基于消弧線圈柔性補(bǔ)償?shù)膯蜗嘟拥毓收线x線方法研究

［關(guān)鍵詞］消弧線圈；柔性補(bǔ)償；單相接地；故障選線

［中圖分類號(hào)］TM862 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）10–0101–03

隨著配電網(wǎng)運(yùn)行方式的日益靈活化，傳統(tǒng)的單相接地故障選線方法因準(zhǔn)確性不足、誤判率較高等問(wèn)題，已難以滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的運(yùn)行需求。消弧線圈是一種配備鐵心的電感元件，通常被接入電力系統(tǒng)的變壓器中性點(diǎn)與接地網(wǎng)之間，以形成消弧線圈接地系統(tǒng)。在電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，消弧線圈中沒(méi)有電流，而是處于待機(jī)狀態(tài)。電網(wǎng)遭遇雷擊或發(fā)生單相電弧性接地故障時(shí)，系統(tǒng)的中性點(diǎn)電位會(huì)顯著上升，直至接近相電壓的水平。此時(shí)，消弧線圈開(kāi)始產(chǎn)生電感性電流，并與單相接地時(shí)產(chǎn)生的電容性故障電流相互抵消，這一過(guò)程即為故障電流的補(bǔ)償。經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后，流經(jīng)故障點(diǎn)的殘余電流會(huì)顯著降低，由于電流不足以維持電弧的持續(xù)燃燒，電弧會(huì)自行熄滅，從而避免了故障進(jìn)一步擴(kuò)大，保障了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。此外，消弧線圈在電磁兼容性測(cè)試和試驗(yàn)中同樣展現(xiàn)出其應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)阻抗匹配和濾波作用，消弧線圈能夠抑制電路中的電磁干擾，增強(qiáng)電路的穩(wěn)定性和可靠性。在繼電器、變壓器等高頻電路及各類信號(hào)線路中，消弧線圈均展現(xiàn)出了其卓越的性能。因此，研究利用消弧線圈對(duì)故障電流的柔性補(bǔ)償作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障線路的準(zhǔn)確識(shí)別和定位，能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的故障診斷和定位提供新的思路和方法。

1基于消弧線圈柔性補(bǔ)償?shù)膯蜗嘟拥毓收线x線方法設(shè)計(jì)

中性點(diǎn)非有效接地方式主要可分為不接地、經(jīng)消弧線圈接地及經(jīng)電阻接地。其中，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地是一種在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的接地方式，特別適用于高壓電網(wǎng)。這種接地方式的核心是在中性點(diǎn)和大地之間裝設(shè)一個(gè)帶鐵芯的電感線圈，即消弧線圈。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相故障示意如圖1所示。

在電力系統(tǒng)中，故障殘余電流的大小受失諧度的影響顯著。若失諧度的值為0，就理論而言可以實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償，是補(bǔ)償度上最為理想的狀態(tài)。但是，在實(shí)際情況中，這種完全補(bǔ)償可能導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生串聯(lián)諧振過(guò)電壓，從而帶來(lái)安全隱患。若過(guò)失諧度的值大于0，即為欠補(bǔ)償狀態(tài)，是指補(bǔ)償感抗大于出線系統(tǒng)的容抗，因此補(bǔ)償后的電感電流小于出線系統(tǒng)電容電流，此時(shí)，流過(guò)故障點(diǎn)的電流為容性電流。在此狀態(tài)中，如果系統(tǒng)因其他操作導(dǎo)致電容電流減小，還可能誘發(fā)諧振過(guò)電壓。若失諧度的值小于0，即為過(guò)補(bǔ)償狀態(tài)，是實(shí)際情況中最安全且有效的補(bǔ)償方式。該狀態(tài)下消弧線圈不僅能有效消除故障電容電流，還能避免諧振過(guò)電壓的產(chǎn)生，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

在復(fù)雜的電力系統(tǒng)環(huán)境中，環(huán)境因素的變化對(duì)單相接地故障具有顯著影響。特別是接地點(diǎn)的過(guò)渡電阻，其值會(huì)因環(huán)境條件的差異而有所波動(dòng)。這種變化進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致經(jīng)過(guò)消弧線圈補(bǔ)償后的故障點(diǎn)電流表現(xiàn)出不同的特征。因此，在故障選線過(guò)程中，研究引入并聯(lián)電阻以改變系統(tǒng)的電力特性，但是這可能使故障點(diǎn)的電流值進(jìn)一步增加。為了確保故障點(diǎn)電流始終保持在安全標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，研究對(duì)并聯(lián)電阻的最優(yōu)值進(jìn)行計(jì)算。并聯(lián)電阻的計(jì)算方法如下：

并聯(lián)電阻的選取受到線路電容、系統(tǒng)脫諧度及接地過(guò)渡電阻等多重因素的共同影響。因此，在選擇并聯(lián)電阻時(shí)，應(yīng)遵循普適化原則，以確保在各種情況下都能實(shí)現(xiàn)理想的補(bǔ)償效果。

基于消弧線圈柔性補(bǔ)償?shù)膯蜗嘟拥毓收线x線方法的研究設(shè)計(jì)流程如下：模擬或?qū)嶋H發(fā)生單相接地故障，觸發(fā)故障響應(yīng)機(jī)制→投入消弧線圈，利用其對(duì)電容電流的補(bǔ)償作用，初步抑制故障電流→設(shè)定延時(shí)3s，以確保消弧線圈充分發(fā)揮其補(bǔ)償作用，并觀察故障狀態(tài)的變化→判斷故障是否消失，若故障仍然存在，則進(jìn)入下一步驟→測(cè)量系統(tǒng)對(duì)地電容電流，以獲取系統(tǒng)當(dāng)前的電氣參數(shù)→基于測(cè)得的電容電流，控制器選擇合適的并聯(lián)電阻值，以進(jìn)一步優(yōu)化故障電流的補(bǔ)償效果→測(cè)量各條線路的零序電流及系統(tǒng)的零序電壓，以獲取關(guān)鍵的故障特征信息→對(duì)測(cè)得的零序電流和零序電壓的幅值和向量進(jìn)行比較分析，以區(qū)分故障線路與非故障線路→根據(jù)分析結(jié)果選擇故障線路，并進(jìn)行切除操作，同時(shí)斷開(kāi)并聯(lián)電阻，結(jié)束選線過(guò)程。

2分析驗(yàn)證

2.1仿真模型搭建與試驗(yàn)設(shè)定

為了驗(yàn)證基于消弧線圈柔性補(bǔ)償?shù)膯蜗嘟拥毓收线x線方法的適用性，研究利用MATLAB仿真平臺(tái)進(jìn)行了模型構(gòu)建。基于消弧線圈柔性補(bǔ)償?shù)膯蜗嘟拥毓收线x線仿真模型如圖2所示。

當(dāng)系統(tǒng)遭遇故障時(shí)，研究采用具有不同阻值的電阻來(lái)確定故障選線，以確保在符合安全電流限制的前提下，研究方法能夠最大化地提取和利用故障時(shí)產(chǎn)生的關(guān)鍵信息，從而有效地區(qū)分單相接地故障選線。當(dāng)擴(kuò)容消弧線圈按照上述補(bǔ)償度進(jìn)行工作時(shí)，投入選線電阻后需確保故障點(diǎn)電流小于10A，以確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2仿真結(jié)果分析

當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，研究模型在300Ω、1300Ω和3000Ω選線電阻的零序電流仿真結(jié)果如圖3所示。

由圖3（a）可知，當(dāng)電阻為300Ω時(shí)，故障線路的電流顯著增大，最高值達(dá)到38A，遠(yuǎn)超過(guò)10A的安全電流限制，因此不適用于選線。由圖3（b）可知，當(dāng)電阻增大至1300Ω時(shí)，故障電流隨時(shí)間增長(zhǎng)均保持在10A以下，最高電流為8A，符合安全要求。由圖3（c）可知，當(dāng)選線電阻為3000Ω時(shí)，故障電流也始終低于10A，且最高電流為9A，滿足安全標(biāo)準(zhǔn)。綜上所述，1300Ω和3000Ω的電阻值均能滿足電流安全要求，但考慮到較小的電阻值通常具有更高的經(jīng)濟(jì)性，因此經(jīng)綜合分析后，確定1300Ω為消弧線圈柔性補(bǔ)償策略下單相接地故障選線的并聯(lián)電阻最優(yōu)值。

3結(jié)束語(yǔ)

研究對(duì)基于消弧線圈柔性補(bǔ)償?shù)膯蜗嘟拥毓收线x線方法進(jìn)行仿真分析，仿真結(jié)果顯示，1300Ω和3000Ω的電阻值均能滿足電流安全要求，在綜合考慮安全性和經(jīng)濟(jì)性后，研究確定1300Ω為消弧線圈柔性補(bǔ)償策略下單相接地故障選線的并聯(lián)電阻最優(yōu)值。這一研究結(jié)果驗(yàn)證了研究選線方法的可行性，也為實(shí)際應(yīng)用提供了重要的參考依據(jù)。