消弧線圈接地對(duì)風(fēng)電場(chǎng)鐵磁諧振過電壓抑制的研究

許繼變壓器有限公司 河南 許昌 461000

0 引言

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地也稱為諧振接地，它利用消弧線圈產(chǎn)生的感性電流抵消單相短路時(shí)的容性電弧電流，從而自動(dòng)消除電網(wǎng)的單相接地故障，從而避免了事故擴(kuò)大。消弧線圈還可以抑制系統(tǒng)的鐵磁諧振過電壓的產(chǎn)生，從而提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。

我公司所屬的風(fēng)電場(chǎng)近年來陸續(xù)在35k V配電網(wǎng)陸續(xù)加裝自動(dòng)消弧線圈裝置，從多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)于提高供電可靠性、抑制過電壓、人身安全、設(shè)備安全和降低通信干擾、改善電磁環(huán)境等方面，具有良好的作用。通過對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的消弧線圈的使用效果進(jìn)行分析，消弧線圈在抑制鐵磁諧振過電壓方面效果明顯，有效地保護(hù)了風(fēng)電場(chǎng)的電壓互感器。

1 消弧線圈的基本工作原理

通過在系統(tǒng)中性點(diǎn)接入消弧線圈，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)提供感性電流，用以補(bǔ)償由于系統(tǒng)存在電容而在故障點(diǎn)引起的容性接地電流，使系統(tǒng)的故障接地電流達(dá)到最小。其單相接地故障示意圖如圖1，單相接地等值電路圖如圖2所示。

我公司所屬的風(fēng)電場(chǎng)加裝的自動(dòng)消弧線圈的系統(tǒng)原理圖如圖3所示

圖3 系統(tǒng)主接線原理圖

2 電力系統(tǒng)鐵磁諧振過電壓分析

在電力系統(tǒng)的振蕩回路中，往往由于鐵心電感的飽和作用而激發(fā)起持續(xù)性的幅值較高的過電壓，即鐵磁諧振過電壓。35k V及以下的配電網(wǎng)中存在兩種典型的鐵磁諧振過電壓，分別為斷線諧振引起的過電壓和PT飽和引起的過電壓，統(tǒng)稱其為非線性諧振過電壓。它具有和線形諧振過電壓以及間歇性電弧接地過電壓完全不同的特點(diǎn)和性質(zhì)，在不同參數(shù)配合下可能發(fā)生基波，分頻和高頻諧振過電壓。

在電力系統(tǒng)中，因?qū)Ь€的折斷、斷路器非全相動(dòng)作或嚴(yán)重的不同期操作、高壓熔斷器的一相或兩相熔斷等造成系統(tǒng)非全相運(yùn)行時(shí)所出現(xiàn)的鐵磁諧振過電壓，都屬于斷線諧振過電壓。發(fā)生斷線時(shí)，通常是三相對(duì)稱電勢(shì)向三相不對(duì)稱負(fù)載供電，回路較復(fù)雜，并有非線性元件，所以，需利用戴維南定理和對(duì)稱分量法，將三相電路轉(zhuǎn)化為單相等值電路，整理成最簡單的LC串聯(lián)回路，然后，再分析產(chǎn)生諧振的條件，進(jìn)行計(jì)算分析。設(shè)有一相導(dǎo)線折斷發(fā)生斷線故障，斷線有三種形式：斷線不接地、斷線電源側(cè)接地、斷線負(fù)荷側(cè)接地。斷線形式的等值電路如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)斷線形式的等效電路

在中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)中，為了監(jiān)視絕緣狀況，風(fēng)電場(chǎng)變電站母線上通常有Y0接的電磁式電壓互感器，即PT。正常運(yùn)行時(shí)，電磁式電壓互感器具有很高的勵(lì)磁阻抗，所以網(wǎng)絡(luò)對(duì)地阻抗仍呈容性，三相基本平衡。在某些切換操作或者在接地故障消失后，它與導(dǎo)線電容或其他設(shè)備的雜散電容間形成特殊的三相或單相共振回路，并能激發(fā)起各種諧波的鐵磁諧振過電壓，稱為PT飽和過電壓。

3 對(duì)斷線諧振過電壓的抑制作用

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)電阻接地方式下三種斷線形式的等值電路如圖5所示。

圖5 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)電阻接地方式下三種斷線形式等值電路

通過對(duì)圖5分析可知：發(fā)生斷線電源側(cè)接地故障時(shí)，由于電源的內(nèi)阻很小中性點(diǎn)接地電阻相當(dāng)于并聯(lián)在電網(wǎng)電源的兩側(cè)而被短接，所以對(duì)于該種情況下的斷線諧振過電壓的抑制幾乎不起作用，故無法消除斷線電源側(cè)接地時(shí)的斷線諧振過電壓。

當(dāng)發(fā)生斷線負(fù)荷側(cè)接地故障時(shí)，中性點(diǎn)接地電阻的接入使等值串聯(lián)諧振回路的損耗加大，使諧振被阻尼掉。對(duì)斷線不接地，中性點(diǎn)電阻對(duì)于電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的斷線故障所引起的諧振過電壓均有一定抑制作用。

4 對(duì)PT飽和過電壓的抑制作用

從危害性來說，分頻諧振過電壓是最大的，它會(huì)使得大大增加的勵(lì)磁電流持續(xù)時(shí)間很長，燒毀互感器的保險(xiǎn)絲，互感器嚴(yán)重過熱而冒油，甚至爆炸。電壓互感器的飽和過電壓具有明顯的零序性質(zhì)，配電網(wǎng)中性點(diǎn)接有電阻后，相對(duì)固定了電網(wǎng)中性點(diǎn)電位，使之難以升高。

另外，中性點(diǎn)電阻相當(dāng)于并聯(lián)在三相對(duì)地電容上的旁路電阻，也就相當(dāng)于在諧振回路中附加了一個(gè)相當(dāng)大的損耗，對(duì)限制PT飽和過電壓的效果很明顯。

5 結(jié)論

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)電阻接地方式中，中性點(diǎn)接地電阻能夠有效抑制斷線諧振引起的過電壓。

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)電阻接地方式能夠有效抑制PT飽和引起的過電壓。