自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈容量不足的改進(jìn)方法

郭紅梅

摘 要：隨著電網(wǎng)新加饋出線同時(shí)對(duì)電纜增容，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)中，經(jīng)常出現(xiàn)消弧線圈容量不足的問題。若消弧線圈長(zhǎng)期工作運(yùn)行在欠補(bǔ)償方式下，不僅會(huì)影響消弧線圈的滅弧功能，甚至損壞設(shè)備。文章分析了自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈的工作原理，提出了原系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈裝置采用直接增容方式，系統(tǒng)簡(jiǎn)單、安全、有效。

關(guān)鍵詞：消弧線圈；自動(dòng)調(diào)諧；自動(dòng)跟蹤；增容

中圖分類號(hào)：TM864 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）18-0001-02

1 消弧線圈接地系統(tǒng)的特點(diǎn)

消弧線圈接地系統(tǒng)是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，流經(jīng)消弧線圈產(chǎn)生的電感電流與電容電流相加為流過短路接地點(diǎn)的電流，但是電容電流和電感電流相位相差180？觷相互抵消，從而短路電流得到抑制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)滅弧。優(yōu)點(diǎn)為抑制短路點(diǎn)電流，瞬時(shí)故障影響小，不易造成相間短路，減少了跳閘次數(shù)，減小了短路點(diǎn)的跨步電壓，短路處的接觸電勢(shì)小，可以保證人身安全；另外由于短路點(diǎn)產(chǎn)生的故障電流小，抑制了間歇性弧光過電壓現(xiàn)象，短路電壓相對(duì)穩(wěn)定可以抑制鐵磁諧振現(xiàn)象。缺點(diǎn)為隨著電網(wǎng)的發(fā)展，電力系統(tǒng)中容性電氣原件的增多，會(huì)出現(xiàn)單臺(tái)消弧線圈難以保障對(duì)電網(wǎng)電容電流的補(bǔ)償現(xiàn)象，要完成對(duì)電網(wǎng)的補(bǔ)償需要對(duì)消弧線圈的容量進(jìn)行擴(kuò)容或是需要多個(gè)消弧線圈共同運(yùn)行，從而導(dǎo)致系統(tǒng)變得較復(fù)雜。

2 單臺(tái)消弧線圈裝置的自動(dòng)跟蹤原理

通常情況下，消弧線圈系統(tǒng)零序回路可以等效成系統(tǒng)不對(duì)稱電壓、系統(tǒng)對(duì)地電容、消弧線圈電感和系統(tǒng)電阻阻尼的串聯(lián)，如圖1所示。消弧線圈的控制裝置以殘流和脫諧度作為控制參數(shù)來(lái)判斷是否需要調(diào)節(jié)消弧線圈補(bǔ)償電流。當(dāng)系統(tǒng)的脫諧度或殘流超出投運(yùn)前設(shè)定的脫諧度和接地殘流范圍，消弧線圈的控制裝置發(fā)出指令來(lái)調(diào)整消弧線圈的檔位，讓調(diào)整后的脫諧度及殘流滿足要求。

根據(jù)式（1）、（2）可知電網(wǎng)的脫諧度和殘流的設(shè)定值已知，只需測(cè)量電網(wǎng)對(duì)地電容電流，即可通過脫諧度和殘流計(jì)算出消弧線圈所需要補(bǔ)償?shù)碾姼须娏?，從而確定消弧線圈需要進(jìn)行補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償檔位。因此，消弧線圈補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵是確定電容電流。當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，其零序回路的等值電路（見圖1），L為有載調(diào)節(jié)消弧線圈電感，C為系統(tǒng)對(duì)地的等效電容，R為回路電阻，UO為系統(tǒng)的不對(duì)稱電壓。當(dāng)消弧線圈在L1檔時(shí)其零序回路電流為I1；當(dāng)消弧線圈在L2檔時(shí)其零序回路電流為I2。

消弧線圈在完成一次調(diào)檔后，系統(tǒng)的容抗XC已經(jīng)計(jì)算出來(lái)，如果系統(tǒng)對(duì)地電容發(fā)生變化，同樣可以通過式（5）計(jì)算出新的電容電流。因此，消弧線圈控制裝置主要通過消弧線圈電感量變化通過監(jiān)測(cè)對(duì)地電容的變化實(shí)現(xiàn)消弧線圈裝置的自動(dòng)跟蹤。

自動(dòng)調(diào)諧接地補(bǔ)償裝置主要是由電動(dòng)式消弧線圈、接地變壓器、阻尼電阻部分、微機(jī)控制部分、非線性電阻和中性點(diǎn)專用互感器五大部分組成。消弧線圈采用預(yù)調(diào)節(jié)的方式，正常運(yùn)行時(shí)能根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)消弧線圈的分接頭達(dá)到最佳位置。微機(jī)控制器微機(jī)控制器主要通過測(cè)量中性點(diǎn)電壓與電流之間的相位關(guān)系和中性點(diǎn)位移電壓，能夠準(zhǔn)確的計(jì)算出對(duì)地電容，并判斷和發(fā)出指令進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤和自動(dòng)調(diào)諧的功能。

3 消弧線圈的容量補(bǔ)償原理

消弧線圈容量不足就會(huì)造成其長(zhǎng)期工作在欠補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)行方式下工作，使之無(wú)法自動(dòng)調(diào)諧到殘流最小的最佳工作點(diǎn)，從而影響消弧線圈的滅弧功能，并且極有可能出現(xiàn)全補(bǔ)償?shù)墓r引起電力系統(tǒng)串聯(lián)諧振。當(dāng)消弧線圈正確調(diào)諧時(shí)，可以抑制短路電流進(jìn)而可以有效的減少產(chǎn)生弧光接地過電壓的機(jī)率，也最大限度的減小了故障點(diǎn)熱破壞作用，還可以有效的抑制過電壓的輻值和穩(wěn)定接地網(wǎng)的電壓，其原理接線圖如圖2所示。

系統(tǒng)安裝了消弧線圈統(tǒng)，消弧線圈的嵌位作用可有效防止產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓。消弧線圈在發(fā)生單相接地時(shí)產(chǎn)生電感電流，該電感電流與單相接地時(shí)形成的電容電流相位差180？觷，兩者疊加后的接地電流即為電容電流減電感電流的絕對(duì)值。故障相恢復(fù)電壓速度減緩，避免電容電流過大所造成的危害。消弧線圈補(bǔ)償效果越好對(duì)電網(wǎng)的安全保護(hù)作用越大，所以需要能跟蹤電容電流變化而自動(dòng)調(diào)諧的消弧線圈。

4 消弧線圈增容的解決方案

裝設(shè)消弧線圈可以使接地故障容性電流減少，利用消弧線圈的感性電流補(bǔ)償接地故障時(shí)的容性電流。唯一的解決方案是增加消弧線圈的補(bǔ)償容量，避免欠補(bǔ)償、全補(bǔ)償?shù)墓r[1]出現(xiàn)。根據(jù)已在運(yùn)的設(shè)備，其方法如下：

①更換大容量的自動(dòng)跟蹤式消弧線圈。此方法投資成本較大，同時(shí)也造成了現(xiàn)有設(shè)備的浪費(fèi)。

②并接一臺(tái)固定型（或分級(jí)可調(diào)）消弧線圈。此種增容方案能夠采用單臺(tái)消弧線圈的計(jì)算公式來(lái)計(jì)算系統(tǒng)對(duì)地電容，精度與單臺(tái)自動(dòng)跟蹤消弧線圈的測(cè)量精度一樣高，但此時(shí)得到的對(duì)地電容是固定型消弧線圈與系統(tǒng)實(shí)際對(duì)地電容的并聯(lián)值，轉(zhuǎn)換成電容電流形式即固定消弧線圈進(jìn)行補(bǔ)償后的剩余電容電流。自動(dòng)調(diào)諧的消弧線圈自身具有阻尼電阻，故增容時(shí)無(wú)須串聯(lián)阻尼電阻，此種方案系統(tǒng)增容簡(jiǎn)單可靠。此方法經(jīng)濟(jì)實(shí)惠約為成套增容成本的30%且不會(huì)造成現(xiàn)有設(shè)備的閑置。因此，方法二是一種經(jīng)濟(jì)、可靠、有效的增容方式。

5 以10 kV系統(tǒng)為例的具體改進(jìn)方法

以10 kV系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈為例，如何在增大原有消弧線圈容量的前提下而又不需另增裝接地變壓器，特設(shè)計(jì)三相五柱式固定型消弧線圈。這種固定型消弧線圈的結(jié)構(gòu)由五個(gè)截面相同的鐵芯柱，其中三個(gè)鐵芯柱上繞有高壓線圈，中間帶有間隙的鐵芯上無(wú)線圈，只作為零序磁通的通路用，如圖3所示。

三個(gè)柱上的高壓線圈一端接入高壓三相電源A、B、C，另一端連接在一起與大地相連接成為三相式電抗器，起接地變的作用。正常時(shí)三相電壓對(duì)稱平衡，該線圈內(nèi)流的是很小的正序勵(lì)磁電流。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，消弧線圈的三相繞組中承受兩組電壓，一組是三相對(duì)稱的正序電壓，在這組電壓的作用下，消弧線圈僅僅是一個(gè)接地變的功能，只為補(bǔ)償提供一個(gè)中性點(diǎn)。另一組是三相大小相等，方向相反的零序電壓，在這組電壓的作用下，三個(gè)繞組中的電流同相位并聯(lián)相接，必然在三個(gè)繞組中產(chǎn)生同相位的電流。因?yàn)樵诶@有線圈的三個(gè)鐵芯中形成同相位的零序磁通，該零序磁通只能經(jīng)過間隙形成回路。這樣就在三個(gè)繞組中感應(yīng)出電感電流，即成為三相電抗器，這個(gè)電感電流與系統(tǒng)的電容電流在相位上近似相反，起到補(bǔ)償作用。為保證增容后中性點(diǎn)位移電壓在規(guī)程要求范圍內(nèi)，需要時(shí)增加電網(wǎng)的阻尼，配有高壓串組。

5.1 原理

改進(jìn)原理圖如圖4所示。

5.3 結(jié)論

由于此消弧線圈磁路中有間隙，消弧線圈始終工作在線性段，補(bǔ)償電感的線性度好，所以補(bǔ)償效果好。將增容的消弧線圈（分級(jí)可調(diào)容量或固定容量）并聯(lián)于接地變壓器的中性點(diǎn)上，系統(tǒng)不用更改控制程序，能夠?qū)崿F(xiàn)電容電流的自動(dòng)跟蹤功能。消弧線圈控制器上顯示的電容電流就是消弧線圈補(bǔ)償后的剩余電容電流，系統(tǒng)殘流夠能限制在5 A以內(nèi)，這種裝置接入系統(tǒng)不影響原容量不足消弧線圈的測(cè)量和調(diào)諧。從實(shí)際運(yùn)行和原理上均已證明這一增容方式是安全、簡(jiǎn)單、有效的。

參考文獻(xiàn)：

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