消弧線圈自動(dòng)調(diào)諧裝置在變電所設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

消弧線圈自動(dòng)調(diào)諧裝置在變電所設(shè)計(jì)中的應(yīng)用【摘要】對(duì)在常規(guī)變電所裝設(shè)消弧線圈后運(yùn)行中存在間隙過電壓?jiǎn)栴}進(jìn)行了分析，安裝自動(dòng)調(diào)諧裝置后，可以有效地減少接地電流，提高供電可靠性?！娟P(guān)鍵詞】自動(dòng)調(diào)諧；消弧線圈；變電所設(shè)計(jì)Abstract：Thegapover-voltageproblemexperiencedduringoperationataconventionalsubstationwithanarc-suppressioncoilinstalledisanalysed.Withatuning-updeviceinstalled,thegroundingcurrentcanbeeffectivelyreducedtoensurereliablesupplyofpower.Keywords：automatictuning-up;arc-suppressioncoil;designofsubstation在我國(guó)的10～66kV電網(wǎng)中，大多數(shù)采用中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式。這是由于這種方式在系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，允許一段時(shí)間(一般為2h)帶故障運(yùn)行，這樣可保證90%以上故障不跳閘，大大提高了系統(tǒng)的供電可靠性。隨著城網(wǎng)的擴(kuò)大，特別是城市電纜線路的增加，系統(tǒng)對(duì)地電容電流急劇增加。發(fā)生單相接地后，使故障點(diǎn)的電流增大，容易產(chǎn)生間隙性弧光接地過電壓，造成事故。為解決上述問題，通常在變壓器中性點(diǎn)裝設(shè)消弧線圈，當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，消弧線圈產(chǎn)生的感性電流補(bǔ)償了故障點(diǎn)的電容電流，使接地點(diǎn)的電流變小，達(dá)到自然滅弧，從而防止了事故擴(kuò)大甚至消除事故的目的。但由于系統(tǒng)的運(yùn)行方式經(jīng)常發(fā)生變化，電容電流也隨之改變。而消弧線圈的抽頭必須在停電時(shí)才能改變，不能隨著運(yùn)行方式的改變而及時(shí)調(diào)整，這樣消弧線圈就不能工作在最佳狀態(tài)，因此接地點(diǎn)的電流還不能減少到最小值。為了確保消弧線圈在運(yùn)行中取得最佳補(bǔ)償效果，我們?cè)谧罱O(shè)計(jì)的220kV變電所中采用了消弧線圈自動(dòng)補(bǔ)償調(diào)諧裝置，解決了上述問題。1小電流接地系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)在我國(guó)10～66kV電網(wǎng)中一般采用小電流接地(即中性點(diǎn)不接地)系統(tǒng)，如圖1所示。在正常運(yùn)行時(shí)，由于電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，各相對(duì)地電容大小不等，容抗也不等，使每相對(duì)地電壓也不等，電源中性點(diǎn)與電容的地電位間產(chǎn)生位移電壓U00'，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，位移電壓增大，流過接地點(diǎn)的電容電流Ic也增大，當(dāng)Ic超過規(guī)定值時(shí)，就會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成較大影響。圖1中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)及相量圖2裝設(shè)消弧線圈存在的問題當(dāng)電網(wǎng)發(fā)展到一定容量后，上述情況就會(huì)更加嚴(yán)重。這時(shí)，采用消弧線圈進(jìn)行補(bǔ)償，可抵消電網(wǎng)產(chǎn)生的電容電流，使電網(wǎng)在發(fā)生單相接地時(shí)，大大減小故障點(diǎn)的電流和減緩電弧熄滅時(shí)故障點(diǎn)恢復(fù)電壓上升的速度。消弧線圈接入后，在正常運(yùn)行時(shí)，電容和電抗構(gòu)成一串聯(lián)電路，如圖2所示。當(dāng)ωL=1/3ωC時(shí)，將產(chǎn)生串聯(lián)諧振，這時(shí)稱為全補(bǔ)償，這將使U0＞15%Uφ，直接影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。一般情況下，可采用過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償，避免全補(bǔ)償。但由于消弧線圈只能在停電時(shí)調(diào)節(jié)抽頭，且每?jī)沙轭^之間調(diào)節(jié)范圍較大，在運(yùn)行方式變化較大情況下，很難保證消弧線圈在較理想方式下運(yùn)行。另外，由于電網(wǎng)的電容電流計(jì)算也是近似估算，幾種誤差迭加就可能在發(fā)生單相接地時(shí)，產(chǎn)生較大電流，甚至?xí)^允許值，造成相間故障。圖2電容電抗串聯(lián)電路3消弧線圈自動(dòng)調(diào)諧裝置的基本原理及參數(shù)選擇鑒于上述情況，在我省的220kV變電所設(shè)計(jì)中，采用了消弧線圈自動(dòng)調(diào)諧裝置，如圖3所示。圖3帶有消弧線圈自動(dòng)調(diào)諧裝置的系統(tǒng)圖3.1消弧線圈L消弧線圈是一臺(tái)具有分接頭的電抗器，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)，用來(lái)產(chǎn)生電感性電流，容量選擇應(yīng)滿足：a.接于YN/Δ或YN/YN/Δ變壓器中性點(diǎn)上的消弧線圈容量不應(yīng)超過變壓器總?cè)萘康?0%，并不得大于每相容量；b.接于YN/Y接線的內(nèi)鐵心變壓器時(shí)，不應(yīng)超過其總?cè)萘康?0%；c.考慮電網(wǎng)的發(fā)展要求。(1)式中，Q為補(bǔ)償容量；K為系數(shù)，過補(bǔ)償取1.35；Ue為電網(wǎng)線電壓；IC為電網(wǎng)電容電流。一般Qmax/Qmin=2(I1max/I1min)抽頭數(shù)：(2)式中，I1max為消弧線圈最大電流；I1min為消弧線圈最小電流；υ為脫諧度，根據(jù)調(diào)諧精度要求，可取0.025～0.05。υ=(IC-IL)/IC(3)3.2阻尼電阻R由于采用了自動(dòng)調(diào)諧裝置，在正常工作時(shí)，可使消弧線圈運(yùn)行在最佳狀態(tài)(即接近全補(bǔ)償狀態(tài))，這時(shí)有可能產(chǎn)生串聯(lián)諧振，使中性點(diǎn)電壓超過15%Uφ。在消弧線圈下端串一阻尼電阻，以限制諧振過電壓產(chǎn)生。但在單相接地故障時(shí)，大電流通過電阻和消弧線圈時(shí)，使中性點(diǎn)電位升高，應(yīng)將電阻短接。可采用反應(yīng)中性點(diǎn)電位過高和中性點(diǎn)過流來(lái)實(shí)現(xiàn)。電阻值一般根據(jù)地區(qū)用戶要求，選擇標(biāo)準(zhǔn)電阻值。3.3控制器控制器是自動(dòng)調(diào)諧裝置核心部件，由單片微機(jī)和各種接口組成?？蓪?shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、手動(dòng)控制、各種參數(shù)設(shè)置、打印等多種功能，可以顯示實(shí)時(shí)的電網(wǎng)電容電流、脫諧度、位移電壓、分接頭位置、殘流、中性點(diǎn)電流、調(diào)檔次數(shù)等。它的工作原理主要是依據(jù)電網(wǎng)的脫諧度和殘流的要求，經(jīng)過采樣，比較，CPU處理后實(shí)現(xiàn)上述功能的。在實(shí)時(shí)計(jì)算電網(wǎng)的電容電流時(shí)，可按如下方法：對(duì)剛投入裝置時(shí)，可分別測(cè)出兩相鄰檔位的零序電流I1和I2。根據(jù)U0=I1[R＋j(XL1-XC)](4)U0=I2[R+j(XL2-XC)](5)Uφ=ICXC(6)求出電容電流IC，在以后正常運(yùn)行時(shí)，微機(jī)就可根據(jù)以前的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，而不必要每次都改變分接頭來(lái)測(cè)量。3.4電壓互感器和電流互感器電壓互感器和電流互感器是分別給控制器提供實(shí)時(shí)的電壓和電流信號(hào)用。當(dāng)消弧線圈內(nèi)附的互感器精度滿足控制器要求時(shí)，可利用內(nèi)附互感器，否則應(yīng)增加外附互感器，以滿足0.5級(jí)要求。3.5接地變壓器當(dāng)電網(wǎng)中該級(jí)電壓的主變壓器為Y型接線時(shí)，消弧線圈可直接從Y型中性點(diǎn)引出。當(dāng)為Δ接線時(shí)，由于無(wú)中性點(diǎn)，就需要用接地變引出中性點(diǎn)，該變壓器的副線圈可以兼作所用變，這種所用變要具備以下特點(diǎn)：零序阻抗要小，激磁阻抗要大，功耗要小。接地變一次側(cè)以Z形接線可滿足上述要求，接地變一次側(cè)容量應(yīng)滿足消弧線圈容量2倍的要求。220kV變電所10kV電網(wǎng)中，接地變都兼作所用變，其二次側(cè)容量應(yīng)按二次負(fù)荷來(lái)確定。4消弧線圈調(diào)諧裝置的優(yōu)點(diǎn)4.1可以提高運(yùn)行的靈活性。由于采用了調(diào)壓式消弧線圈自動(dòng)調(diào)諧裝置，當(dāng)電網(wǎng)的運(yùn)行方式發(fā)生較大變化時(shí)，可實(shí)時(shí)調(diào)整抽頭，使消弧線圈運(yùn)行在最佳位置，避免停電調(diào)整。4.2避免可能的故障擴(kuò)大化。自動(dòng)調(diào)諧裝置是運(yùn)行在接近全補(bǔ)償狀態(tài)，發(fā)生單相接地故障時(shí)，流過接地點(diǎn)的殘流較小，不會(huì)產(chǎn)生弧光過電壓，大大提高了供電可靠性。4.3有利于實(shí)現(xiàn)變電站集控。目前，我省有不少變電站已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了集控操作。本套