降低外網(wǎng)單相接地故障對(duì)用戶電壓暫降影響的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種降低外網(wǎng)單相接地故障對(duì)用戶電壓暫降影響的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 供電系統(tǒng)中，受外網(wǎng)短路故障影響，用戶電網(wǎng)高壓供配電系統(tǒng)的電壓暫降會(huì)給用 戶安全生產(chǎn)帶來了較大的影響。電壓暫降問題越來越引起關(guān)注，已經(jīng)成為重要的電能質(zhì)量 熱點(diǎn)問題。
[0003] 電壓暫降是指某一時(shí)刻電壓的幅值突然偏離正常工作范圍，經(jīng)過很短一段時(shí)間后 又恢復(fù)到正常狀態(tài)的現(xiàn)象。目前很多技術(shù)文獻(xiàn)都用電壓暫降的幅值和持續(xù)時(shí)間作為描述電 壓暫降的特征量，但對(duì)幅值大小和持續(xù)時(shí)間的界定范圍還未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。例如在IEC標(biāo) 準(zhǔn)中，用電壓暫降前后的電壓差值和正常電壓的百分比來描述電壓暫降的深度，持續(xù)時(shí)間 限定為0. 5個(gè)周期到幾十砂；IEEE電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)電壓暫降特征量的界定范圍是幅值標(biāo) 么值在0. 1~0. 9之間，持續(xù)時(shí)間為0. 5個(gè)周期~1分鐘。
[0004] 外部電網(wǎng)短路故障會(huì)直接影響用戶電網(wǎng)，引起用戶電網(wǎng)母線電壓暫降的幅度取決 于故障點(diǎn)的遠(yuǎn)近、故障的性質(zhì)及用戶自備發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行情況等；電壓暫降的持續(xù)時(shí)間則 取決于外部電網(wǎng)主保護(hù)故障切除的動(dòng)作時(shí)間。
[0005] 外部電網(wǎng)短路故障約70%是單相接地故障，30%是相間短路故障。其主保護(hù)一般在 100ms之內(nèi)將故障點(diǎn)切除，后備保護(hù)一般在1250ms之內(nèi)將故障點(diǎn)切除。據(jù)統(tǒng)計(jì)常有的220KV 單相接地故障引起用戶110KV電壓暫降的深度在15%-50%之間，一般最嚴(yán)重單相接地引起 的電壓暫降故障點(diǎn)離用戶的電氣距離最近。
[0006] 用戶生產(chǎn)設(shè)備受電壓暫降影響主要分兩大類：一是電壓暫降造成部分380V接觸 器開關(guān)線圈失壓釋放，進(jìn)而引發(fā)工藝連鎖跳電；二是傳動(dòng)調(diào)速裝置對(duì)電能質(zhì)量的要求比較 高，電網(wǎng)電壓暫降直接影響設(shè)備的正常工作，造成機(jī)組欠電壓跳電，調(diào)速裝置的損壞，嚴(yán)重 影響正常生產(chǎn)。
[0007] 電壓暫降的研究涉及電壓暫降發(fā)生頻度與供電系統(tǒng)規(guī)劃、運(yùn)行之間關(guān)系的研究、 緩解設(shè)備的研發(fā)、終端設(shè)備的改進(jìn)，及對(duì)電壓暫降特性和指標(biāo)進(jìn)行基礎(chǔ)性的研究等等。
[000引 目前，國內(nèi)外正在討論電子設(shè)備電源電壓暫降抗擾性標(biāo)準(zhǔn)，并在電力系統(tǒng)電壓暫 降計(jì)算、分析和仿真技術(shù)、電壓暫降對(duì)配電系統(tǒng)可靠性影響和評(píng)估指標(biāo)研究方面取得了一 定的成就。研究抑制電壓暫降引起設(shè)備跳電的對(duì)策措施主要如下： (1)采取減少電網(wǎng)故障次數(shù)的措施：包括一些常見電網(wǎng)保護(hù)的方法，如剪樹作業(yè)、架設(shè) 屏蔽導(dǎo)線、架空線入地等。因?yàn)榇蟛糠謬?yán)重的電壓暫降都是由電網(wǎng)故障引起，因此該些方法 可W直接降低電壓暫降的發(fā)生頻度。
[0009] (2)快速切除故障；該需要對(duì)保護(hù)技術(shù)加W改進(jìn)，在配電網(wǎng)中較易獲得明顯的改 善，而在輸電網(wǎng)中目前故障切除時(shí)間已經(jīng)很短，需要電氣設(shè)備斷路器和繼電器的進(jìn)一步更 新?lián)Q代，目前速斷保護(hù)的時(shí)間在80~100ms左右。
[0010] (3)電網(wǎng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行的改進(jìn)：對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行改進(jìn)，使發(fā)生故障時(shí)在某一特定地點(diǎn) 不發(fā)生嚴(yán)重的電壓暫降。該種方法在工業(yè)電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用，而一般不在公用供 電中使用，可行方法有限制同一供電母線上的架空饋線數(shù)、關(guān)鍵位置處裝設(shè)來自非同一系 統(tǒng)的備用電源等；快速轉(zhuǎn)換開關(guān)的使用也可W看成是一個(gè)基于電網(wǎng)的解決方法。
[0011] (4)在供電網(wǎng)絡(luò)與用戶設(shè)備之間裝設(shè)緩解設(shè)備：應(yīng)用最普遍的緩解電壓暫降的方 法就是在系統(tǒng)和敏感負(fù)荷之間裝設(shè)WS或者恒壓調(diào)壓器。對(duì)大負(fù)荷來說采用動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù) 器是一個(gè)可行的解決方法。動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器主要用于對(duì)供電可靠性和質(zhì)量要求很高的用 戶，當(dāng)電源電壓發(fā)生突變時(shí)（無論是升高、降低或波形崎變），在幾毫砂內(nèi)將崎變波形補(bǔ)償 正常。但其只能解決局部問題，且容量有限制、價(jià)格昂貴。
[0012] 對(duì)終端用戶設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)提高設(shè)備的抗干擾能力同樣可W解決電壓暫降問題，但 對(duì)大多數(shù)設(shè)備來說該種方法并不可行。目前的研究主要如下：研究提高終端用戶傳動(dòng)控制 設(shè)備的抗干擾能力。通過一些典型的測(cè)試，研究適當(dāng)降低欠電壓的保護(hù)動(dòng)作值，確認(rèn)變頻器 是否具備一定的抗電壓暫降的能力。經(jīng)對(duì)某些變頻器產(chǎn)品進(jìn)行抽樣測(cè)試，發(fā)現(xiàn)僅少量產(chǎn)品 控制電源回路中的開關(guān)電源工作范圍有一些余量，且調(diào)節(jié)難度較大，不能完全解決電壓暫 降問題；對(duì)大量因電壓暫降引起的跳機(jī)事件進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓暫降深度小于20%， 持續(xù)時(shí)間短于80ms時(shí)，變頻器控制電源由中間直流電容供電的裝置幾乎不發(fā)生跳電。因 此，目前在一些中小容量的設(shè)備選型上，優(yōu)先考慮采用控制電源回路采用中間直流回路和 外部電源同時(shí)供電的變頻器。對(duì)于重要設(shè)備，對(duì)它的控制電源與主回路電源采用UPS，但由 于UPS的容量較小，只能應(yīng)用在控制電源或小容量的關(guān)鍵設(shè)備上；對(duì)于重要的低壓設(shè)備，其 接觸器電源線圈電源采用WS供電。
[0013] 綜上應(yīng)對(duì)電壓暫降的解決方法，均無法系統(tǒng)地解決電網(wǎng)電壓暫降問題，只能局部 改善且解決成本一般較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種降低外網(wǎng)單相接地故障對(duì)用戶電壓暫降 影響的方法，本方法根據(jù)用戶電氣設(shè)備抗電壓暫降性能，系統(tǒng)性降低電壓暫降對(duì)用戶電網(wǎng) 的影響，保證用戶電氣設(shè)備的正?？煽窟\(yùn)行，避免外網(wǎng)單相接地故障對(duì)用戶電壓暫降造成 的安全隱患。
[0015] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明降低外網(wǎng)單相接地故障對(duì)用戶電壓暫降影響的方法 包括如下步驟： 步驟一、外部電網(wǎng)的等效電源經(jīng)輸電線路連接內(nèi)部電網(wǎng)的進(jìn)線母線，降壓變壓器連接 內(nèi)部電網(wǎng)的進(jìn)線母線與配電母線之間，升壓變壓器連接內(nèi)部電網(wǎng)的配電母線與發(fā)電機(jī)組之 間，構(gòu)建內(nèi)部電網(wǎng)中降壓變壓器和升壓變壓器的零序阻抗回路并計(jì)算在配電母線電壓下零 序阻抗回路的總電流和經(jīng)降壓變壓器和升壓變壓器中性點(diǎn)接地電阻的分電流； 步驟二、降壓變壓器和升壓變壓器的零序阻抗回路為降壓變壓器的一次繞組零序阻 抗、降壓變壓器的二次繞組零序阻抗、降壓變壓器中性點(diǎn)接地電阻、升壓變壓器電源電纜的 零序阻抗、升壓變壓器的一次繞組零序阻抗、升壓變壓器的二次繞組零序阻抗和升壓變壓 器中性點(diǎn)接地電阻依次串聯(lián)，降壓變壓器的穩(wěn)定繞組零序阻抗一端連接降壓變壓器的一次 繞組零序阻抗與二次繞組零序阻抗之間、另一端連接升壓變壓器中性點(diǎn)接地電阻，降壓變 壓器和升壓變壓器的零序阻抗回路總電流1。^為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種降低外網(wǎng)單相接地故障對(duì)用戶電壓暫降影響的方法，其特征在于本方法包括如 下步驟： 步驟一、外部電網(wǎng)的等效電源經(jīng)輸電線路連接內(nèi)部電網(wǎng)的進(jìn)線母線，降壓變壓器連接 內(nèi)部電網(wǎng)的進(jìn)線母線與配電母線之間，升壓變壓器連接內(nèi)部電網(wǎng)的配電母線與發(fā)電機(jī)組之 間，構(gòu)建內(nèi)部電網(wǎng)中降壓變壓器和升壓變壓器的零序阻抗回路并計(jì)算在配電母線電壓下零 序阻抗回路的總電流和經(jīng)降壓變壓器和升壓變壓器中性點(diǎn)接地電阻的分電流； 步驟二、降壓變壓器和升壓變壓器的零序阻抗回路為降壓變壓器的一次繞組零序阻 抗、降壓變壓器的二次繞組零序阻抗、降壓變壓器中性點(diǎn)接地電阻、升壓變壓器電源電纜的 零序阻抗、升壓變壓器的一次繞組零序阻抗、升壓變壓器的二次繞組零序阻抗和升壓變壓 器中性點(diǎn)接地電阻依次串聯(lián)，降壓變壓器的穩(wěn)定繞組零序阻抗一端連接降壓變壓器的一次 繞組零序阻抗與二次繞組零序阻抗之間、另一端連接升壓變壓器中性點(diǎn)接地電阻，降壓變 壓器和升壓變壓器的零序阻抗回路總電流I cisS :
式（1)中：?為配電母線側(cè)零序電壓、X13為降壓變壓器的一次繞組零序阻抗、X113為降 壓變壓器的二次繞組零序阻抗、Xa3S降壓變壓器的穩(wěn)定繞組零序阻抗、R5為降壓變壓器中 性點(diǎn)接地電阻、X 19為升壓變壓器的一次繞組零序阻抗、X119為升壓變壓器的二次繞組零序阻 抗、Xmco為升壓變壓器電源電纜的零序阻抗、R 11為升壓變壓器中性點(diǎn)接地電阻； 流經(jīng)降壓變壓器和升壓變壓器中性點(diǎn)接地電阻的分電流Itl2為：
步驟三、當(dāng)連接外部電網(wǎng)的等效電源與內(nèi)部電網(wǎng)的進(jìn)線母線之間的輸電線路發(fā)生單相 金屬性接地故障時(shí)，導(dǎo)致降壓變壓器和升壓變壓器中性點(diǎn)偏移，配電母線在故障時(shí)相間電 壓暫降，由于典型配電系統(tǒng)中降壓變壓器和升壓變壓器的中性點(diǎn)兩個(gè)接地電阻R 5和R11相 同，所以此時(shí)， 降壓變壓器和升壓變壓器的中性點(diǎn)對(duì)地電位,為： NN
配電母線在故障時(shí)受到影響的線電壓為和:
式（4)中，Un2為配電母線的線電壓 由式（4)得到，當(dāng)進(jìn)線母線發(fā)生單相金屬性接地故障時(shí)，內(nèi)部電網(wǎng)的降壓變壓器和升壓 變壓器中性點(diǎn)接地電阻流過電流，引起中性點(diǎn)偏移，接地相的相電壓幅值減少，引起兩個(gè)相 關(guān)相的線電壓暫降， 則配電母線在故障點(diǎn)的電壓暫降百分比δι^2%為：
(5) 步驟四、在典型配電系統(tǒng)中，降壓變壓器和升壓變壓器的中性點(diǎn)兩個(gè)接地電阻R5和R11 相同并設(shè)為Rx，收集配電系統(tǒng)及設(shè)備參數(shù)，根據(jù)式（5)，計(jì)算不同降壓變壓器和升壓變壓器 的中性點(diǎn)接地電阻值Rx對(duì)應(yīng)的電壓暫降百分比AU852 % ,選取滿足配電系統(tǒng)AL^2 %要求 值的接地電阻值Rx配置方案。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種降低外網(wǎng)單相接地故障對(duì)用戶電壓暫降影響的方法，即本方法構(gòu)建內(nèi)部電網(wǎng)中降壓變壓器和升壓變壓器的零序阻抗回路，計(jì)算在配電母線側(cè)零序阻抗回路的總電流和經(jīng)降壓變壓器和升壓變壓器中性點(diǎn)接地電阻的分電流，并計(jì)算由此分電流導(dǎo)致降壓變壓器和升壓變壓器中性點(diǎn)的電壓偏移，以及由此引發(fā)的配電母線線電壓暫降值。通過計(jì)算不同的變壓器中性點(diǎn)接地電阻值對(duì)應(yīng)的配電系統(tǒng)電壓暫降值，選取配置合適的接地電阻，達(dá)到用戶對(duì)電壓暫降百分?jǐn)?shù)的要求。本方法以較少的投入，采用最簡(jiǎn)單、可靠和低風(fēng)險(xiǎn)的措施達(dá)到最大范圍地減少外網(wǎng)單相接地故障對(duì)用戶內(nèi)網(wǎng)電壓暫降影響的目標(biāo)。
【IPC分類】G01R31-00
【公開號(hào)】CN104749453
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310742905
【發(fā)明人】沈國芳, 楊左勇, 陸志明, 成善武, 俞徐斌
【申請(qǐng)人】上海寶鋼工業(yè)技術(shù)服務(wù)有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2013年12月30日