一种电磁式电压互感器铁磁谐振消除的控制方法

摘要

本发明公开了一种电磁式电压互感器铁磁谐振消除的控制方法，实时计算电压互感器开口三角绕组电压中所包含的三分频、二分频和三倍频谐波分量和工频分量，当其值超过对应谐振判据的设定值时，依据谐振频率的不同，对并接于电压互感器开口三角绕组两端的电子开关消谐回路，分别设置相应的单次导通持续时间、相邻导通状态间隔时间和最大触发导通次数，通过差异化的脉冲式导通控制方法，提高消谐有效性和成功率。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统领域，更具体地涉及电磁式电压互感器铁磁谐振的识别和消除方法。

背景技术

在中性点非直接接地系统中，一些用于测量对地绝缘的电压互感器，其原边绕组的中性点直接接地，当发生空载母线合闸、单相接地故障消失或者系统负荷剧烈变化时，电压互感器的励磁电感会出现非线性变化，可能会与系统对地电容形成参数匹配，从而引发铁磁谐振现象，引起系统过电压和TV过电流，进而造成绝缘破坏接地或相间故障，以及TV熔丝熔断、烧毁或爆炸，甚至还会出现避雷器爆炸、弱绝缘闪络、接地选线装置误动等故障，严重影响系统安全运行。

引起铁磁谐振的扰动情况较多，其中最常见扰动情况是短时单相接地故障，在单相接地故障期间，未接地相的电压升高至线电压，线路、母线对地电容被充上与线电压相对应电荷，接地故障消失后，线路电压恢复，对地电容上的多余电荷短时间内通过电压互感器中性点释放，引起电压互感器饱和，其饱和后的励磁电感若和系统对地电容满足匹配关系就可能激发谐振。

目前一种常见的应对措施是装设微机消谐装置，该装置的基本原理是：装置接入电压互感器二次开口三角电压，通过电压谐波特征及谐波分量大小识别铁磁谐振，当电压互感器发生铁磁谐振时，在电压互感器开口三角绕组处通过电子开关器件多次短时触发短接(或接入小的阻尼电阻R_△)，破坏谐振产生条件，从而消除谐振。

依据美国H.A.Peterson和行业技术人员试验研究结果，随着系统对地容抗与电压互感器励磁感抗比值(X_co/X_Le)的增大，在相应扰动情况下，电压互感器依次可能发生分频谐振、工频谐振和高频谐振。

现有的微机消谐装置识别出铁磁谐振后，电子开关器件的导通关断方法较为简单，对于不同频率的谐振，预设相同的导通时间、导通状态间隔时间(即关断时间)，这些装置在现场应用中消谐效果差异较大，消谐速度慢，且整体消谐成功率偏低。而且，一些装置未预设最大导通次数限制，由于铁磁谐振在消谐不成功时可能长时间存在，可能导致装置按照预设的导通关断方法持续触发开口三角回路，装置消谐电路中流过较大的脉冲式消谐短路电流，在较长时间作用下，可能导致消谐电路的硬件烧损或元器件损坏。

微机消谐装置识别出铁磁谐振后触发消谐控制，常见的消谐控制方法见图4。对于不同频率的谐振，预设相同的导通时间t_on为0.5s、导通状态间隔时间t_off为0.5s(即关断时间)，直至预设的最大消谐导通次数，或直至谐振现象消失。

发明内容

本发明的目的是：提供一种电压互感器二次消谐装置的铁磁谐振消除控制方法，针对不同的谐振频率，采用了差异化消谐控制方法，以提高消谐的有效性和成功率。

为达到上述目的，本发明提供了一种电磁式电压互感器铁磁谐振消除的控制方法，依据电压互感器二次电压特征来判别铁磁谐振，针对不同的谐振频率，分别设置不同的导通参数控制并接于电压互感器开口三角绕组两端的电子开关消谐电路的导通或关断来消除铁磁谐振，所述导通参数包括：单次导通持续时间、相邻导通状态间隔时间。

进一步地，所述导通参数还包括最大触发导通次数。

进一步地，通过实时计算电压互感器开口三角绕组电压中所包含的三分频、二分频和三倍频谐波分量和工频分量，当上述任一频率分量幅值超过预设的对应频率的谐振定值门槛时，判定该电压互感器发生了铁磁谐振。

进一步地，所述最大触发导通次数是指经过单次或多次消谐触发后，若谐振特征仍未消失，则电子开关回路导通次数达到最大触发导通次数后，不再进行导通触发操作。

进一步地，对于三分频谐振和二分频谐振，单次导通持续时间t₁，相邻导通状态间隔时间为t₂，其中，0.25s≤t₁≤0.5s，0.5s≤t₂≤1s。

进一步地，对于三分频谐振和二分频谐振，最大触发导通次数为n₁，n₁≤3。

进一步地，对于工频谐振，单次导通持续时间t₃，相邻导通状态间隔时间为t₄，其中，0.1s≤t₃≤0.3s，0.5s≤t₄≤1s。

进一步地，对于工频谐振，最大触发导通次数为n₂，n₂≤6。

进一步地，对于三倍频谐振，单次导通持续时间t₅，相邻导通状态间隔时间为t₆，其中，0.1s≤t₅≤0.3s，0.15s≤t₆≤0.5s。

进一步地，对于三倍频谐振，最大触发导通次数为n₃，n₃≤12。

进一步地，所述实时计算电压互感器开口三角绕组电压中所包含的三分频、二分频和三倍频谐波分量和工频分量的方法是：采用傅氏算法根据当前时刻之前一个电气周期的电压采样值直接计算各频率分量的有效值；或者首先采用窄带滤波算法从开口三角电压中滤出各频率电压分量，然后通过傅氏算法或均方根算法根据当前时刻之前一个电气周期的电压采样值计算出有效值。

进一步地，通过实时计算电压互感器开口三角绕组电压中所包含的三分频、二分频和三倍频谐波分量和工频分量，当上述任一频率分量幅值超过预设的对应频率的谐振定值门槛时，判定该电压互感器发生了相应频次的铁磁谐振。

本发明的有益效果是：

1、在不改变消谐基本原理和硬件设备构成的前提下，通过优化微机消谐装置的电子开关导通控制方法，提高消谐的有效性和成功率。

2、通过预设最大导通次数限制，防止铁磁谐振在消谐不成功时长时间存在导致装置按照预设的导通关断方法持续触发开口三角回路造成的消谐电路的硬件烧损或元器件损坏。

附图说明

图1是典型的10kV配电网系统主接线图；

图2是微机消谐装置的基本原理图；

图3是电压互感器铁磁谐振的典型识别判据；

图4是微机消谐装置常见的消谐控制方法示意图；

图5是本发明提供的微机消谐装置消谐控制方法示意图。

具体实施方式

以下将结合附图以及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。

典型的某10kV配电网系统主接线图如图1所示。针对图中的10kV的I母电压互感器和II母电压互感器分别装设微机消谐装置，装置引入电压互感器的开口三角电压用于检测铁磁谐振，同时该电压输入回路并接于装置的消谐模块，在铁磁谐振发生时，按照预设的控制逻辑，导通消谐模块的可控硅电子开关，通过多次消谐触发，消除铁磁谐振。其基本原理如图2所示。

对于同一台电压互感器，当系统对地电容较大时，易发生分频谐振，相应的，由于系统对地电容上需释放的多余电荷更多，并接与电压互感器开口三角绕组两端的消谐电路应维持更长的导通触发时间；系统对地电容较小时，易发生高频谐振，相应的，消谐电路仅需维持较短的导通触发时间即可消除谐振。因此本发明所提出如下技术方案，依据电压互感器二次电压特征来判别铁磁谐振，针对不同的谐振频率，分别设置不同的导通参数控制并接于电压互感器开口三角绕组两端的电子开关消谐电路的导通或关断来消除铁磁谐振，所述导通参数包括：单次导通持续时间、相邻导通状态间隔时间。所述导通参数还包括最大触发导通次数。通过实时计算电压互感器开口三角绕组电压中所包含的三分频、二分频和三倍频谐波分量和工频分量，当上述任一频率分量幅值超过预设的对应频率的谐振定值门槛时，判定该电压互感器发生了相应频次的铁磁谐振。当上述任一频率分量幅值超过预设的对应频率的谐振定值门槛时，判定该电压互感器发生了铁磁谐振。

所述实时计算电压互感器开口三角绕组电压中所包含的三分频、二分频和三倍频谐波分量和工频分量的方法是：采用傅氏算法根据当前时刻之前一个电气周期的电压采样值直接计算各频率分量的有效值；或者首先采用窄带滤波算法从开口三角电压中滤出各频率电压分量，然后通过傅氏算法或均方根算法根据当前时刻之前一个电气周期的电压采样值计算出有效值。本实施例中微机消谐装置根据当前时刻之前一个电气周期的电压采样值，通过傅氏算法直接计算三分频、二分频和三倍频谐波电压分量和工频电压分量有效值U_17Hz、U_25Hz、U_150Hz和U_50Hz，若任何一个超过其对应的谐振识别定值门槛U_17Hz,set、U_25Hz,set、U_150Hz,set和U_50Hz,set，则认为发生了铁磁谐振。如图3所示为电压互感器铁磁谐振的典型识别判据，其中，U50Hz、U17Hz、U25Hz和U150Hz分别为电压互感器开口三角绕组电压的工频分量、三分频分量、二分频分量和三倍频分量，U50Hz_,set、U17Hz_,set、U25Hz_,set和U150Hz_,set分别为对应于工频、三分频、二分频和三倍频的铁磁谐振电压判别定值。

对于本实施例，所采用的消谐控制方法见图5，具体描述如下：

(1)对于三分频谐振和二分频谐振，单次导通持续时间t₁，相邻导通状态间隔时间为t₂最大触发导通次数为n₁，其中，0.25s≤t₁≤0.5s，0.5s≤t₂≤1s，n₁≤3；本实施例中单次导通持续时间0.5s，相邻导通状态间隔时间为1s，最大触发导通次数为3次；

(2)对于工频谐振，单次导通持续时间t₃，相邻导通状态间隔时间为t₄，最大触发导通次数为n₂，其中，0.1s≤t₃≤0.3s，0.5s≤t₄≤1s，n₂≤6；本实施例中单次导通持续时间0.25s，相邻导通状态间隔时间为0.5s，最大触发导通次数为6次；

(3)对于三倍频谐振，单次导通持续时间t₅，相邻导通状态间隔时间为t₆，最大触发导通次数为n₃，其中，0.1s≤t₅≤0.3s，0.15s≤t₆≤0.5s，n₃≤12；本实施例中单次导通持续时间0.15s，相邻导通状态间隔时间为0.35s，最大触发导通次数为12次。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何等同替换或改动，并不超出本发明保护范围。