一种电压互感器中性点涌流抑制装置及方法与流程

1.本发明涉及配电网过电压治理技术领域，尤其涉及一种电压互感器中性点涌流抑制装置及方法。


背景技术：

2.在中性点不接地电网中，电压互感器损坏的主要原因是由于电压互感器的等效电感和线路对地电容的等效电容形成的串联谐振过电流所致，工程上已采用在pt开口绕组加装消谐装置、在pt一次侧中性点与地之间加装电阻器或者单相pt等措施来避免铁磁谐振的发生。
3.传统的微机消谐装置工作原理是检测pt开口三角电压，并根据该电压的幅值频率特征确定是否发生谐振以及谐振类型，再投入消谐电阻。该法具有较大缺陷，主要表现为：(1)存在误判、拒动可能，尤其对于工频谐振。由于该法仅通过电压幅值和频率特征判定谐振，工频谐振发生时电压频率为工频，电压幅值与系统(金属性)单相接地相当，微机消器难以准确区分；该法可能在单相接地时频繁动作，造成pt损坏，也可能在工频谐振时难以分而拒动，失去消作用。(2)谐振检测及消时间长：由于需要根据电压频率确定谐振频率，因此至少经过半个谐振周期后才能准确判断谐振发生。对于分频谐振，该法的检测时长一般在100ms以上，谐振消除时间一般在300ms以上，在此期间熔断器可能已熔断；(3)通过检测开口电压，判断谐振的类型，再投消谐电阻。先谐振再消谐，属于被动消谐。
4.一次消谐器以压敏元件为核心器件，在互感器正常运行时，压敏电阻阻抗极大，影响互感器测量精度，对综保等装置的性能产生不利影响。在持续长时间的弧光接地短路时，压敏电阻的热容量难以满足散热要求，会发生热击穿。由于压敏元件装在密封件中，长期使用时运行状况无法被系统实时监测，其老化到一定程度后易爆炸，也存在安全隐患；此外一次消谐器不适用于半绝缘电压互感器，目前虽有加并联间隙以解决该问题，但该方法是以牺牲消谐效果为前提的。
5.但是工程上电压互感器的损坏情况却呈现上升的趋势，特别是在雷雨大风天气更是容易发生配电网中电压互感器及其支路熔断器损坏的情况，经工程监测数据总结到：流过互感器一次中性点故障电流大小和时间长短是造成电压互感器高压保险熔断及本体烧毁的根本原因，上述技术标准消谐器已经不能满足生产和安全需要。


技术实现要素：

6.本发明所述的一种电压互感器中性点涌流抑制装置及方法，解决上述背景技术中提出的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电压互感器中性点涌流抑制装置，包括pt(电压互感器potential transformer简称pt)一次绕组电路、pt开口三角电路、pt三相电压电路、主控单元、涌流抑制器、涌流抑制模块、信号采集单元、人机交换单元、电源模块、通信模块；所述涌流抑制器串接在电压互感器一次中性点与地之间，所述主控单元
与所述信号采集单元、所述人机交换单元、所述电源模块和所述通讯模块连接，所述涌流抑制器与所述pt一次绕组电路连接，所述pt开口三角电路与所述涌流抑制模块连接，所述pt三相电压电路和所述涌流抑制器与所述信号采集单元连接；所述主控单元用于装置的数据处理，所述涌流抑制器用于抑制电压互感一次中性点涌流，所述涌流抑制模块用于发生谐振时消耗谐振能量，所述信号采集单元用于采集三相电压、pt一次中性点电流，所述人机交换单元用于输入定值及装置信息显示，所述电源模块用于装置供电，所述通信模块用于实现装置与监控系统的通信。
8.优选的，所述主控单元采用的是mcu+dsp双核心处理器，其用于根据电压互感器的开口三角电压信号和电流采集模块的电流信号计算出结果，并将计算结果用于与阈值比较。
9.优选的，所述阈值通过电压互感器的励磁特性计算并设定。
10.优选的所述涌流抑制器内设有电流传感器，所述电流传感器用于采集pt一次中性点电流。
11.优选的，所述信号采集单元包括电流采集模块和电压采集模块，所述电流采集模块和电压采集模块均与所述主控单元连接，所述电流采集模块与所述电流传感器连接用于电流的采集，所述电压采集模块与所述pt三相电压电路用于电压的采集。
12.优选的，所述人机交换单元包括按键和显示屏，所述按键和所述显示屏均与所述主控单元连接。
13.优选的，所述涌流抑制器采用热敏材料ptc。
14.一种电压互感器中性点涌流抑制方法，应用于以上所述的一种电压互感器中性点涌流抑制装置，包括以下步骤：
15.s1：判断涌流抑制器是否将pt一次中性点与地之间的电流抑制在安全范围之内，若是则进行步骤s2，若否则进行步骤s3；
16.s2：系统故障恢复过程中产生涌流，涌流抑制器利用本身的物理特性抑制涌流，然后继续进行步骤s1；
17.s3：电流采集模块实时检测pt一次中性点与地之间的电流，直到检测到的电流值达到预设电流值时，判断该电流值是否会使pt饱和，若是则进行步骤s4，若否，涌流抑制器会利用自身的物理特性抑制涌流，然后再次进行步骤s1；
18.s4：开口三角投入消谐电阻，然后实施检测开口三角的电压幅值即频率，判断开口电压的幅值和频率是否满足谐振的条件，若是则进行步骤s5，若否，涌流抑制器会利用自身的物理特性抑制涌流，然后再次进行步骤s1；
19.s5：可控硅scr一秒内间歇性短接三次，之后涌流抑制器利用本身的物理特性抑制涌流。
20.优选的，所述涌流抑制器将电压互感器一次中性点电流抑制在200ma以内。
21.优选的，所述涌流抑制器通过内置电流传感器实现电压互感器一次中性电流的监测及涌流抑制器自身运行工况感知。
22.本发明的有益效果为：
23.(1)提出了以饱和谐振理论为基础的抑制涌流的治理策略，通过对电压互感器一次中性点零序电流的检测，根据零序电流的大小即可判断电磁式电压互感器是否饱和，在
电压互感器饱和进入饱和状态之前在电压互感器的开口三角处投入消谐电阻，使消谐电阻与开口三角回路形成串联回路，由消谐电阻增加电磁式电压互感器一次回路阻尼，从而快速消除电磁式电压互感器涌流，避免电压互感器发生谐振。一方面利用涌流抑制器的物理特性进行抑制系统在故障恢复过程中产生的涌流，同时以电压互感器一次中性点与地之间流过的电流为动作条件，在电压互感器饱和前投入消谐电阻，消耗激励能量，确保电压互感器不饱和，避免谐振的发生。且结合一、二次消谐技术，进行了优势互补，可以用于全类型电压互感器。
24.(2)针对以电压为判据的消谐技术，存在响应滞后，无法限制过电压下的过电流等问题，提出了基于饱和电流的限流技术，在电压互感器一次中性点加装具有正温度特性的涌流抑制器，利用非线性电阻的物理特性(电流越大电阻越大，电流越小电阻越小)抑制涌流，将电压互感器一次中性点的电流抑制在200ma以内，确保电压互感器不饱和，不谐振。
25.(3)针对现有消谐装置识别接地故障类型单一的问题，提出了基于采集三相电压及开口三角电压变化识别故障类型的方法，实现对故障类型精细化辨识，故障类型识别达11种。
附图说明
26.图1为本发明一种电压互感器中性点涌流抑制的原理框图；
27.图2为本发明一种电压互感器中性点涌流抑制的流程图。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
29.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
30.还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
31.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
32.根据饱和谐振理论(铁磁谐振发生时，必然伴随较大的pt一次绕组饱和电流，且饱和电流一定先于铁磁谐振)，结合一、二次消谐措施，进行优势互补，提出了抑制饱和电流的主动式治理策略，首先通过在电压互感器的一次中性点与地之间串接涌流抑制器(非线性电阻)，利用非线性电阻的物理特性抑制涌流和消谐，该非线性电阻需根据电压互感器的类型进行选型；其次在电压互感器一次侧中性点加装电流传感器，根据零序电流的大小即可判断电磁式电压互感器是否饱和，在电压互感器饱和进入饱和状态之前在电压互感器的开口三角处投入消谐电阻，使消谐电阻与开口三角回路形成串联回路，消耗引起电压互感器
饱和的电流，使得电压互感器不饱和，从而达到主动消谐的目的，装置同时监测互感器三相电压和开口三角回路电流，当出现不适宜投入消谐电阻的情况或系统恢复正常时，迅速将其退出；最后以开口电压为判据的后备消谐策略，在极限情况下，饱和电流未完全抑制，诱发谐振发生，监测电压互感器开口三角电压的幅值和频率，当判断为谐振时，短时快速短接开口三角消除谐振，全时段保护电压互感器。
33.本发明实施例提供的一种电压互感器中性点涌流抑制装置，如图1所示，包括pt(电压互感器potential transformer简称pt)一次绕组电路、pt开口三角电路、pt三相电压电路、主控单元、涌流抑制器、涌流抑制模块、信号采集单元、人机交换单元、电源模块、通信模块；所述涌流抑制器串接在电压互感器一次中性点与地之间，所述主控单元与所述信号采集单元、所述人机交换单元、所述电源模块和所述通讯模块连接，所述涌流抑制器与所述pt一次绕组电路连接，所述pt开口三角电路与所述涌流抑制模块连接，所述pt三相电压电路和所述涌流抑制器与所述信号采集单元连接；所述主控单元用于装置的数据处理，所述涌流抑制器用于抑制电压互感一次中性点涌流，所述涌流抑制模块用于发生谐振时消耗谐振能量，所述信号采集单元用于采集三相电压、pt一次中性点电流，所述人机交换单元用于输入定值及装置信息显示，所述电源模块用于装置供电，所述通信模块用于实现装置与监控系统的通信。
34.所述涌流抑制器内设有电流传感器，所述电流传感器用于采集pt一次中性点电流。所述信号采集单元包括电流采集模块和电压采集模块，所述电流采集模块和电压采集模块均与所述主控单元连接，所述电流采集模块与所述电流传感器连接用于电流的采集，所述电压采集模块与所述pt三相电压电路用于电压的采集。所述人机交换单元包括按键和显示屏，所述按键和所述显示屏均与所述主控单元连接。
35.电压互感器中性点涌流抑制装置的主控单元采用mcu+dsp双核心主控单元，即mcu+dsp双核心处理器，运算和控制各由独立核心负责，可以很快根据外部输入(电压互感器的开口三角电压信号和电流传感器的电流信号)的模拟信号和控制信号计算出结果，当采集的电压互感器一次侧中性点与地之间的电流超过阈值时(该阈值根据电压互感器的励磁特性设定)，在电压互感器饱和点前投入消谐电阻，保证电压互感器不饱和，使得谐振无法形成。
36.电压互感器中性点涌流抑制装置采用一次涌流抑制器串接在电压互感器一次中性点与地之间，一次涌流抑制器是基于热敏材料ptc，将电压互感器一次中性点电流抑制在200ma以内。在正常运行情况下，电压互感器器一次侧电压三相平衡，中性点没有位移电压，ptc热敏电阻在低温下呈现低电阻，pt正常运行。当一次绕组励磁电流增加，电压互感器铁心饱和时，中性点出现位移电压，导致中性点流过较大电流，ptc热敏电阻温度升高，电阻随温度变化迅速增大，能够较好地发挥出阻尼作用，而且谐振能量越大，ptc的消谐时间越短。
37.且电压互感器中性点涌流抑制装置会实时监测开口三角电压和三相电压，过采集三相电压及开口三角电压变化识别系统的故障类型，逻辑表如下表所示：
[0038][0039]
电压互感器中性点涌流抑制装置还会实时监测互感器abc三相电压，开口电压以及电压互感器一次中性点与地之间的电流值，电压互感器涌流抑制装置根据电压的特特征，判断系统发生的故障类型，并发出报警信号，同时会记录故障前160ms及故障后1760ms的电压、电流波形。
[0040]
本实施例还提供一种电压互感器中性点涌流抑制方法，如图2所示，包括以下步骤：
[0041]
s1：判断涌流抑制器是否将pt一次中性点与地之间的电流抑制在安全范围之内，若是则进行步骤s2，若否则进行步骤s3；
[0042]
s2：系统故障恢复过程中产生涌流，涌流抑制器利用本身的物理特性抑制涌流，然后继续进行步骤s1；
[0043]
s3：电流采集模块实时检测pt一次中性点与地之间的电流，直到检测到的电流值达到预设电流值时，判断该电流值是否会使pt饱和，若是则进行步骤s4，若否，涌流抑制器会利用自身的物理特性抑制涌流，然后再次进行步骤s1；
[0044]
s4：开口三角投入消谐电阻，然后实施检测开口三角的电压幅值即频率，判断开口电压的幅值和频率是否满足谐振的条件，若是则进行步骤s5，若否，涌流抑制器会利用自身的物理特性抑制涌流，然后再次进行步骤s1；
[0045]
s5：可控硅scr一秒内间歇性短接三次，之后涌流抑制器利用本身的物理特性抑制涌流。
[0046]
综上所述，本实施例提出了以饱和谐振理论为基础的抑制涌流的治理策略，通过对电压互感器一次中性点零序电流的检测，根据零序电流的大小即可判断电磁式电压互感器是否饱和，在电压互感器饱和进入饱和状态之前在电压互感器的开口三角处投入消谐电阻，使消谐电阻与开口三角回路形成串联回路，由消谐电阻增加电磁式电压互感器一次回路阻尼，从而快速消除电磁式电压互感器涌流，避免电压互感器发生谐振。一方面利用涌流抑制器的物理特性进行抑制系统在故障恢复过程中产生的涌流，同时以电压互感器一次中性点与地之间流过的电流为动作条件，在电压互感器饱和前投入消谐电阻，消耗激励能量，确保电压互感器不饱和，避免谐振的发生。且结合一、二次消谐技术，进行了优势互补，可以用于全类型电压互感器。针对以电压为判据的消谐技术，存在响应滞后，无法限制过电压下的过电流等问题，提出了基于饱和电流的限流技术，在电压互感器一次中性点加装具有正温度特性的涌流抑制器，利用非线性电阻的物理特性(电流越大电阻越大，电流越小电阻越
小)抑制涌流，将电压互感器一次中性点的电流抑制在200ma以内，确保电压互感器不饱和，不谐振。针对现有消谐装置识别接地故障类型单一的问题，提出了基于采集三相电压及开口三角电压变化识别故障类型的方法，实现对故障类型精细化辨识，解决了背景技术中提出的问题。
[0047]
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

技术特征：
1.一种电压互感器中性点涌流抑制装置，其特征在于，包括pt（电压互感器potential transformer 简称pt）一次绕组电路、pt开口三角电路、pt三相电压电路、主控单元、涌流抑制器、涌流抑制模块、信号采集单元、人机交换单元、电源模块和通信模块；所述涌流抑制器串接在电压互感器一次中性点与地之间，所述主控单元与所述信号采集单元、所述人机交换单元、所述电源模块和所述通讯模块连接，所述pt开口三角电路与所述涌流抑制模块连接，所述pt三相电压电路和所述涌流抑制器与所述信号采集单元连接；所述主控单元用于装置的数据处理，所述涌流抑制器用于抑制电压互感一次中性点涌流，所述涌流抑制模块用于发生谐振时消耗谐振能量，所述信号采集单元用于采集三相电压、pt一次中性点电流，所述人机交换单元用于输入定值及装置信息显示，所述电源模块用于装置供电，所述通信模块用于实现装置与监控系统的通信。2.根据权利要求1所述的一种电压互感器中性点涌流抑制装置，其特征在于，所述主控单元采用的是mcu+dsp双核心处理器，其用于根据电压互感器的开口三角电压信号和电流采集模块的电流信号计算出结果，并将计算结果用于与阈值比较。3.根据权利要求2所述的一种电压互感器中性点涌流抑制装置，其特征在于，所述阈值通过电压互感器的励磁特性计算并设定。4.根据权利要求1所述的一种电压互感器中性点涌流抑制装置，其特征在于，所述涌流抑制器内设有电流传感器，所述电流传感器用于采集pt一次中性点电流。5.根据权利要求4所述的一种电压互感器中性点涌流抑制装置，其特征在于，所述信号采集单元包括电流采集模块和电压采集模块，所述电流采集模块和电压采集模块均与所述主控单元连接，所述电流采集模块与所述电流传感器连接用于电流的采集，所述电压采集模块与所述pt三相电压电路用于电压的采集。6.根据权利要求1所述的一种电压互感器中性点涌流抑制装置，其特征在于，所述人机交换单元包括按键和显示屏，所述按键和所述显示屏均与所述主控单元连接。7.根据权利要求1所述的一种电压互感器中性点涌流抑制装置，其特征在于，所述涌流抑制器采用热敏材料ptc。8.一种电压互感器中性点涌流抑制方法，应用于如权利要求1-7任一项所述的一种电压互感器中性点涌流抑制装置，其特征在于，包括以下步骤：s1：判断涌流抑制器是否将pt一次中性点与地之间的电流抑制在安全范围之内，若是则进行步骤s2，若否，则进行步骤s3；s2：系统故障恢复过程中产生涌流，涌流抑制器利用本身的物理特性抑制涌流，然后继续进行步骤s1；s3：电流采集模块实时检测pt一次中性点与地之间的电流，直到检测到的电流值达到预设电流值时，判断该电流值是否会使pt饱和，若是则进行步骤s4，若否，涌流抑制器会利用自身的物理特性抑制涌流，然后再次进行步骤s1；s4：开口三角投入消谐电阻，然后实施检测开口三角的电压幅值即频率，判断开口电压的幅值和频率是否满足谐振的条件，若是则进行步骤s5，若否，涌流抑制器会利用自身的物理特性抑制涌流，然后再次进行步骤s1；s5：可控硅scr一秒内间歇性短接三次，之后涌流抑制器利用本身的物理特性抑制涌流。
9.根据权利要求8所述的一种电压互感器中性点涌流抑制方法，其特征在于，所述涌流抑制器将电压互感器一次中性点电流抑制在200ma以内。10.根据权利要求8所述的一种电压互感器中性点涌流抑制方法，其特征在于，所述涌流抑制器通过内置电流传感器实现电压互感器一次中性电流的监测及涌流抑制器自身运行工况感知。

技术总结
本发明公开了一种电压互感器中性点涌流抑制装置及方法，包括PT（电压互感器Potential transformer简称PT）一次绕组电路、PT开口三角电路、PT三相电压电路、主控单元、涌流抑制器、涌流抑制模块、信号采集单元、人机交换单元、电源模块、通信模块。提出了以饱和谐振理论为基础的抑制涌流的治理策略，通过对电压互感器一次中性点零序电流的检测，根据零序电流的大小即可判断电磁式电压互感器是否饱和，在电压互感器饱和进入饱和状态之前在电压互感器的开口三角处投入消谐电阻，使消谐电阻与开口三角回路形成串联回路，由消谐电阻增加电磁式电压互感器一次回路阻尼，从而快速消除电磁式电压互感器涌流，避免电压互感器发生谐振。避免电压互感器发生谐振。避免电压互感器发生谐振。


技术研发人员：王海霖 谭雯文 农灿勋 兰建蒙 叶高 黄广海 韦超艳
受保护的技术使用者：广西电网有限责任公司河池供电局
技术研发日：2023.03.24
技术公布日：2023/7/25