自動(dòng)消弧線圈應(yīng)用與實(shí)踐

周小卿

（固原供電局 寧夏 固原 756000）

0 引言

隨著科技的發(fā)展，固原電網(wǎng)目前已經(jīng)在部分變電站使用自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈，這種消弧線圈可以自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，將故障點(diǎn)的殘流限制在合格的范圍內(nèi)。固原電網(wǎng)采用預(yù)調(diào)式自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈，即消弧線圈的脫諧度和殘流作為是否需要調(diào)節(jié)補(bǔ)償電流的判斷依據(jù)，預(yù)先將脫諧度和殘流設(shè)定為某一個(gè)范圍，當(dāng)系統(tǒng)的脫諧度和殘流超出此范圍，控制器發(fā)出指令，調(diào)整消弧線圈的檔位，使調(diào)整后的脫諧度及殘流滿(mǎn)足要求，且中性點(diǎn)電壓不能超過(guò)15%相電壓。

系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)接近于全補(bǔ)償狀態(tài)。為解決中性點(diǎn)電壓與脫諧度之間的矛盾，在消弧線圈與系統(tǒng)中性點(diǎn)之間串入一電阻，通過(guò)提高網(wǎng)絡(luò)的阻尼率來(lái)降低系統(tǒng)的中性點(diǎn)的電壓，使其滿(mǎn)足要求。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)接地時(shí)，在接地電阻上流過(guò)很大的電流，因此必須在系統(tǒng)接地時(shí)，迅速短接接地電阻以免影響消弧線圈的出力，降低熄弧效果，同時(shí)也避免電阻流過(guò)電流過(guò)大而過(guò)熱損壞電阻，而在系統(tǒng)單相接地消失時(shí)必須及時(shí)投入接地阻尼電阻。

1 自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈

消弧線圈用連續(xù)可調(diào)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)諧從理論上來(lái)說(shuō)時(shí)可行的，但分接頭足夠多的消弧線圈也是可用的。例如對(duì)于電容電流為90A的電網(wǎng)，當(dāng)切除一回2km的電纜線路時(shí)，接地電容電流只變化約2A，電網(wǎng)脫諧度也只變化約2.2%，這時(shí)消弧線圈電感不改變也是安全的。當(dāng)然，分接頭數(shù)越多，則調(diào)節(jié)越細(xì)。

分接頭數(shù)的多少?zèng)Q定著可以達(dá)到的最小脫諧度，而脫諧度是影響滅弧的主要因素，從兩個(gè)方面說(shuō)明：1）弧道中的殘余電流；2）恢復(fù)電壓上升到最大值的時(shí)間及恢復(fù)電壓的上升速度。

1.1 弧道中的殘余電流（忽略殘流的高次諧波分量）

當(dāng)電網(wǎng)的Ic=100A,d=0.05，而脫諧度v由0偏至0.1時(shí)，將從5A增至11A，而兩檔位之間的最大電流差約6A，這說(shuō)明v=0.1顯然偏大。v=0.025和0.05時(shí)Ig為5.6和7.1A，這說(shuō)明若能保證脫諧度為0.025，則殘流增加不大，只比完全諧振時(shí)大0.6%，當(dāng)脫諧度小于0.05時(shí)，殘流增大也是可以接受的。

1.2 故障相恢復(fù)電壓上升到最大值的時(shí)間及恢復(fù)電壓的上升速度

當(dāng)0.05時(shí)，恢復(fù)電壓升至最大值的時(shí)間如圖1所示。

眾所周知，滅弧后由于電容上的電荷經(jīng)消弧線圈放電形成慢慢衰減的自由震蕩過(guò)程，弧道上的電壓是緩慢上升的，不易發(fā)生重燃。由圖看出，當(dāng)恢復(fù)電壓時(shí)間已減少一半以上，這對(duì)滅弧不利，最好在0.025以?xún)?nèi)，不要超過(guò)0.05。

恢復(fù)電壓最大上升速度與所得結(jié)果完全相同，就是說(shuō)消弧線圈應(yīng)調(diào)節(jié)到不大于0.05的程度。

圖1

當(dāng)明確了脫諧度v的指標(biāo)后，就可以求出必要的分接頭數(shù)。消弧線圈兩相鄰分接頭對(duì)應(yīng)的電流In+1和In遵循In+1-In≤2vIn的關(guān)系。 若電流最小為 Imin，則最大電流 Imax=Imin（1＋2v）N-1，N為分接頭數(shù)，故由此可得：

通常消弧線圈最大電流與最小電流值比為2，當(dāng)0.025時(shí)，N=15。應(yīng)該看出當(dāng)允許既可在過(guò)補(bǔ)償又可在欠補(bǔ)償狀況工作時(shí)，15檔分接頭的消弧線圈可以調(diào)節(jié)到使脫諧度等于0.025。當(dāng)運(yùn)行人員只希望運(yùn)行在過(guò)補(bǔ)償狀態(tài)時(shí)，15檔分接頭只能是脫諧度達(dá)到0.05。

2 實(shí)際應(yīng)用

自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈其運(yùn)行特性以脫諧度和殘流為調(diào)節(jié)依據(jù)，任何一個(gè)條件滿(mǎn)足消弧線圈不調(diào)檔。只有當(dāng)脫諧度和殘流兩個(gè)條件都不滿(mǎn)足時(shí)消弧線圈才調(diào)檔，直至滿(mǎn)足脫諧度和殘流中的任何一個(gè)條件。其脫諧度和殘流按與其配合的非智能消弧線圈補(bǔ)償后整定。自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈補(bǔ)償電流級(jí)差為等比，最大電流Imax=100A，最小電流為Imin=40A，檔位分14檔，可計(jì)算出只希望運(yùn)行在過(guò)補(bǔ)償狀態(tài)時(shí)，脫諧度v=7.3。因此在設(shè)定脫諧度時(shí)，特別注應(yīng)設(shè)定范圍。設(shè)定范圍過(guò)窄，造成消弧線圈檔位不能確定，無(wú)法正常運(yùn)行；設(shè)定范圍過(guò)寬，造成系統(tǒng)補(bǔ)償度不合理，影響熄弧效果。

為使自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈充分發(fā)揮自動(dòng)調(diào)諧作用，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)問(wèn)題：

2.1 自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈與非自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈配合使用，盡量使自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈的補(bǔ)償容量處于中間檔位（此時(shí)補(bǔ)償效果好），避免其補(bǔ)償容量接近（或低于）下限、接近（或高于）上限。

2.2 正常情況下，自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈應(yīng)投入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)控制器自動(dòng)功能異常或必要時(shí)，可將消弧線圈自動(dòng)調(diào)諧裝置改為手動(dòng)（阻尼電阻回路不受影響，正常運(yùn)行），可用殘流為參考值調(diào)整。

2.3 以前預(yù)調(diào)式消弧線圈在系統(tǒng)接地時(shí)需迅速短接接地電阻，而常用的接觸器方式雖然采用兩套獨(dú)立的控制方式（交流控制與直流控制并用），但是仍可能出現(xiàn)設(shè)備故障情況，而且接地阻尼電阻的爆炸可能導(dǎo)致事故的擴(kuò)大。現(xiàn)在自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈控制器如發(fā)出“保護(hù)失靈”信號(hào)，則為阻尼電阻保護(hù)回路故障，應(yīng)迅速將自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈退出運(yùn)行，以防止系統(tǒng)接地時(shí)阻尼電阻燒毀。

2.4 如阻尼電阻故障，存在阻尼電阻保護(hù)回路動(dòng)作，系統(tǒng)接近諧振的可能性。在事故處理時(shí)應(yīng)將此種情況作為因素之一考慮，應(yīng)及時(shí)采取措施將自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈退出運(yùn)行。

3 自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈對(duì)配電網(wǎng)良好適應(yīng)性

隨著配電網(wǎng)的迅速發(fā)展，消弧系統(tǒng)必須要可靠地服務(wù)于配電網(wǎng)并能適應(yīng)不斷的變化和進(jìn)步。這一要求雖然沒(méi)有在有關(guān)規(guī)范中反映出來(lái)，但在實(shí)際應(yīng)用中不可忽視。

對(duì)于消弧系統(tǒng)的首要要求是能正常工作，不出故障，維護(hù)簡(jiǎn)單。如果不能做到這點(diǎn),則會(huì)困擾運(yùn)行部門(mén)，同時(shí)消弧系統(tǒng)的投入決不容許對(duì)配電網(wǎng)構(gòu)成威脅。此，一方面要求消弧系統(tǒng)必須確保不會(huì)引起諧振，而且消弧系統(tǒng)必須適應(yīng)配電網(wǎng)不同發(fā)展時(shí)期對(duì)其容量的不同需要，即要求消弧系統(tǒng)能輸出的最小補(bǔ)償電流沒(méi)有限值，否則，便會(huì)造成投資不能奏效或重復(fù)投資。在當(dāng)前發(fā)展階段，一般只要求消弧系統(tǒng)能在同一個(gè)變電站的不同母線間實(shí)現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行，將來(lái)隨著配電網(wǎng)自動(dòng)化的推廣，必然要求消弧系統(tǒng)能在不同的變電站間實(shí)現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行。

此外，消弧系統(tǒng)能否有利于降低配電網(wǎng)絕緣水平的要求也是必須考慮的。如果消弧系統(tǒng)的響應(yīng)速度足夠快，且消弧效果及選線效果很好，就能使接地故障持續(xù)的時(shí)間限制在10s內(nèi)，因而仍可利用80%的避雷器作為過(guò)電壓保護(hù)，使配電網(wǎng)的過(guò)電壓水平降低到與低阻抗接地方式相同的水平。這就實(shí)現(xiàn)了一種新型的接地方式，即消弧線圈接地與低阻抗接地2種接地方式的優(yōu)點(diǎn)而避免了它們的缺點(diǎn)，消弧系統(tǒng)能否有利于降低配電網(wǎng)絕緣水平以適應(yīng)升壓改造，將成為必須面對(duì)的問(wèn)題。顯然，只有響應(yīng)速度極快，又在多方面確保良好消弧效果及選線效果的消弧系統(tǒng)才能滿(mǎn)足要求。

4 結(jié)論

自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈運(yùn)行后，中性點(diǎn)電壓達(dá)到相電壓1%左右，三相電壓接近平衡，明顯改善了三相電壓不平衡的問(wèn)題，減少了三相電壓不平衡帶來(lái)的變壓器損失。

固原地區(qū)35kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及多變的運(yùn)行方式，應(yīng)在一些較大電容電流系統(tǒng)加裝此自動(dòng)調(diào)諧跟蹤補(bǔ)償裝置，提高熄弧效果，減少倒閘操作，增加供電可靠性，保證固原地區(qū)電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

［1］劉虹，尹忠東，等.新型可控自動(dòng)消弧成套裝置的應(yīng)用研究[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，1998.

［2］李福壽.消弧線圈自動(dòng)調(diào)諧原理[M].上海交通大學(xué)出版社，1993.

［3］唐軼，牟龍華，王崇林.單相接地電容電流自動(dòng)補(bǔ)償成套裝置[J].高電壓技術(shù)，1996.

［4］周行星，李福壽.單相接地電容電流全狀態(tài)自動(dòng)補(bǔ)償[J].高電壓技術(shù)，1995.

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

［6］李福壽.中性點(diǎn)非有效接地電網(wǎng)的運(yùn)行[M].北京：水利電力出版社，1993.