消弧線圈在35kv電網(wǎng)中的運(yùn)行方式研究[1].doc

消弧線圈在35kV電網(wǎng)中的運(yùn)行方式研究趙啟兵1 劉渝根2 田建華3 （1 鶴壁供電公司，鶴壁458000 2重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院高壓系 重慶 4000443鄭州電力高等?？茖W(xué)校 鄭州450004）摘要：我們知道，對(duì)于山區(qū)35kV電網(wǎng)，由于線路換位不充分，導(dǎo)致線路三相對(duì)地電容不對(duì)稱。本文通過大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和分析發(fā)現(xiàn)，若按正常補(bǔ)償度整定消弧線圈檔位后，電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)三相電壓出現(xiàn)嚴(yán)重不平衡，甚至產(chǎn)生虛幻接地。當(dāng)增大消弧線圈補(bǔ)償度后，雖然可改善三相電壓不平衡度，但在雷擊引起線路單相接地時(shí)，會(huì)因消弧線圈補(bǔ)償度過大使接地點(diǎn)工頻電弧不易熄滅，消弧線圈不能有效發(fā)揮熄滅電弧的作用，從而導(dǎo)致線路雷擊跳閘率居高不下。針對(duì)此問題，本文提出了一種適合于山區(qū)35kV電網(wǎng)的中性點(diǎn)新型運(yùn)行方式。該方式既保證了電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)三相電壓平衡，又充分發(fā)揮了消弧線圈的消弧作用。為此本文對(duì)這種中性點(diǎn)的新型運(yùn)行方式的暫態(tài)過程進(jìn)行了大量數(shù)值計(jì)算，得出了暫態(tài)過程中過電壓和沖擊電流的水平。研究表明這種中性點(diǎn)的新型運(yùn)行方式對(duì)提高山區(qū)35kV電網(wǎng)運(yùn)行水平和減低線路雷擊跳閘率是有效和可行的。關(guān)鍵詞： 35kV電網(wǎng) 中性點(diǎn)運(yùn)行方式 消弧線圈中圖分類號(hào)：TM0 引言35kV電網(wǎng)是我國城市近郊及農(nóng)網(wǎng)中重要的等級(jí)電網(wǎng)。我們知道，由于受地理?xiàng)l件限制，這類電網(wǎng)線路絕大多數(shù)不進(jìn)行換位處理（或換位不充分）,造成三相對(duì)地電容不對(duì)稱，從而使電網(wǎng)三相電壓不平衡。若按正常補(bǔ)償度整定消弧線圈，三相電壓不平衡度可能加劇，甚至導(dǎo)致電網(wǎng)無法正常運(yùn)行。當(dāng)增大消弧線圈補(bǔ)償度后，雖然可改善電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)三相電壓不平衡度，但雷擊引起線路單相接地時(shí)，因消弧線圈補(bǔ)償度過大，使接地點(diǎn)工頻電弧不易熄滅，消弧線圈不能有效發(fā)揮熄滅電弧的作用，線路雷擊跳閘率無法降低。本文在通過大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和數(shù)據(jù)分析計(jì)算的基礎(chǔ)上，提出了一種適合于山區(qū)35kV電網(wǎng)中性點(diǎn)的新型運(yùn)行方式，它既能保證電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)三相電壓平衡又能充分發(fā)揮消弧線圈熄滅線路單相接地工頻續(xù)流電弧，從而消除單相接地故障的作用。本文對(duì)這種中性點(diǎn)的新運(yùn)行方式的暫態(tài)過程和可行性進(jìn)行了研究。1 傳統(tǒng)運(yùn)行方式下，35kV電網(wǎng)運(yùn)行存在的問題我們知道，規(guī)程允許35kV線路可不進(jìn)行換位。如此，往往存在三相對(duì)地電容不對(duì)稱1。當(dāng)35kV線路總長超過100km時(shí)電容不對(duì)稱情況更為顯著。表1為重慶電力公司35kV麒麟壩變電站線路總長120km單相接地電容電流實(shí)測(cè)結(jié)果2,表2為三相對(duì)地電容計(jì)算值。表1 單相接地電容電流實(shí)測(cè)值Tab.1 short circuit current of single phase-to-ground faultISAISBISC12.2A12.8A12.8A表2 三相對(duì)地電容計(jì)算值Tab.2 capacity values of three phasesCACBCC0.664F0.602F0.661F從而得到電網(wǎng)中性點(diǎn)采用絕緣運(yùn)行方式時(shí)的三相電壓值(表3)表 3 中性點(diǎn)絕緣運(yùn)行方式三相電壓值Tab.3 voltage values of three phasesUAUBUC20.57 kV20.85 kV19.92 kV通過實(shí)測(cè)及計(jì)算顯示：1)當(dāng)電網(wǎng)中性點(diǎn)采用絕緣運(yùn)行方式時(shí)，三相電壓最大不平衡度約為4.5%，符合電網(wǎng)正常運(yùn)行要求。 2)當(dāng)電網(wǎng)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈（以消弧線圈XDJ550/35為例）接地運(yùn)行方式時(shí)，本文通過計(jì)算可知：電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)消弧線圈不同檔位即不同補(bǔ)償度下中性點(diǎn)位移電壓及三相電壓不平衡度約在5%-96%之間（如表4）。表4 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地時(shí)中性點(diǎn)位移電壓及三相電壓不平衡度Tab4 the calculating results after compensation of suppressing coil消弧線圈檔位消弧線圈電感值（H）中性點(diǎn)位移電壓（U）三相電壓最大不平衡度（%）5.11.1596.74.730.35537.24.350.15124.63.970.09814.53.640.07210.83.330.0618.43.060.0536.82.810.0425.62.570.0314.6表中U相電壓的有效值3) 當(dāng)電網(wǎng)單相接地時(shí),投入消弧線圈（以XDJ550/35為例）。選擇消弧線圈不同檔位即采用不同補(bǔ)償度對(duì)接地電弧電流的補(bǔ)償情況不同（如表5）。表 5 消弧線圈補(bǔ)償單相接地電容電流的結(jié)果Tab.5 the results after compensation of suppressing coil in single phase-to-ground fault消弧線圈檔位消弧線圈電感值（H）補(bǔ)償以后的接地點(diǎn)殘余電流（A）補(bǔ)償度%5.10.41.6%4.731.56.6%4.352.115.3%3.973.526.1%3.644.937.3%3.336.649.8%3.068.262.5%2.8110.178.1%2.5712. 293.8%一般而言,消弧線圈整定必須同時(shí)兼顧三個(gè)原則2：有合適的補(bǔ)償度，一般應(yīng)控制在5%10%以內(nèi)； 對(duì)于35kV系統(tǒng)，經(jīng)消弧線圈補(bǔ)償后的單相接地電流即殘流應(yīng)控制在310A以內(nèi)； 系統(tǒng)帶消弧線圈正常運(yùn)行時(shí)，中性點(diǎn)位移電壓規(guī)程規(guī)定小于15% U，考慮到三相電壓的平衡，小于5% U為宜。當(dāng)電網(wǎng)在帶消弧線圈運(yùn)行時(shí)，從兼顧電網(wǎng)三相電壓平衡和中性點(diǎn)位移電壓整定原則考慮，消弧線圈補(bǔ)償檔位應(yīng)選檔(表1)。而從消弧線圈補(bǔ)償單相接地電流整定原則考慮，消弧線圈應(yīng)選檔位或檔位(表2)。由此可以看出，對(duì)于山區(qū)35kV電網(wǎng)由于三相對(duì)地電容不對(duì)稱，消弧線圈的整定幾乎不能兼顧正常運(yùn)行時(shí)三相電壓的平衡和單相接地時(shí)消弧線圈的消弧作用。這樣就給電網(wǎng)的正常運(yùn)行和降低線路雷擊跳閘率帶來了相當(dāng)?shù)睦щy。2 中性點(diǎn)新型運(yùn)行方式下的暫態(tài)過程分析2.1 中性點(diǎn)新型運(yùn)行方式根據(jù)我國電力系統(tǒng)運(yùn)行有關(guān)規(guī)程, 特別是中性點(diǎn)絕緣運(yùn)行方式下電網(wǎng)可以帶單相接地故障運(yùn)行0.5-2小時(shí)的規(guī)定, 本文在大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)和對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行中暫態(tài)過程數(shù)值模擬計(jì)算的基礎(chǔ)上, 通過對(duì)中性點(diǎn)新型運(yùn)行方式下可能出現(xiàn)的過電壓和沖擊電流水平以及可行性的研究, 提出了一種適合于山區(qū)35kV電網(wǎng)中性點(diǎn)的新型運(yùn)行方式。該方式利用中性點(diǎn)絕緣運(yùn)行方式下電網(wǎng)三相電壓不平衡度最小的特點(diǎn), 在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)采用中性點(diǎn)絕緣運(yùn)行方式，從而有效保證三相電壓的平衡。當(dāng)電網(wǎng)因雷擊引起線路單相接地時(shí), 通過對(duì)電網(wǎng)三相電壓和中性點(diǎn)電壓等參數(shù)的檢測(cè), 利用自動(dòng)投切裝置快速投入已經(jīng)正常整定的消弧線圈, 消弧線圈的投入將迅速熄滅單相接地短路電流電弧從而消除單相接地故障。在檢測(cè)到單相接地故障已經(jīng)消除后, 利用自動(dòng)投切裝置退出消弧線圈將電網(wǎng)恢復(fù)到正常運(yùn)行時(shí)的中性點(diǎn)絕緣運(yùn)行方式，其操作流程如圖1所示。圖1 電網(wǎng)中性點(diǎn)新型運(yùn)行方式操作示意圖Fig.1 block diagram of operation消弧線圈自動(dòng)投切裝置原理圖如圖2所示。 圖2 消弧線圈自動(dòng)投切裝置原理圖Fig.2 Technological process如此本新型運(yùn)行方式既能保證電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)三相電壓平衡，又能充分發(fā)揮消弧線圈有效熄滅單相接地電弧消除單相接地故障的作用, 從而提高了山區(qū)35kV電網(wǎng)運(yùn)行水平和防雷水平, 降低線路雷擊跳閘率, 減少電網(wǎng)停電事故。2.2消弧線圈投切暫態(tài)過程計(jì)算中性點(diǎn)新型運(yùn)行方式數(shù)值模擬計(jì)算等值圖34如圖3所示。圖3單相接地補(bǔ)償電網(wǎng)等值接線圖Fig.3 equivalent calculating circuit of compensation grids 圖3中Rs電源內(nèi)電阻；Ls電源內(nèi)電抗；L消弧線圈的調(diào)諧電感；Ca、Cb、Cc電網(wǎng)各相對(duì)應(yīng)對(duì)地電容；K單相接地短路點(diǎn)；S消弧線圈的投切開關(guān)2.2.1投入消弧線圈暫態(tài)過程計(jì)算圖4圖7為模擬故障點(diǎn)兩次燃熄弧5后投入消弧線圈故障相、健全相和中性點(diǎn)上的電壓。電網(wǎng)A相在10ms時(shí)刻燃弧，30ms時(shí)刻重燃，并在重燃后投入消弧線圈。圖8為消弧線圈沖擊電流，35ms時(shí)刻為電流最大值時(shí)刻。圖4 投入消弧線圈后A相過電壓曲線Fig.4 fault phase over-voltage curve圖5 投入消弧線圈后B相過電壓曲線Fig.5 B phase over-voltage curve 圖6投入消弧線圈后C相過電壓曲線Fig.6 C phase over-voltage curve 圖7投入消弧線圈后中性點(diǎn)過電壓曲線Fig.7 neutral point over-voltage curve圖8消弧線圈沖擊電流曲線Fig.8 the current of the suppressing coil2.2.2切除消弧線圈暫態(tài)過程計(jì)算圖9退出消弧線圈故障相過電壓曲線Fig.9 fault phase over-voltage curve圖10 退出消弧線圈后B相過電壓曲線Fig10 B phase over-voltage level curve 圖11 退出消弧線圈C相過電壓曲線Fig11 C phase over-voltage curve 圖12退出消弧線圈中性點(diǎn)過電壓曲線Fig.12 neutral point over-voltage curve 由圖9圖12，電網(wǎng)在2.00s時(shí)刻退出消弧線圈，由EMTP輸出結(jié)果得到退出消弧線圈時(shí)三相電壓和中性點(diǎn)最大電壓值分別為1.30pu和0.30pu。2.3不同相單相短路計(jì)算結(jié)果不同相單相短路對(duì)應(yīng)的電網(wǎng)過電壓最大值和消弧線圈電流的最大值如表6。表6 不同相單相短路過電壓值倍數(shù)和沖擊電流值Tab.6 the calculating results after compensation of suppressing coil in different single phase-to-ground fault短路相別健全相過電壓倍數(shù)中性點(diǎn)過電壓倍數(shù)消弧線圈電流最大值A(chǔ)相2.89pu2.10pu27.4 AB相2.81pu2.09pu19.5 AC相2.88pu2.10pu23.7 A新型中性點(diǎn)運(yùn)行方式因消弧線圈的投入和切除會(huì)引起電網(wǎng)電磁振蕩, 考慮了諸多影響因素的大量數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果表明，暫態(tài)過程中并不會(huì)引起超過中性點(diǎn)絕緣運(yùn)行或經(jīng)消弧線圈接地運(yùn)行的35kV電網(wǎng)中的過電壓和過電流。3結(jié)論 山區(qū)35kV電網(wǎng)由于三相對(duì)地電容不對(duì)稱情況，存在電網(wǎng)在帶消弧線圈運(yùn)行時(shí)不能同時(shí)兼顧消弧線圈補(bǔ)償度的整定和電網(wǎng)三相電壓平衡度的整定。如果滿足正常運(yùn)行時(shí)三相電壓平衡度后,當(dāng)雷擊引起線路單相接地時(shí)，往往消弧線圈過補(bǔ)償度過大,從而不能熄滅單相接地電弧電流, 最終導(dǎo)致雷擊跳閘率偏高。 為兼顧帶電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)三相電壓的平衡和單相接地時(shí)消弧線圈的消弧作用，本文提出一種適合于山區(qū)35kV電網(wǎng)的中性點(diǎn)新型運(yùn)行方式, 即電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)采用中性點(diǎn)絕緣運(yùn)行方式，保證電網(wǎng)三相電壓的平衡，在電網(wǎng)因雷擊發(fā)生單相接地故障后投入消弧線圈，充分消弧線圈熄滅單相接地故障的作用，接地故障消除后退出消弧線圈恢復(fù)正常運(yùn)行時(shí)的中性點(diǎn)絕緣運(yùn)行方式。 大量研究結(jié)果表明，在中性點(diǎn)新型運(yùn)行方式的暫態(tài)過程中可能出現(xiàn)的故障相、健全相和中性點(diǎn)電壓最大值分別不超過2.60pu、2.89pu和2.10pu，電網(wǎng)過電壓水平均在電網(wǎng)絕緣配合的允許范圍內(nèi)。 消弧線圈在整個(gè)暫態(tài)過程中可能承受的過電壓最大值和過電流最大值分別為2.10pu和27.4A，因此可以利用負(fù)荷開關(guān)配以自動(dòng)操作裝置完成投入和退出操作。 研究表明，本文提出的中性點(diǎn)新型運(yùn)行方式在消弧線圈投切引起的暫態(tài)過程中不會(huì)出現(xiàn)幅值很高的過電壓和沖擊電流，消弧線圈的自動(dòng)投切也是可以實(shí)現(xiàn)的。因此中性點(diǎn)的新型運(yùn)行方式對(duì)提高電網(wǎng)運(yùn)行水平和降低線路雷擊跳閘率都是極有工程價(jià)值的。主要參考文獻(xiàn):1 粱曦東，陳昌豫，周遠(yuǎn)翔. 高電壓工程. 北京：清華大學(xué)出版社，2002年5月2 袁濤，劉渝根，陳先祿.山區(qū)35kV防雷值得注意的一個(gè)問題. 重慶：重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，第25卷第7期3 解廣潤主編. 陳慈萱，方瑜，電力系統(tǒng)過電壓.武漢：水利電力出版社，1985年6月4 周守昌主編. 電路原理（上冊(cè)）. 北京：高等教育出版社，1999年5 要煥年，曹梅月.電力系統(tǒng)諧振接地.北京：中國電力出版社，2000年8月作者簡(jiǎn)介：趙啟兵 男，大專學(xué)歷，工程師，主要從事電力工程施工技術(shù)及管理 ，聯(lián)系電話題負(fù)責(zé)人：劉渝根，男，研究生學(xué)歷，碩士，副教授，主要從事電力系統(tǒng)過電壓及接地技術(shù)研究。聯(lián)系電話課題無基金資助。Study of Suppressing Coils operation method in 35kV grids（1.ZHAO Qi-bing1 Liu-YuGe2 Tian Jian-Hua3）(1.Hebi Power Supply Company 2 Henan Power Grid Construction Management. Company , 3 College of Electrical Engineering Chongqing University,4 Zhenzhou Electric Power College）英文摘要：This article proposes a new neutral point operation method as neutral insulation in static state and suppressing coil grounding in fault ,then EMTP simulation acts. It can be used in 35KV power distribution systems to improve above operations by many calculations of the static process with new method, and reach the data of voltage & current in this static process. The study shows it is availableto improve the operation of 35KV power distribution system & reduce the ratio of tripping operation by lightning stroke.The unbalanced nature of 35kV distribution system due to capacity values gives difficult in neutral point operation, which can not meet the demand of voltage bal