一种基于分裂绕组的混合型熄弧系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于分裂绕组的混合型熄弧系统及其工作方法，基于分裂绕组的混合型熄弧系统包括：配电变压器、注入变压器、接地变压器、隔离变压器、逆变电源、第一组快速投切开关、第二组快速投切开关。本发明专利技术通过配电变压器与快速投切开关配合，将中性点电压钳位至故障相电压的相反数，可以实现对故障相对地电压的快速抑制，提高了供电可靠性。本发明专利技术通过配电变压器提供大部分需要补偿的功率，可以使逆变电源的容量和体积都大幅降低，能有效降低混合型熄弧系统的成本，更便于用户安装。本发明专利技术解决了现有混合型熄弧系统特征频率信号注入困难的问题，注入电流不受中性点电压等因素的影响，提升了电流注入效果。提升了电流注入效果。提升了电流注入效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于分裂绕组的混合型熄弧系统及其工作方法


[0001]本专利技术涉及配电网保护
，特别涉及一种基于分裂绕组的混合型熄弧系统及其工作方法。

技术介绍

[0002]配电网深入用户终端，运行方式多变，最常发生单相接地故障。统计数据显示，我国10kV配电网的单相接地故障占全部故障的80%以上。中性点接地方式是保证配电网安全稳定运行的重要一环，关系到人身安全、设备绝缘安全与供电可靠性。由于配电网发生单相接地故障时，线电压仍然保持对称，并不影响对负荷的供电与电力设备的正常工作，因而我国中低压配电网一般允许系统发生单相接地故障后继续运行1~2h以提高供电可靠性。由于中性点经消弧线圈接地利用了消弧线圈产生的感性电流与电网的电容电流进行相互抵消，使最终流入接地故障点的短路电流大幅减小从而实现电弧自行熄灭，降低了因单相接地故障引起的绝缘击穿以及跳闸的概率，而成为我国中低压配电网的主要接地方式。
[0003]然而随着经济社会的不断发展，我国对电力的需求急剧增加，加之配电网的规模与结构的不断变化，现有的中性点经消弧线圈接地的接地方式逐渐不能适应配电网的发展。首先，电力电缆在城市配电网中的大量使用，导致电容电流急剧增大，同样采用过补偿10%的消弧线圈补偿后，故障点的过补偿电流也越来越大。同时，配电网中电力电子设备和非线性负荷的大规模使用，导致接地电流中所包含的谐波分量也不容忽视。此外，消弧线圈只能补偿接地电流中的无功分量，对于有功分量无能为力。这三点共同导致了中性点经消弧线圈接地的配电网发生单相接地故障后故障点残余电流幅值很大，足以使电弧重燃。城市配电网接地故障带来的电缆沟起火事件和农村电网接地故障带来的山火事故频发，是近些年来电网安全运行的隐患之一。
[0004]随着近几年电力电子技术的飞速发展，电力电子设备的容量不断增加且成本愈加降低，利用电力电子装置向配电网中性点注入电流来实现对配电网零序电压或者故障点残流的控制技术，即有源消弧技术得到了飞速发展。根据控制目标的不同，有源消弧技术又可以分为有源电压消弧和有源电流消弧。有源电压消弧无需计算系统对地参数，控制故障相母线电压为零；有源电流消弧根据系统对地参数计算补偿电流指令，低阻远距离故障也能很好的补偿故障电流，但补偿效果取决于系统对地参数测量的精度。
[0005]在专利公开号为“CN114024298A”的专利中，配电变压器与隔离变压器串联后接入注入变压器低压侧，该结构逆变电源输出电压受中性点电压以及线路容流影响较大，注入效果不佳。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是提供一种注入电流不受中性点电压影响、注入效果好的基于分裂绕组的混合型熄弧系统。
[0007]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于分裂绕组的混合型熄弧系统，包括：
配电变压器、注入变压器、接地变压器、隔离变压器、逆变电源、第一组快速投切开关、第二组快速投切开关，所述第一组快速投切开关包括快速投切开关k
a1
、快速投切开关k
b1
和快速投切开关k
c1
，所述第二组快速投切开关包括快速投切开关k
a2
、快速投切开关k
b2
和快速投切开关k
c2
，所述注入变压器的低压侧设置有第一分裂绕组和第二分裂绕组；所述配电变压器的第一输入端和配电网母线A相连接，所述配电变压器的第二输入端和配电网母线B相连接，所述配电变压器的第三输入端和配电网母线C相连接；所述配电变压器的第一输出端通过快速投切开关k
a1
与所述第一分裂绕组的第一端连接，还通过快速投切开关k
a2
与所述第一分裂绕组的第二端连接；所述配电变压器的第二输出端通过快速投切开关k
b1
与所述第一分裂绕组的第一端连接，还通过快速投切开关k
b2
与所述第一分裂绕组的第二端连接；所述配电变压器的第三输出端通过快速投切开关k
c1
与所述第一分裂绕组的第一端连接，还通过快速投切开关k
c2
与所述第一分裂绕组的第二端连接；所述逆变电源的输出端与所述隔离变压器的高压侧连接，所述隔离变压器的低压侧与所述第二分裂绕组连接，所述注入变压器的高压侧与配电网中性点N连接，所述接地变压器的三个输入端分别与配电网母线A相、配电网母线B相、配电网母线C相连接，所述接地变压器的三个输出端与配电网中性点N连接，配电网中性点N经过消弧线圈接地；所述逆变电源用于在配电网发生接地故障时产生特征频率电流信号；所述配电变压器用于产生与配电网电源电压相差30
°
的线电压，通过投切相应的快速投切开关来钳位中性点电压为故障相电压的相反数；所述注入变压器用于通过配电网中性点向系统注入补偿电流。
[0008]作为本专利技术的进一步改进，还包括计算单元，当配电网发生单相接地故障时，所述逆变电源产生特征频率电流信号，所述计算单元根据系统零序电流中的特征频率分量和中性点电压中的特征频率分量计算配电网对地电容和过渡电阻，并根据配电网对地电容和过渡电阻计算补偿电流。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，所述计算单元根据所提取的系统零序电流中的特征频率分量和中性点电压中的特征频率分量计算配电网对地电容和过渡电阻，公式如下：其中，为系统零序电流中的特征频率分量；为中性点电压中的特征频率分量；j为虚部；ω为角速度；C为对地电容；R
f
为过渡电阻。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述根据配电网对地电容和过渡电阻计算补偿电流，公式如下：其中，I
m
为注入变压器通过配电网中性点向系统注入的补偿电流；U
c
为故障相电源电势；R
L
为消弧线圈支路阻尼电阻；L
p
为消弧线圈支路电感。配电变压器用于产生与配电网电源电压相差30
°
的线电压，通过投切相应的快速投切开关来钳位中性点电压为故障相电压的相反数。将补偿电流与配电变压器注入电流相减即可得到逆变电源实际注入电流，由于配电变压器提供了大部分需要补偿的功率，因而使逆变电源的容量大幅降低，缩小体积
的同时也降低了成本。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述接地变压器的连接组别为Zny11或Zny1，所述配电变压器的连接组别为Dyn11、Dyn7、Dyn3、Dyn1、Dyn5或Dyn9。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述隔离变压器为单相降压变压器。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，注入变压器为单相降压变压器。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述逆变电源采用三相不控整流输入和单相逆变输出。
[0015]本专利技术还提供了一种基于分裂绕组的混合型熄弧系统的工作方法，应用于上述的基于分裂绕组的混合型熄弧系统，其包括：S1、系统正常运行时，监测配电网三相电压，判断是否发生单相接地故障，并在发生单相接地故障后进行选相；S2、所述逆变电源产生特征频率电流信号，根据系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分裂绕组的混合型熄弧系统，其特征在于，包括：配电变压器、注入变压器、接地变压器、隔离变压器、逆变电源、第一组快速投切开关、第二组快速投切开关，所述第一组快速投切开关包括快速投切开关k
a1
、快速投切开关k
b1
和快速投切开关k
c1
，所述第二组快速投切开关包括快速投切开关k
a2
、快速投切开关k
b2
和快速投切开关k
c2
，所述注入变压器的低压侧设置有第一分裂绕组和第二分裂绕组；所述配电变压器的第一输入端和配电网母线A相连接，所述配电变压器的第二输入端和配电网母线B相连接，所述配电变压器的第三输入端和配电网母线C相连接；所述配电变压器的第一输出端通过快速投切开关k
a1
与所述第一分裂绕组的第一端连接，还通过快速投切开关k
a2
与所述第一分裂绕组的第二端连接；所述配电变压器的第二输出端通过快速投切开关k
b1
与所述第一分裂绕组的第一端连接，还通过快速投切开关k
b2
与所述第一分裂绕组的第二端连接；所述配电变压器的第三输出端通过快速投切开关k
c1
与所述第一分裂绕组的第一端连接，还通过快速投切开关k
c2
与所述第一分裂绕组的第二端连接；所述逆变电源的输出端与所述隔离变压器的高压侧连接，所述隔离变压器的低压侧与所述第二分裂绕组连接，所述注入变压器的高压侧与配电网中性点N连接，所述接地变压器的三个输入端分别与配电网母线A相、配电网母线B相、配电网母线C相连接，所述接地变压器的三个输出端与配电网中性点N连接，配电网中性点N经过消弧线圈接地；所述逆变电源用于在配电网发生接地故障时产生特征频率电流信号；所述配电变压器用于产生与配电网电源电压相差30
°
的线电压，通过投切相应的快速投切开关来钳位中性点电压为故障相电源电势的相反数；所述注入变压器用于通过配电网中性点向系统注入补偿电流。2.如权利要求1所述的基于分裂绕组的混合型熄弧系统，其特征在于，还包括计算单元，当配电网发生单相接地故障时，所述逆变电源产生特征频率电流信号，所述计算单元根据系统零序电流中的特征频率分量和中性点电压中的特征频率分量计算配电网对地电容和过渡电阻，并根据配电网对地电容和过渡电阻计算补偿电流。3.如权利要求2所述的基于分裂绕组的混合型熄弧系统，其特征在于，所述计算单元根据所提取的系统零序电流中的特征频...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭润生，牛维，王焕明，文妤，李梁，胡帆，李银平，赵莉莉，张亦凌，雷智荣，张小宁，
申请(专利权)人：西安西瑞控制技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：