等效阻抗，X_T31为调压器的等效阻抗，X'_T21为相供电电源相位补偿器漏抗归算到其二次侧的等效阻抗，X″_T11为相供电电源产生器漏抗归算到相供电电源相位补偿器二次侧的等效阻抗。

且

X′_L＝k²Z_L。

完全补偿状态下负载获得的电压为

不考虑相位变化，相供电电源相位补偿器二次侧输出电压满足下式：

因此：

其中，k为调压器变比。

(7)求解一元四次方程得到调压器变比k。

由式(1)和式(2)可得：

简化得到：

上式中，a、b、c、d、e均为各项系数，解上式一元四次方程可得到调压器变比k。

可选的，所述自产供电相电源的接地故障电流补偿系统电压的跌落值包括相供电电源产生器、相供电电源相位补偿器、调压器及负载设备自身损耗。

可选的，所述相供电电源产生器、相供电电源相位补偿器、调压器的漏抗参数根据变压器的短路阻抗电压计算得到。

可选的，所述根据所述相供电电源相位补偿器二次侧输出电压以及完全补偿状态下负载获得的电压，得到调压器变化比k，实现接地故障电弧的全补偿基准变比，包括：

将所述调压器变化比设置为，调压器在系统正常运行时进行变比微调，确定最优调压器变比，实现接地故障电弧的全补偿基准变比。

以下结合具体实例，说明调压器变比的计算过程。

变压器的漏抗参数可根据变压器的短路阻抗电压计算获得，本实施例中相供电电源产生器和相供电电源相位补偿器的铭牌参数一致，其额定容量为6MVA，其一次额定电压等于二次额定电压为10kV，短路阻抗电压百分比为1％，相供电电源产生器和相供电电源相位补偿器的额定变比均为1，即m＝n＝1。忽略变压器直流电阻、激磁电抗、铁损，根据变压器等效电路，相供电电源产生器及相供电电源相位补偿器的一次侧等效漏抗为：

其中，U_1E为一次额定电压，U_2k为二次额定电压，I_2k为二次额定电流，γ为阻抗电压百分比。

调压器的额定容量为2MVA，一次额定电压为

阻抗电压百分比为1％，计算得到调压器一次绕组等效漏抗X_T31＝5Ω。

负载为容性，阻抗Z_L＝-10Ω。

将上述参数值代入式(3)可得：

求解上述一元四次方程，可得调压器变比k＝1.5412。

本申请实施例提供的一种全补偿系统电压跌落的分析方法，通过将调压器一次侧电流及故障相电流各序分量逐步归算到相供电电源产生器一次侧，建立了相供电电源产生器一次侧复合序网图，获得了调压器变比与相供电电源产生器、相供电电源相位补偿器、调压器的漏抗及负载阻抗的关系，计算出调压器变比，从而实现接地故障电弧的全补偿基准变比。本申请提供的电压跌落的分析方法，适用于自产供电相电源的接地故障电流补偿系统的电压跌落计算，为自产供电相电源的接地故障电流补偿系统的实施提供了理论依据，为自产供电电源型接地补偿系统的工程应用提供了一种简便、准确的补偿分析方法。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种全补偿系统电压跌落的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

确定单相接地故障时，完全补偿状态下，系统三相电压初始值及故障相电压各序分量；

计算相供电电源相位补偿器二次侧电流及故障相电流各序分量；

计算相供电电源相位补偿器的一次侧各相电流及故障相电流各序分量；

计算相供电电源产生器一次侧各相电流及故障相电流各序分量；

将相供电电源产生器和相供电电源相位补偿器的漏抗、调压器及负载的阻抗归算到相供电电源产生器一次侧，得到电压、电流和阻抗的表达式；

将相供电电源产生器和相供电电源相位补偿器的漏抗、调压器及负载的阻抗归算到相供电电源产生器二次侧，得到相供电电源相位补偿器二次侧输出电压；

根据所述相供电电源相位补偿器二次侧输出电压以及完全补偿状态下负载获得的电压，得到调压器变化比k，实现接地故障电弧的全补偿基准变比。

2.根据权利要求1所述的全补偿系统电压跌落的分析方法，其特征在于，所述计算相供电电源相位补偿器二次侧电流及故障相电流各序分量，包括计算调压器一次侧电流及故障相电流各序分量。

3.根据权利要求1所述的全补偿系统电压跌落的分析方法，其特征在于，所述方法用于包括相供电电源产生器以及相供电电源相位补偿器皆为△/Y联结的三相变压器系统；

所述方法用于自产供电相电源接地故障电流补偿系统。

4.根据权利要求3所述的全补偿系统电压跌落的分析方法，其特征在于，所述自产供电相电源的接地故障电流补偿系统电压的跌落值包括相供电电源产生器、相供电电源相位补偿器、调压器及负载设备自身损耗。

5.根据权利要求1所述的全补偿系统电压跌落的分析方法，其特征在于，所述相供电电源产生器、相供电电源相位补偿器、调压器的漏抗参数根据变压器的短路阻抗电压计算得到。

6.根据权利要求1所述的全补偿系统电压跌落的分析方法，其特征在于，所述根据所述相供电电源相位补偿器二次侧输出电压以及完全补偿状态下负载获得的电压，得到调压器变化比k，实现接地故障电弧的全补偿基准变比，包括：

将所述调压器变化比设置为，调压器在系统正常运行时进行变比微调，确定最优调压器变比，实现接地故障电弧的全补偿基准变比。

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