消弧線圈自動跟蹤調(diào)諧技術(shù)原理

35kV消弧線圈自動跟蹤調(diào)諧技術(shù)原理及其應用摘要闡述JXH15/35型消弧線圈微機控制自動調(diào)諧裝置原理、功能結(jié)構(gòu)以及應用經(jīng)驗，并結(jié)合實例就幾個關(guān)鍵性技術(shù)問題展開理論分析。對類似裝置的設(shè)計、安裝、調(diào)試及運行具有實用參考價值。

關(guān)鍵詞消弧線圈自動調(diào)諧位移電壓脫諧度PrincipleandApplicationof35kVAutomaticTuningReactorAbstractTheprinciple,functionanditsapplicationof35kVautomatictuningreactorarepresented.Thekeyproblemsareanalyzedcombinedsomeexamples.Itishelpfulforthedesign,testandoperationofautomatictuningreactor.

Keywordsarcsuppresingreactorautomatictuningdisplacementvoltageofftuningdegree0概述

隨著電網(wǎng)饋電線路的不斷增加及電纜線路日益增多，系統(tǒng)對地電容電流愈來愈大?！督涣麟姎庋b置的過電壓保護和絕緣配合》規(guī)定，35kV系統(tǒng)，當接地故障電容電流超過10A時應采取中性點經(jīng)消弧線圈接地運行方式。

系統(tǒng)在切除或投入一部分線路及不同氣象條件時，電網(wǎng)對地電容電流均會有所不同。由于傳統(tǒng)的手動調(diào)匝式消弧線圈不能在線實時測量監(jiān)視電網(wǎng)電容電流，造成實際運行中不能根據(jù)電網(wǎng)電容電流的實際變化及時調(diào)節(jié)，消弧線圈不能始終運行在最佳檔位，其補償作用得不到充分發(fā)揮。因此，在線自動調(diào)諧式消弧電抗器應運而生，它是依靠自動控制系統(tǒng)按電網(wǎng)電容的實時變化來改變消弧線圈的電感，使單相接地電容電流得到電感電流的有效補償，弧道殘流控制到較小。同時，減緩了恢復電壓的上升速度，抑制諧振過電壓的產(chǎn)生。1裝置結(jié)構(gòu)及其調(diào)諧原理

1.1基本結(jié)構(gòu)與功能

35kV電網(wǎng)的變壓器繞組為Y接法，中性點引出，不需要Z形接線的接地變壓器。消弧線圈自動調(diào)諧，裝置包括有載消弧線圈、微機調(diào)節(jié)器、阻尼電阻控制器、中性點PT、隔離開關(guān)及控制屏。

微機調(diào)節(jié)器是整套裝置的關(guān)鍵部分，所有的計算與控制由它來實現(xiàn)。控制器電路包括：模擬量處理、A/D轉(zhuǎn)換、相位比較、CTC計數(shù)器、鍵盤顯示模塊、輸入輸出接口、通訊接口、復位電路、斷電存儲及單片機系統(tǒng)等基本電路。從電網(wǎng)中性點采取的電壓信號和消弧線圈電流(轉(zhuǎn)換為電壓)信號經(jīng)放大濾波后分兩路輸出，一路經(jīng)半波整流濾波變?yōu)橹绷麟妷盒盘柡筮M行A/D轉(zhuǎn)換；另一路經(jīng)限幅放大后通過過零比較，取出過零時刻脈沖信號到相位比較電路比較出相位差，由CTC計數(shù)器測出相位差數(shù)值量。結(jié)合A/D轉(zhuǎn)換采樣外部電壓、電流信號，經(jīng)數(shù)字濾波處理后，計算出系統(tǒng)的脫諧度。當脫諧度偏差超出預定范圍時，通過控制電路接口驅(qū)動有載開關(guān)調(diào)整電抗器分接頭，調(diào)節(jié)一檔后，再同樣計算系統(tǒng)的當前脫諧度，直至脫諧度在預定范圍內(nèi)。當發(fā)生單相接地故障時，CPU將讀入故障狀態(tài)信號，程序進入保護任務，閉鎖控制電路，10s內(nèi)故障若未解除，即向外部端子發(fā)出報警信號。

阻尼電阻是用來限制諧振過電壓，保護整套裝置安全有效運行的一個重要組成部分。當系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，中性點流過很大的電流，這時必須將阻尼電阻短接。阻尼電阻短接控制單元由單獨的電路完成，并采取電壓電流雙重保護。

1.2自動調(diào)諧原理［1］

本裝置的關(guān)鍵技術(shù)在于消弧線圈的微機自動跟蹤控制調(diào)節(jié)器。該調(diào)節(jié)器實時測量出消弧線圈對應分接頭T1和T2的中性點電壓及其相角差，或中性點電流及其相角差，由此計算出電網(wǎng)當前的脫諧度。根據(jù)脫諧度偏離設(shè)定值，控制有載分接開關(guān)調(diào)節(jié)消弧線圈的分接頭，實現(xiàn)自動跟蹤調(diào)諧。其原理為：

消弧線圈正常運行時系統(tǒng)零序等效電路如圖1所示(圖中忽略線圈電阻及電感、電容泄漏損耗)。圖中，U0為中性點不對稱電壓；C為線路對地電容；L為消弧線圈電感；R為阻尼電阻值。為便于分析計算，利用零序回路阻抗三角形(見圖2)。圖中θ為對應分接頭T1和T2的中性點電流I01與I02之間的相角差。由圖2可知：圖1系統(tǒng)零序等效電路圖2阻抗三角形R=cosφ.U0／I02sinθ.U0／I01＝cosφ.ΔX12式中，ΔX12＝｜XL1－XL2｜。由上式得：cos2φ＝I02Rsinθ／I01ΔX12φ＝(1／2)arccos（2I02Rsinθ／I01ΔX12－1)于是：XL－XC＝Rtanφ

故脫諧度為：ε＝（XL－XC）／XL＝Rtanφ／XL

式中，XL為消弧線圈對應分接頭的已知電抗。

可以看出，脫諧度只是電流I01、I02及它們之間的相角差θ的函數(shù)，這3個參數(shù)即為調(diào)節(jié)器在線實時測量值。通過計算電網(wǎng)當前脫諧度與設(shè)定值的比較，決定是否調(diào)節(jié)。

1.3阻尼電阻的取值原則

串聯(lián)阻尼電阻只是在電網(wǎng)正常運行狀態(tài)下起作用，在系統(tǒng)單相接地故障時，中性點流過很大的電流，阻尼電阻處于短路狀態(tài)。其取值條件是：當消弧線圈處于全補償即系統(tǒng)位于諧振點時，阻尼電阻將中性點位移電壓升高限制在15%Uφ內(nèi)的水平，并抑制諧振過電壓。

圖1中，電源U0為中性點不對稱電壓。如我局懶土坡變電站35kV系統(tǒng)實測值U0＝420V，電容電流IC＝14.7A。消弧線圈正常情況下位于I檔運行，由銘牌參數(shù)可得：XL＝1450Ω。

當消弧線圈運行于全補償狀態(tài)，即諧振點附近(最不利的情況考慮)，則有：零序回路電流I0＝420／R，位移電壓UN＝I0≤0.15Uφ，解出R>203(Ω)。故阻尼電阻設(shè)計為320Ω(實際運用中，一般阻尼電阻的容量不宜選擇太大，以增強調(diào)節(jié)系統(tǒng)抗干擾能力，提高自動調(diào)諧的靈敏度)，中性點實際位移電壓為：UN＝U0／R.=1.948＜15%Uφ（kV）2脫諧度的設(shè)定

系統(tǒng)脫諧度范圍的整定直接關(guān)系著系統(tǒng)的補償效果，設(shè)置不當，還可能影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

JXH15/35型消弧線圈微機控制自動跟蹤補償成套裝置自1998年10月在我局35kV網(wǎng)絡投運以后，由于脫諧度設(shè)置不當，致使線路在發(fā)生單相接地事故并消失后，接地信號仍未消失，調(diào)節(jié)器反映出中性點位移電壓異常偏高，相間電壓最大差值在10kV左右。經(jīng)對脫諧度設(shè)定范圍作進一步調(diào)整，即由原來設(shè)置的3%～13%調(diào)整到8%～18%范圍(5%為系統(tǒng)脫諧度偏差設(shè)定值)后，異?，F(xiàn)象消失。

理論分析為：故障前，消弧線圈運行于I檔，電感電流補償值IL1=15.3A，XL1＝1451Ω，脫諧度ε%＝-4%(負號表示運行方式為過補償)。

由圖3可知：圖3系統(tǒng)零序等效電路圖系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障(假定A相接地)后，U0＝UA≈21000(V)，交、直流保護動作，直流接觸器JC吸合，阻尼電阻被短路。此時，系統(tǒng)回路阻抗為XL－XC＝ε%×XL≈58（Ω）。當瞬間單相接地故障消失后，U0＝420V，交流接觸器JJ未放開，零序回路電流I0＝420／58＞5A(電流整定保護值)，位移電壓UN＝I0.XL＝10.5＞7kV(電壓整定值)。

可見脫諧度設(shè)置不當，中性點位移電壓異常偏高，已大于整定保護值，CPU控制電路誤認為接地仍未消失，致使JJ不能釋放，UA及UB幅值可能相差10kV左右。由于脫諧度預置過小，幾乎運行于諧振點附近。當發(fā)生單相接地時，系統(tǒng)回路阻抗太??；同時，中性點不對稱電壓偏高(實測值為420V)，也是一個不容忽視的重要原因。若事先采取技術(shù)措施改善該網(wǎng)絡三相不對稱度，以降低中性點不對稱電壓，此類異?，F(xiàn)象也可避免。

脫諧度重新調(diào)整后，正常情況下，消弧線圈運行于Ⅱ檔，電感電流IL2＝16.8A，感抗值XL2＝1321Ω，脫諧度ε＝-14%。即使按脫諧度上限18%計算，弧道殘流為2.7＜3A，電容電流能夠得到有效補償。則位移電壓UN為：當發(fā)生單相接地故障后，交、直流保護動作，JC吸合，阻尼電阻被短路，回路阻抗XL－XC＝ε.XL≈185(Ω），當單相接地故障消失后，回路電流I0＝420／185<5A(整定值)，位移電壓UN≈3<7kV(整定值)。

計算分析表明，脫諧度經(jīng)重新設(shè)定，在單相故障接地消失后，JJ可自動釋放，串入阻尼電阻，系統(tǒng)恢復正常。3聯(lián)合調(diào)諧

圖4為35kV網(wǎng)絡中兩臺消弧線圈參與補償?shù)牧阈虻刃щ娐穲D，圖5為等效原理圖。其中，L1為XDZJ—630/35型自動調(diào)節(jié)式消弧線圈；L2為XDJ—550/35型傳統(tǒng)手動調(diào)匝式消弧線圈。在通常情況下，刀閘K處于斷開狀態(tài)，網(wǎng)絡N1與N2各自獨立運行。但在某些特殊情況下，有必要將環(huán)網(wǎng)刀閘閉合，形成環(huán)網(wǎng)運行。由圖4、5可導出：圖4兩臺消弧線圈聯(lián)合補償?shù)牧阈虻刃щ娐穲D圖5等效電路原理圖L12≈L1L2／（L1＋L2)U0＝［U1jωL2＋（jωL1＋R）U2］／［jωL1＋jωL2＋R］若R《XL1＋XL2，則：｜U0｜≈（U2XL1＋U1XL2）／（XL1＋XL2)顯然，等效電勢U0的幅值介于U01與U02之間，位移電壓稍有降低。因此，在環(huán)網(wǎng)刀閘閉合后，整個網(wǎng)絡仍處于自動調(diào)諧補償方式下安全穩(wěn)定運行。4結(jié)語

a.消弧線圈微機控制自動調(diào)諧裝置有利于限制或降低電網(wǎng)過電壓水平；

b.消弧線圈投入運行前，應采取技術(shù)措施，盡可能將中性點不對稱電壓降低到較低水平；

c.脫諧度范圍的設(shè)定，應充分考慮使殘流值及位移電壓滿足技術(shù)要求，并在電網(wǎng)各種可能的異常運行狀態(tài)下模擬試驗，避免系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障消失后J