電網(wǎng)電容電流間接測量方法的研究

1、華北電力大學(xué)（保定） 碩士學(xué)位論文電網(wǎng)電容電流間接測量方法的研究 姓名：韋良 申請學(xué)位級別：碩士 專業(yè)：電力系統(tǒng)及其自動化 指導(dǎo)教師：田建設(shè) 20081220 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要 摘 要 本文對電網(wǎng)對地電容電流的測量方法，進行了詳細的理論分析，并做了大量的仿真實驗，指出了各測量方法的適用范圍、優(yōu)點及局限性。深入研究了基于信號注入法的電網(wǎng)對地電容電流測量方法，并在三頻法、分頻法和掃頻法的基礎(chǔ)上，對中性點不接地電網(wǎng)電容電流的測量方法進行了合理的改進，提出了基于改進信號注入法的電容電流測量新技術(shù)。通過在電壓互感器二次側(cè)注入幅值相同、頻率不同的電流信號，采用先掃頻然后注入定頻信號的測量方法，

2、建立關(guān)系方程來計算系統(tǒng)的電容電流。理論分析和仿真實驗顯示，該方法比三頻法和分頻法有更高的準確度、使用更簡便?；诟倪M后的信號注入法，完成了以單片機為核心的電容電流測量裝置的軟件和硬件設(shè)計。關(guān)鍵詞：電容電流，間接測量方法，信號注入法，測量裝置 鋤 仃 、，【 鋤 丑 ，柚 們 鋤 印 弱 弘 咖 觴 跚雒盤 ；細伽 躚 印缸， 嬲 伊 【 鋤【 脅 ，玎 薩 也 鋤鋤觚鋤丘衄 巧 ，柚 璐啪（卻柚 姐 璐 鋤觚 面， 也鋤 孫 勰 舔叩帆觚 徹 也 勰 托 （ ） ： 玎； 筋 ； 印 ； 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要 摘 要 本文對電網(wǎng)對地電容電流的測量方法，進行了詳細的理論分析，并做了大量的

3、仿真實驗，指出了各測量方法的適用范圍、優(yōu)點及局限性。深入研究了基于信號注入法的電網(wǎng)對地電容電流測量方法，并在三頻法、分頻法和掃頻法的基礎(chǔ)上，對中性點不接地電網(wǎng)電容電流的測量方法進行了合理的改進，提出了基于改進信號注入法的電容電流測量新技術(shù)。通過在電壓互感器二次側(cè)注入幅值相同、頻率不同的電流信號，采用先掃頻然后注入定頻信號的測量方法，建立關(guān)系方程來計算系統(tǒng)的電容電流。理論分析和仿真實驗顯示，該方法比三頻法和分頻法有更高的準確度、使用更簡便?；诟倪M后的信號注入法，完成了以單片機為核心的電容電流測量裝置的軟件和硬件設(shè)計。關(guān)鍵詞：電容電流，間接測量方法，信號注入法，測量裝置 鋤 仃 、，【 鋤 丑

4、，柚 們 鋤 印 弱 弘 咖 觴 跚雒盤 ；細伽 躚 印缸， 嬲 伊 【 鋤【 脅 ，玎 薩 也 鋤鋤觚鋤丘衄 巧 ，柚 璐啪（卻柚 姐 璐 鋤觚 面， 也鋤 孫 勰 舔叩帆觚 徹 也 勰 托 （ ） ： 玎； 筋 ； 印 ； 聲 尸 明 本人鄭重聲明：此處所提交的碩士學(xué)位論文電網(wǎng)電容電流間接測量方法的研究，是本人在華北電力大學(xué)攻讀碩士學(xué)位期間，在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作和取得的研究成果。據(jù)本人所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得華北電力大學(xué)或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論

5、文中作了明確的說明并表示了謝意。 學(xué)位論文作者簽名： 墅毯 日 期： 關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的說明 本人完全了解華北電力大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保管、并向有關(guān)部門送交學(xué)位論文的原件與復(fù)印件；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印或其它復(fù)制手段復(fù)制并保存學(xué)位論文；學(xué)校可允許學(xué)位論文被查閱或借閱；學(xué)?？梢詫W(xué)術(shù)交流為目的，復(fù)制贈送和交換學(xué)位論文；同意學(xué)?？梢杂貌煌绞皆诓煌襟w上發(fā)表、傳播學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容。 （涉密的學(xué)位論文在解密后遵守此規(guī)定） 豢 作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 日 期： 他畢 日 期： 益幽 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論電容電流簡介 電力線路與大地之間總是存在分布式的

6、電容，無法在對地電容支路上接電流表進行直接測量。對于配電系統(tǒng)來說，由于電源中性點一般不直接接地，當(dāng)輸電線路單相接地時流過故障點的電流不是短路電流，而是線路對地電容產(chǎn)生的電容電流。 從圖中的向量圖可以看出，當(dāng)相接地后，、相的對地電壓上升為線電壓，電流通過、相的對地電容流入接地點，形成電容電流，從向量圖中可以看出，兩個電流。和。疊加后形成電容電流增大了倍。因此，電容電流尼。棚，這個電流也是系統(tǒng)正常運行時流過三相對地電容的電流數(shù)值之和。 圖卜電容電流向量圖電容電流測量概述 我國的中壓配電網(wǎng)大多采用中性點不接地、經(jīng)消弧線圈補償接地和經(jīng)電阻接地的運行方式。在一些中性點不接地的中壓配電網(wǎng)中，隨著供電網(wǎng)絡(luò)的

7、發(fā)展，特別是電纜線路應(yīng)用的日益廣泛，導(dǎo)致線路在發(fā)生單相接地故障時，流過故障點的電容電流過大，接地電弧很難熄滅，從而產(chǎn)生弧光接地過電壓，并且可能造成兩相短路等惡劣的事故。為確保接地電弧的可靠熄滅，需要安裝消弧線圈來補償電網(wǎng)的電容電流，在單相接地故障時，消弧線圈與電網(wǎng)對地電容構(gòu)成并聯(lián)諧振回路，消弧線圈運行在諧振點附近，使電感電流與電網(wǎng)電容電流互相抵消，從而減小故障點電流，保證接地電弧可靠自熄，這種中性點經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)，稱為諧振接地系統(tǒng)。電網(wǎng)的電容電流精確測量是消弧線圈合理補償?shù)那疤幔欠裥枰惭b消弧線圈以及選擇消弧線圈的容量，需要知道電網(wǎng)的對地電容電流值。對于中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)，需要電

8、網(wǎng)的對地電容電流值，來選擇接地電阻值的大小。同時，配電網(wǎng)對地電容值也是分析鐵磁諧振的重要參數(shù)。因此，無論對于何種接地方式的配電網(wǎng)，測量 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文系統(tǒng)的對地電容電流值是不可或缺的。測量電容電流的必要性 測量配網(wǎng)電容電流是必要的，據(jù)統(tǒng)計配電網(wǎng)的故障很大程度是由于線路單相接地時電容電流過大而無法自行息弧引起的。因此，規(guī)程規(guī)定：當(dāng)和系統(tǒng)電容電流分別大于和時，應(yīng)裝設(shè)消弧線圈補償電容電流，否則，將會在單相接地時由于電弧重燃，產(chǎn)生很高的過電壓，危及健全相的絕緣而造成兩相短路故障。由于單相接地故障而引發(fā)配電網(wǎng)的事故屢見不鮮。例如，年月和年月南方某供電局的城東變電站就連續(xù)兩年因為單相接地故障而引

9、起的絕緣擊穿事故，造成套管炸裂、兩相短路，大面積停電十多小時，造成較嚴重的經(jīng)濟損失和較大的社會影響。類似的事故在全國都有發(fā)生，有時甚至“火燒連營”，將整個配電網(wǎng)的開關(guān)柜全部燒掉。要解決這個問題就要對配電網(wǎng)的電容電流經(jīng)常監(jiān)測，對電容電流大的配電網(wǎng)采用消弧線圈進行補償，或采取相應(yīng)的限制過電壓的措施。 消弧線圈自動調(diào)諧裝置能夠準確、及時地進行調(diào)諧，關(guān)鍵在于系統(tǒng)正常運行中，精確地測量出系統(tǒng)對地電容的容抗，據(jù)此計算出單相接地電容電流。電容電流測量方法的準確度和適用性，決定了自動調(diào)諧裝置調(diào)諧效果的好壞。因此，電容電流的測量對于整個消弧線圈自動調(diào)諧裝置來說是非常重要的。電網(wǎng)故障接地點的電容電流都無法帶負荷直

10、接測量，因此各種消弧線圈自動調(diào)諧裝置多選用間接測量法進行測量、計算，來獲取對電網(wǎng)對地容抗。間接測量方法眾多，而且各種方法的性能不一，因此采取那一種測量方法對于計算電網(wǎng)對地容抗來說有著不同的準確度。如何選取一種既可靠、實用，又有較高準確度的測量方法，是消弧線圈自動調(diào)諧系統(tǒng)追求的目標(biāo)。測量電容電流的意義 準確的測量電容電流可以使消弧線圈正確動作，最大限度的減小接地殘流，使接地電弧熄滅，避免兩相短路等更加惡劣事故的發(fā)生。準確測量中性點不接地電網(wǎng)的對地電容電流，可以為該電網(wǎng)選擇正確的接地方式提供數(shù)據(jù)。因此，無論對于何種接地方式的配電網(wǎng)，測量系統(tǒng)的對地電容電流值是不可或缺的。 配電網(wǎng)對地電容也是分析鐵磁

11、諧振的重要參數(shù)。配電網(wǎng)的對地電容（對應(yīng)電容電流的大小）和的參數(shù)配合會產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓，為了驗證該配電系統(tǒng)是否會發(fā)生諧振及發(fā)生什么性質(zhì)的諧振，必須準確地測量配電網(wǎng)的對地電容值。通過測量電容值后才會知道該配電系統(tǒng)是否在的諧振區(qū)域，從而采取相應(yīng)的措施抑制諧振過電壓的發(fā)生。 綜上所述，測量電容電流是保證配電網(wǎng)安全運行的一項有重要意義的工作。 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 早期測量電容電流一般采用單相金屬接地法，就是將配網(wǎng)線路人為地進行單相接地試驗，然后通過電流互感器直接測量入地的電容電流。這種方法需要的操作及安全措施非常繁雜，而且有可能危及非接地相絕緣薄弱處的絕緣造成兩相異?囟搪罰懿話踩鍪

12、匝楣鞫允匝槿嗽焙團渫低車陌踩鉤賞玻匝櫚奈招院艽蟆虼?？d蕕緦韉募浣硬飭糠椒難芯慷雜詰繽惱誦惺嗆苤匾摹?電容電流的測量主要分為兩方面，即中性點不接地電網(wǎng)的電容電流測量和中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)的電容電流測量。對于中性點不接地電網(wǎng)，電容電流的測量主要用于選擇合理的電網(wǎng)接地方式。對于經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)，電容電流測量主要用于消弧線圈的正常運行以及進行精確補償。中性點不接地或消弧線圈退出運行電網(wǎng) 中性點不接地電網(wǎng)的電容電流測量方法主要有以下幾種： 偏置電容法，在工程應(yīng)用的比較多，它可以較為簡單實用的測量出電容電流。這種方法采用在三相輪流添加電容的方法，通過解方程組來確定電容電流的大小，采用改進的三相一輪

13、法能夠獲得高測量的準確度。 人工中性點法，在線路的每相接入對地電容，具有測量精度高，接入對地電容小，對系統(tǒng)沖擊小等優(yōu)點而被廣泛采用。但是，當(dāng)接入的對地電容數(shù)值選擇不合適時，將會產(chǎn)生很大的測量誤差，甚至?xí)霈F(xiàn)負值開根號的情況¨。 隨著微機技術(shù)和測控技術(shù)的發(fā)展，分頻法在中性點不接地電網(wǎng)（或消弧線圈退出運行）電容電流測量中有著廣泛的應(yīng)用。這種方法的基本思路是從母線電壓互感器二次開口三角端注入個或個頻率不同、幅值相同的電流信號，并通過自適應(yīng)技術(shù)，選取合適的注入信號頻率，通過矢量分析計算出配電網(wǎng)電容電流值，并且已經(jīng)由此開發(fā)出了實用性很強的測量裝置，在配電網(wǎng)電容電流測量中得到了廣泛的應(yīng)用。中性點

14、經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng) 對于中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)，其電容電流測量方法一般有下面幾種：諧振法、三點法、兩點法、阻抗三角形法、綜合信息法、信號注入法等。信號注入法又分為附加電壓源法和注入變頻恒流源法】。 諧振法是利用串聯(lián)諧振試驗測得的中性點電壓曲線來計算電網(wǎng)的電容。它簡單、最易實現(xiàn)。但是，前提是在電網(wǎng)的不對稱度較小的時候也可以采用這種方法，或者消弧線圈串聯(lián)或者并聯(lián)電阻后方可采用這種方法。當(dāng)消弧線圈和電網(wǎng)電容發(fā) 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文生諧振時，中性點電壓的位移就會很大，會對電力網(wǎng)和設(shè)備的安全運行造成危害，嚴重的時候可能會發(fā)生短路故障。 節(jié)點方程法，主要應(yīng)用在電網(wǎng)有一定的不平衡度的時候，通過改變消弧

15、線圈的電感值引起消弧線圈兩端電壓發(fā)生變化，消弧線圈中的電流隨之改變。然后檢測電壓、電流值以及相應(yīng)的相角差。利用解方程的方法，間接計算出系統(tǒng)單相接地電容電流，據(jù)此調(diào)諧消弧線圈。 阻抗三角形法也類似于節(jié)點方程法，通過改變消弧線圈電感值間接計算系統(tǒng)的容抗。這種調(diào)諧原理適用于消弧線圈串聯(lián)電阻的接地方式，常應(yīng)用在帶有載開關(guān)調(diào)匝式消弧線圈的自動跟蹤補償裝置中。無法連續(xù)調(diào)節(jié)電感量只能將裝置調(diào)整到離諧振點最近的分接頭處，調(diào)整精度會受到分接頭的設(shè)置和電網(wǎng)波動的影響。同時，由于用到各分接頭的電抗值，所以要考慮消弧線圈在端電壓很小時的非線性失真問題。 綜合信息法是在綜合考慮比較平衡電網(wǎng)和有一定不平衡電網(wǎng)的條件下提出

16、的。在比較平衡的電網(wǎng)中可以采取類似于調(diào)諧法的原理，即無論造成中性點電壓位移的主要原因是什么，我們總可以通過連續(xù)的調(diào)節(jié)消弧線圈電感量使中性點電壓達到最大值，此時消弧線圈的感抗就等于電網(wǎng)的對地總?cè)菘?。在有一定不平衡度電網(wǎng)中采用不忽略電網(wǎng)阻尼率時的節(jié)點方程法。 注入工頻信號法【巧，注入工頻信號后，調(diào)節(jié)消弧線圈電感值，通過檢測附加電壓與電流之間的相位關(guān)系，即可實現(xiàn)自動調(diào)諧。這種調(diào)節(jié)原理存在的缺點是：中性點經(jīng)消弧線圈接地以后的電網(wǎng)，其偏移電壓要將原來中性點不接地的自然偏移電壓放大，長期存在會對設(shè)備絕緣產(chǎn)生不良后果，還會引起各級接地保護裝置誤動作。另外，電網(wǎng)正常運行時中性點位移電壓對該方法調(diào)節(jié)精度影響較大

17、，所以這些問題都限制了該方法的使用。國外有文獻提出了采用在中性點注入工頻恒流信號來測量電網(wǎng)電容電流的方法，注入的信號會在中性點產(chǎn)生的電壓，與系統(tǒng)正常運行時的電壓相疊加可能會對系統(tǒng)產(chǎn)生較壞影響，這種情況在脫諧度較小的時候尤其嚴重，這種方法需要檢測注入信號前后的中性點電壓的相位，這種非同期測量很容易造成相角錯誤，從而造成電容電流值的計算錯誤。 中性點附加電源法是在中性點的消弧線圈上附加一個信號源，用于附加信號源的變壓器串聯(lián)或并接在系統(tǒng)零序回路中，相當(dāng)于一個阻抗變換器，它反映了系統(tǒng)的零序回路阻抗的狀況【。注入變頻?懔髟捶殼把芯康謀冉隙啵且恢直冉獻既貳燜俚牡縟蕕緦韃飭糠椒牟飭糠絞絞竊諳低癡誦惺苯械模&

18、#252;酉呷尾啵虼酉呷校遠尾啵氡淦島懔髟床飭肯低承癡衿德剩撲閬低懲研扯群偷縟蕕緦鰨萃研扯鵲髡呷滴煌瓿上呷遠饜場荊貳福臁庵址椒扌璧鶻詰綹校扌柰排浜希既仿矢擼惴虻榷庵址? 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文法的缺點是：掃頻速度慢，信號源的制作較為復(fù)雜，主要應(yīng)用于隨調(diào)試消弧線圈系統(tǒng)。本課題的主要內(nèi)容及意義 （）對電網(wǎng)電容電流測量方法進行詳細研究。在不同接地情況下，分析各種電容電流測量方法的原理、適用范圍，并通過仿真實驗對這些方法做出評價。 （）在現(xiàn)有的測量方法的基礎(chǔ)上，改進中性點不接地電網(wǎng)電容電流的測量方法。深入研究三頻法和分頻法測量電網(wǎng)電容電流的特點，并據(jù)此對信號注入法進行改進，使改進后的測量方法能夠有更高的準確度和較大的適用范圍。 （）在改進信號注入法的基礎(chǔ)上，設(shè)計新型電網(wǎng)電容電流測量裝置。該裝置以單片機為核心，具有設(shè)計簡單、易用的優(yōu)點。 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章電容電流的測量方法 需要測量電容電流的電網(wǎng)，按其接地方式主要分為中性點不接地電網(wǎng)和經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)。 測量中性點不接地電網(wǎng)的電容電流，主要用于工程評估以及選擇電網(wǎng)的接地方式。測量中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)的電容電流，主要用于消弧線圈的準確調(diào)諧精確補償。中性點不接地電網(wǎng)電容電流的測量人工中性點法 人工中性點法的測量原理如圖所示：、分別為、三相線路的對地電容。電源側(cè)采用三角