10 kV中壓系統(tǒng)消弧線圈并聯(lián)運行控制系統(tǒng)

韓翔，張旭，周鴻

（國網(wǎng)蕪湖供電公司，安徽 蕪湖 241000）

10 kV中壓供電系統(tǒng)的特點是電纜數(shù)量多，因此電容電流很大。隨著供電系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，越來越多的系統(tǒng)采用中性點經(jīng)消弧線圈接地方式[1]。當變電站多條母線并列運行時，多套消弧線圈將處于并聯(lián)狀態(tài)，具體包括2種情況：1）同一個變電站內(nèi)部多段母線并聯(lián)運行時；2）2個變電站母線通過線路上的聯(lián)絡(luò)開關(guān)合環(huán)運行時。并聯(lián)運行的消弧線圈如果不進行合理的控制，將出現(xiàn)電壓波動甚至出現(xiàn)異常過電壓，危害供電系統(tǒng)的安全運行[3]。目前，系統(tǒng)都是根據(jù)運行經(jīng)驗人工對并聯(lián)運行的消弧線圈進行干預(yù)，不僅耗費時間長，而且可靠性較低。因此，對系統(tǒng)多個消弧線圈并聯(lián)運行的控制技術(shù)進行研究具有重要意義。

本文針對消弧線圈的運行特點，提出了多臺消弧線圈并聯(lián)運行的自動控制技術(shù)。在計算電容電流時，應(yīng)首先將所有從消弧線圈投入并聯(lián)前的電感電流，然后調(diào)節(jié)主消弧線圈，從而保證計算的準確性。在電容電流計算結(jié)束后，應(yīng)根據(jù)消弧線圈的容量，按比例分配電感電流，以均衡變電站各個消弧線圈的負載。本技術(shù)成熟、可靠，現(xiàn)場的實際運行充分證明了技術(shù)的實用性。該技術(shù)不僅適用于變電站內(nèi)部消弧線圈的并聯(lián)運行控制，也適用于不同變電站之間消弧線圈的并聯(lián)運行控制。

1 站內(nèi)消弧線圈并聯(lián)運行控制方案

1.1 設(shè)置主消弧線圈和從消弧線圈

對于站內(nèi)消弧線圈的并聯(lián)運行，按照容量大小設(shè)置主消弧線圈優(yōu)先級，選擇容量大的消弧線圈作為主消弧線圈，其他消弧線圈為從消弧線圈，這樣設(shè)置的目的是盡量利用主消弧線圈完成電容電流的計算。

1.2 電容電流的計算

消弧線圈并聯(lián)運行后，主消弧線圈控制器實時監(jiān)測母線中性點位移電壓變化情況，以此作為控制器是否需要調(diào)諧的判據(jù)。當位移電壓變化超過定值后，主消弧線圈首先向其他從消弧線圈發(fā)出命令，各個從消弧線圈立即將電感電流調(diào)節(jié)到并列前的目標值。這樣做的目的是使從消弧線圈補償一部分電容電流，保證主消弧線圈的容量距離諧振點不遠，電容電流計算更加準確。

本控制方案采用中性點位移電壓法測量系統(tǒng)對地電容電流[6-8]。系統(tǒng)正常運行時，電壓諧振回路如圖1所示，其中，X0為主消弧線圈電抗；X1～Xn為n個從消弧線圈電抗；XC∑為系統(tǒng)對地容抗；E觶0為系統(tǒng)不平衡電壓；U觶0為中性點位移電壓。

圖1 電壓諧振回路Fig. 1 Voltage resonance loop

對于中性點位移電壓法，首先，主消弧線圈控制從消弧線圈（消弧線圈1～n）投入上次調(diào)諧完成其需投入的指定容量（此時K1～Kn閉合），以使主消弧線圈能在系統(tǒng)諧振點附近調(diào)節(jié)（但要避免串聯(lián)諧振），然后，斷開開關(guān)K0，測得中性點位移電壓U′0；最后，閉合開關(guān)K0，主消弧線圈投入指定的電感L0，此時主消弧線圈的電抗為X0，再次測得中性點位移電壓U″0，得

進而系統(tǒng)對地電容電流:

其中，UN為接地相相電壓有效值。

1.3 消弧線圈補償電流的分配

在電容電流計算結(jié)束后，應(yīng)根據(jù)消弧線圈的容量，按比例分配電感電流，以均衡各個消弧線圈的負載。

這樣分配的目的是盡量均勻地分配補償容量，避免系統(tǒng)發(fā)生單行接地故障時，部分消弧線圈過熱；而網(wǎng)絡(luò)開環(huán)運行時，部分消弧線圈過補償運行，部分消弧線圈欠補償運行；同時，可最大限度利用消弧線圈的容量。

2 站間消弧線圈并聯(lián)運行控制方案

對于站間消弧線圈的并聯(lián)運行，控制原則是運行于供電系統(tǒng)中央變電站的并聯(lián)控制策略。將電網(wǎng)內(nèi)所有并聯(lián)運行的消弧線圈根據(jù)容量進行排序，選擇容量最大的消弧線圈作為主消弧線圈，其他為從消弧線圈。

各個不同變電站并聯(lián)的消弧線圈電氣量通過SCADA系統(tǒng)送至中央變電站的實時數(shù)據(jù)庫。中央變電站能實時監(jiān)控配電網(wǎng)中各段母線的運行狀態(tài)，當需要進行自動調(diào)諧時，通過前文所述的方法協(xié)調(diào)控制主消弧線圈和從消弧線圈，測量系統(tǒng)電容電流，并且合理分配所有消弧線圈的容量。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig. 2 System structure

3 運行實例

本控制方案運行于西山煤電集團屯蘭110 kV變電站的6 kV系統(tǒng)，該系統(tǒng)一次系統(tǒng)接線如圖3所示，變電站為單母線兩分段接線，兩段母線經(jīng)斷路器接入開閉站，分別設(shè)為I段、II段、III段母線。其中I段母線原來就配置有一臺消弧線圈，由于補償容量不夠，需在II段、III段母線分別增設(shè)一臺消弧線圈。

消弧線圈容量按照本段對地電容電流大小選取，消弧線圈容量及檔位信息如表1所示。

系統(tǒng)初始運行方式（運行方式一）為：QFD、QF1、QF2閉合，I段、II段、III段消弧線圈并聯(lián)運行。1號消弧線圈為主消弧線圈，調(diào)諧后測得系統(tǒng)對地電容電流為112.4 A，過補償度設(shè)為10%，則需補償?shù)娜萘繛?23.64 A，調(diào)諧完成后容量分配如表2所示。

圖3 一次系統(tǒng)接線圖Fig. 3 Primary system wiring diagram

表1 消弧線圈容量及檔位信息Tab. 1 Arc-suppression coil capacity and gear information

表2 消弧線圈容量分配（運行方式一）Tab. 2 Arc-suppression coil capacity assignment（operation mode 1）

當系統(tǒng)改變運行方式，設(shè)為運行方式二：QFD、QF1斷開，QF2閉合，系統(tǒng)分開為2個網(wǎng)絡(luò)，I段消弧線圈獨立運行；II段、III段消弧線圈并聯(lián)運行。按照控制方案，I段消弧線圈重新調(diào)諧，測得本段電容電流為53.2 A，需補償?shù)娜萘繛?8.52 A；II段、III段消弧線圈中，3號消弧線圈為主消弧線圈，測得網(wǎng)絡(luò)對地電容電流為78.5 A，需補償?shù)娜萘繛?6.4 A。調(diào)諧完成后容量分配如表3所示。

表3 消弧線圈容量分配（運行方式二）Tab. 3 Arc-suppression coil capacity assignment（operation mode 2）

從運行結(jié)果來看，本控制方案在精確調(diào)諧的基礎(chǔ)上，合理分配補償容量，很好地完成了優(yōu)化目標。

4 結(jié)論

本文提出了變電站消弧線圈并聯(lián)運行的控制技術(shù)，控制技術(shù)不僅計算電容電流準確，而且能夠合理分配電感電流，以均衡各個消弧線圈的負載。本文提出的控制技術(shù)已投入運行，并取得了良好的控制效果。

[1] 要煥年，曹梅月. 電力系統(tǒng)諧振接地[M]. 北京: 中國電力出版社，2000.

[2] 鄧玲慧，王志新. 消弧線圈單相接地故障選線方法研究[J]. 電網(wǎng)與清潔能源，2012，28（9）: 20-24.DENG Linghui，WANG Zhixin. Research on fault line selection of single-phase earth fault through extinction coil[J]. Power System and Clean Energy，2012，28（4）:31-34（in Chinese）.

[3] 陳忠仁，吳維寧，張勤，等. 自動調(diào)諧式消弧線圈的并聯(lián)運行方式[J]. 電力自動化設(shè)備，2005，25（7）: 93-95.CHEN Zhongren，WU Weining，ZHANG Qin，et al. Parallel operation modes of automatic tuning arc-suppression coils[J]. Electric Power Automation Equipment，2005，25（7）: 93-95（in Chinese）.

[4] 方景輝，趙扉，周海濱.消弧線圈主從并聯(lián)運行方式下的綜合控制方案[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制，2009，37（21）:59-61.FANG Jinghui，ZHAO Fei，ZHOU Haibin. A synthetical scheme for the primary and secondary parallel operation mode of arc-suppression coil[J]. Power System Protection and Control，2009，37（21）: 59-61（in Chinese）.

[5] 徐玉琴，陳曉科，江一，等. 35 kV配電網(wǎng)消弧線圈并聯(lián)運行探討[J]. 電力自動化設(shè)備，2003，23（3）: 75-77.XU Yuqing，CHEN Xiaoke，JIANG Yi，et al. Optical control of parallel operation arc-extinction coils in 35 kV distribution system[J]. Electric Power Automation Equipment，2003，23（3）: 75-77（in Chinese）.

[6] 陳忠仁，吳維寧，陳家宏，等. 自動調(diào)諧式消弧線圈測量跟蹤問題的研究[J]. 繼電器，2004，32（18）: 24-28.CHEN Zhongren，WU Weining，CHEN Jiahong，et al.Study of measuring and tracing of arc-suppression coil with automatic tuning[J]. Relay，2004，32（18）: 24-28（in Chinese）.

[7] 朱少林，謝聿琳，葉立行.調(diào)諧方式對并聯(lián)運行的影響[J].電力系統(tǒng)及其自動化學報，2006，18（1）: 82-85.ZHU Shaolin，XIE Yulin，YE Lixing. Effect of automatic tuning mode principle on parallel operation of src-suppression coil[J]. Proceedings of the CSU-EPSA，2006，18（1）:82-85（in Chinese）.

[8] 李嗣明，何婧，張熙軍，等. 消弧線圈投入后引起系統(tǒng)電壓不平衡原因分析及解決方法[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制，2008，36（24）: 124-128.LI Siming，HE Jing，ZHANG Xijun，et al. Causing analysis and design solution of system voltage’s unbanlance when ARC-suppression coil goer line[J]. Power System Protection and Control，2008，36（24）: 124-128 （in Chinese）.

[9] GRIFFEL D，LEITLOFF V.A new deal for safety and quality on MV networks[J]. IEEE Trans on Power Delivery，1997，12（4）: 1428-1433.

[10] MAZON A J，ZAMORA I，ZABALA L，et al. First resonant neutral grounding implantation in spanish distribution system[C]// IEEE Porto Power Tech. Conference，Portugal，2001: 101-107.