基于故障相残压的全补偿系统补偿变压器分压比设计方法

技术领域

本申请涉及电力系统配电网补偿技术领域，尤其涉及一种基于故障相残压的全补偿 系统补偿变压器分压比设计方法。

背景技术

国内外配电网单相接地故障占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。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，且存在高阻接地时，继电保护拒动的风险。

为能够彻底消除单相接地故障危害，同时保证供电可靠性，国内外提出了诸多完全补偿 单相接地故障点电流的方法。例如：瑞典SwedishNeutral制造的GFN(接地故障中和器)为代 表的利用电力电子有源电源实现接地故障全补偿，以及一种配电网接地故障消弧和保护方法 (CN102074950A)技术原理上亦属于有源全补偿。另一方面，还有一种自产供电相电源的接 地故障电流补偿系统及方法的专利(CN201910992110.3和CN201910992109.0等)，由于利 用相供电电源变换器，并且不存在电力电子电源，其在成本、稳定性方面均有一定优势。补 偿系统在利用调压变压器进行接地补偿调节时，变压器的变比会影响到接地补偿的输出电压， 进而影响系统的补偿效果。

现有专利一种全补偿系统电压跌落的分析方法(CN202010081976.1、CN202010081977.6)、 专利一种自产供电电源接地故障补偿系统补偿调节方法(申请号CN202010081967.2)等给出 了额定变比计算方法，但设计时并未考虑残压的影响，仅给出了额定变比且未考虑残压控制 引入的分压比变化，不能实现配电系统单相接地故障残压的精准控制。因此现有技术尚未有 全补偿系统调压变压器分压比设计的基础理论与计算方法，补偿变压器生产制造成本不宜控 制，工程应用中设计不合格问题常常发生，大大降低了补偿精度，增加了制造成本。

发明内容

本申请提供了一种基于故障相残压的全补偿系统补偿变压器分压比设计方法，以解 决现有技术补偿效果低的问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

本申请提供了一种基于故障相残压的全补偿系统补偿变压器分压比设计方法，所述 设计方法应用于自产供电相电源的接地故障电流补偿系统，所述自产供电相电源的接地 故障电流补偿系统包括：线相变换器、投切开关、控制器和调压变压器，所述线相变换器包括相供电电源产生器和相供电电源相位补偿器，且所述调压变压器不含消弧线圈； 所述方法包括：

预先设定所述自产供电相电源的接地故障电流补偿系统的最大允许残压值；

当所述相供电电源产生器和所述相供电电源相位补偿器的联结组别均为DY时，获取 所述自产供电相电源的接地故障电流补偿系统在单相接地时的最大接地电阻；

基于所述最大允许残压值和所述最大接地电阻获取所述调压变压器的空载电压；

基于所述调压变压器的空载电压获取所述调压变压器的基准变比；

基于所述调压变压器的基准变比确定所述调压变压器的级差。

可选的，所述自产供电相电源的接地故障电流补偿系统的最大允许残压值的设定范 围为0-200V。

可选的，所述获取所述自产供电相电源的接地故障电流补偿系统在单相接地时的最 大接地电阻，包括：

获取自产供电相电源的接地故障电流补偿系统的额定参数，所述额定参数包括：三 相额定相电压和单相对地导纳；

计算单相接地时的最大接地电阻：

其中：

abs表示取模函数。

可选的，所述基于所述最大允许残压值和所述最大接地电阻获取所述调压变压器的 空载电压，包括：

其中：

U

可选的，所述基于所述调压变压器的空载电压获取所述调压变压器的基准变比，包 括：

获取自产供电相电源的接地故障电流补偿系统的额定参数，所述额定参数包括：相 供电电源产生器的电压变比、相供电电源相位补偿器的电压变比、线相变换器的一次侧等效阻抗、调压变压器的一次侧等效阻抗；

计算调压变压器的基准变比：

其中：

k

m为相供电电源产生器的电压变比，n为相供电电源相位补偿器的电压变比；

Z

X

X

X

可选的，所述基于所述调压变压器的基准变比确定所述调压变压器的级差，包括：

其中：

U

m为相供电电源产生器的电压变比，n为相供电电源相位补偿器的电压变比；

abs为取模函数。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请提供了一种基于故障相残压的全补偿系统补偿变压器分压比设计方法，包括： 预先设定自产供电相电源的接地故障电流补偿系统的最大允许残压值；当相供电电源产 生器和相供电电源相位补偿器的联结组别均为DY时，获取自产供电相电源的接地故障电 流补偿系统在单相接地时的最大接地电阻；基于最大允许残压值和最大接地电阻获取调 压变压器的空载电压；基于调压变压器的空载电压获取调压变压器的基准变比；基于调压变压器的基准变比确定调压变压器的级差。本发明给出了一种考虑接地故障相残压的全补偿系统调压变压器分压比设计方法，为独立的全补偿系统调压变压器分压比设计提供了理论基础与计算方法，该设计理论及方法，可有效减少补偿变压器生产制造成本， 避免工程应用中出现设计不合格问题，是全补偿系统设计的重要理论依据，补偿变压器 分压比的优化设计能极大提高补偿精度。

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为本发明实施例提供的基于故障相残压的全补偿系统补偿变压器分压比设计方 法的整体流程图；

图2为本发明实施例中自产供电相电源的接地故障电流补偿系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的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，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。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。

参见图1，为本发明实施例提供的基于故障相残压的全补偿系统补偿变压器分压比 设计方法的整体流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：

S1、预先设定所述自产供电相电源的接地故障电流补偿系统的最大允许残压值；

S2、当所述相供电电源产生器和所述相供电电源相位补偿器的联结组别均为DY时， 获取所述自产供电相电源的接地故障电流补偿系统在单相接地时的最大接地电阻；

S3、基于所述最大允许残压值和所述最大接地电阻获取所述调压变压器的空载电压；

S4、基于所述调压变压器的空载电压获取所述调压变压器的基准变比；

S5、基于所述调压变压器的基准变比确定所述调压变压器的级差。

需要说明的是，本发明实施例提供的基于故障相残压的全补偿系统补偿变压器分压 比设计方法是应用于自产供电相电源的接地故障电流补偿系统的，上述自产供电相电源 的接地故障电流补偿系统为现有技术。

具体的，如图2所示，为本发明实施例中自产供电相电源的接地故障电流补偿系统的结构示意图。

自产供电相电源的接地故障电流补偿系统包括：线相变换器、投切开关3、控制器4和调压变压器5。线相变换器的输入端与母线连接，输出端与投切开关3连接；投切开 关3与调压变压器5的输入端连接，调压变压器5的输出端和系统中性点连接。其中， 线相变换器包括相供电电源产生器1和相供电电源相位补偿器2。调压变压器5不包含 消弧线圈。

下面对各个步骤进行详细描述：

在步骤S1中，预先设定自产供电相电源的接地故障电流补偿系统的最大允许残压值。

具体的，为保证人身安全，本发明实施例中设定自产供电相电源的接地故障电流补 偿系统的最大允许残压值的设定范围为0-200V。

在步骤S2，当相供电电源产生器和相供电电源相位补偿器的联结组别均为DY时，获取自产供电相电源的接地故障电流补偿系统在单相接地时的最大接地电阻。

需要说明的是，在本发明实施例中，相供电电源产生器和相供电电源相位补偿器的 联结组别均为DY连接方式。

具体的，步骤S2包括以下步骤：

S201、获取自产供电相电源的接地故障电流补偿系统的额定参数，包括：三相额定相电压和单相对地导纳。

具体的，系统额定参数的数据来源为本领域技术人员公知的。

S202、计算单相接地时的最大接地电阻。计算公式为：

其中：

abs表示取模函数。

在步骤S3中，基于最大允许残压值和最大接地电阻获取调压变压器的空载电压。

具体的，首先获取自产供电相电源的接地故障电流补偿系统的额定参数，包括：自产供电电源等效导纳。

计算调压变压器的空载电压，计算公式为：

其中：

U

在步骤S4中，基于调压变压器的空载电压获取调压变压器的基准变比。

具体的，步骤S4包括以下步骤：

S401、获取自产供电相电源的接地故障电流补偿系统的额定参数，包括：相供电电源产生器的电压变比、相供电电源相位补偿器的电压变比、线相变换器的一次侧等效阻抗、调压变压器的一次侧等效阻抗。

S402、计算调压变压器的基准变比，计算公式为：

其中：

k

m为相供电电源产生器的电压变比，n为相供电电源相位补偿器的电压变比；

Z

在步骤S5中，基于调压变压器的基准变比确定调压变压器的级差。

具体的，首先获取调压变压器的一次侧额定相电压。再确定调压变压器的级差，计算公式为：

其中：

U

m为相供电电源产生器的电压变比，n为相供电电源相位补偿器的电压变比；

abs为取模函数。

在本发明的一个实施例中，以具体实例说明本方法。

具体的，首先确定系统最大允许残压值为U

获取自产供电相电源的接地故障电流补偿系统的额定参数，包括：系统单相对地分 布电容为1.5uF，系统单相对地导纳

根据计算得到系统单相接地最大接地电阻值为1493Ω。

根据空载电压计算公式，计算在最大允许残压和最大接地电阻情况下调压变压器的 空载电压为5508V。根据全补偿变比公式计算补偿调压变压器的基准变比k

根据调压器变比和级差确定方法确定接地补偿调压变压器的级差为256V。

综上所述，与现有技术相比，具备以下有益效果：

本申请实施例通过预先设定自产供电相电源的接地故障电流补偿系统的最大允许残 压值；当相供电电源产生器和相供电电源相位补偿器的联结组别均为DY时，获取自产供 电相电源的接地故障电流补偿系统在单相接地时的最大接地电阻；基于最大允许残压值 和最大接地电阻获取调压变压器的空载电压；基于调压变压器的空载电压获取调压变压 器的基准变比；基于调压变压器的基准变比确定调压变压器的级差。本发明给出了一种考虑接地故障相残压的全补偿系统调压变压器分压比设计方法，为独立的全补偿系统调压变压器分压比设计提供了理论基础与计算方法，该设计理论及方法，可有效减少补偿 变压器生产制造成本，避免工程应用中出现设计不合格问题，是全补偿系统设计的重要 理论依据，补偿变压器分压比的优化设计能极大提高补偿精度。

需要说明的是，在本说明书中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用 来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或暗示这些实体或 操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。而且，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电路结构、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电路 结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个......” 限定的要素，并不排除在包括所述要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同 要素。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他 实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权 利要求的内容指出。以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。