35kV消弧線(xiàn)圈自動(dòng)跟蹤調(diào)諧技術(shù)原理與其應(yīng)用

1、35kV消弧線(xiàn)圈自動(dòng)跟蹤調(diào)諧技術(shù)原理及其應(yīng)用羅軍川 姚瑞清摘 要 闡述 JXH15/35 型消弧線(xiàn)圈微機(jī)控制自動(dòng)調(diào)諧裝置原理、 功能結(jié) 構(gòu)以及應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合實(shí)例就幾個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題展開(kāi)理論分析。對(duì) 類(lèi)似裝置的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試及運(yùn)行具有實(shí)用參考價(jià)值。關(guān)鍵詞 消弧線(xiàn)圈 自動(dòng)調(diào)諧 位移電壓 脫諧度kVPrinciple and Application of 35kV Automatic Tuning ReactorAbstract The principle, function and its application of 35 automatic tuning reactor are prese

2、nted. The key problems are analyzed combined someexamples. It is helpful for the design, test and operation of automatic tuning reactor.Key words arc suppresing reactor automatic tuning displacement voltage off tuning degree0 概述隨著電網(wǎng)饋電線(xiàn)路的不斷增加及電纜線(xiàn)路日益增多，系統(tǒng)對(duì)地電容 電流愈來(lái)愈大。交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合規(guī)定， 35kV 系統(tǒng)，當(dāng)接地故障電

3、容電流超過(guò)10A時(shí)應(yīng)采取中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地運(yùn) 行方式。系統(tǒng)在切除或投入一部分線(xiàn)路及不同氣象條件時(shí)，電網(wǎng)對(duì)地電容電 流均會(huì)有所不同。由于傳統(tǒng)的手動(dòng)調(diào)匝式消弧線(xiàn)圈不能在線(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量監(jiān) 視電網(wǎng)電容電流，造成實(shí)際運(yùn)行中不能根據(jù)電網(wǎng)電容電流的實(shí)際變化及 時(shí)調(diào)節(jié)，消弧線(xiàn)圈不能始終運(yùn)行在最佳檔位，其補(bǔ)償作用得不到充分發(fā) 揮。因此，在線(xiàn)自動(dòng)調(diào)諧式消弧電抗器應(yīng)運(yùn)而生，它是依靠自動(dòng)控制系 統(tǒng)按電網(wǎng)電容的實(shí)時(shí)變化來(lái)改變消弧線(xiàn)圈的電感，使單相接地電容電流 得到電感電流的有效補(bǔ)償，弧道殘流控制到較小。同時(shí)，減緩了恢復(fù)電 壓的上升速度，抑制諧振過(guò)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

4、器繞組為丫接法，中性點(diǎn)引出，不需要Z形接線(xiàn)的 接地變壓器。 消弧線(xiàn)圈自動(dòng)調(diào)諧， 裝置包括有載消弧線(xiàn)圈、 微機(jī)調(diào)節(jié)器、 阻尼電阻控制器、中性點(diǎn)PT隔離開(kāi)關(guān)及控制屏。微機(jī)調(diào)節(jié)器是整套裝置的關(guān)鍵部分， 所有的計(jì)算與控制由它來(lái)實(shí)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(jì)數(shù)器、鍵盤(pán) 顯示模塊、輸入輸出接口、通訊接口、復(fù)位電路、斷電存儲(chǔ)及單片機(jī)系 統(tǒng)等基本電路。 從電網(wǎng)中性點(diǎn)采取的電壓信號(hào)和消弧線(xiàn)圈電流 （轉(zhuǎn)換為電 壓）信號(hào)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?hào)后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；另一路經(jīng)限幅放大后通過(guò)過(guò)零比較，取出過(guò)零時(shí)刻 脈沖信號(hào)到相位比較電路比較出相位差，由

5、CTC計(jì)數(shù)器測(cè)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(hào)，經(jīng)數(shù)字濾波處理后，計(jì)算 出系統(tǒng)的脫諧度。當(dāng)脫諧度偏差超出預(yù)定范圍時(shí)，通過(guò)控制電路接口驅(qū) 動(dòng)有載開(kāi)關(guān)調(diào)整電抗器分接頭，調(diào)節(jié)一檔后，再同樣計(jì)算系統(tǒng)的當(dāng)前脫 諧度，直至脫諧度在預(yù)定范圍內(nèi)。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，CPU將讀入故障狀態(tài)信號(hào)，程序進(jìn)入保護(hù)任務(wù)，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(bào)警信號(hào)。阻尼電阻是用來(lái)限制諧振過(guò)電壓，保護(hù)整套裝置安全有效運(yùn)行的一 個(gè)重要組成部分。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，中性點(diǎn)流過(guò)很大的電流，這 時(shí)必須將阻尼電阻短接。阻尼電阻短接控制單元由單獨(dú)的電路完成，并 采取電壓電流雙重保護(hù)。1.2 自動(dòng)

6、調(diào)諧原理'門(mén)本裝置的關(guān)鍵技術(shù)在于消弧線(xiàn)圈的微機(jī)自動(dòng)跟蹤控制調(diào)節(jié)器。該調(diào) 節(jié)器實(shí)時(shí)測(cè)量出消弧線(xiàn)圈對(duì)應(yīng)分接頭 Ti和T2的中性點(diǎn)電壓及其相角差， 或中性點(diǎn)電流及其相角差，由此計(jì)算出電網(wǎng)當(dāng)前的脫諧度。根據(jù)脫諧度 偏離設(shè)定值，控制有載分接開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)消弧線(xiàn)圈的分接頭，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤 調(diào)諧。其原理為：消弧線(xiàn)圈正常運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)零序等效電路如圖 1所示（圖中忽略線(xiàn)圈 電阻及電感、電容泄漏損耗）。圖中，UO為中性點(diǎn)不對(duì)稱(chēng)電壓；C為線(xiàn)路 對(duì)地電容；L為消弧線(xiàn)圈電感；R為阻尼電阻值。為便于分析計(jì)算，利用 零序回路阻抗三角形（見(jiàn)圖2）。圖中0為對(duì)應(yīng)分接頭T1和T2的中性點(diǎn)電 流I 01與I 02之間的相角差。由圖2

7、可知：c圖1系統(tǒng)零序等效電路圖2阻抗三角形R=cos© U0/102sin 0 U0/101= cos © X式中， Xl2=| X.1 Xl2 |o由上式得:2 .cos © = 102RSin 0 /101A X12© = (1 /2)arccos (2102RSin 0 /101A X2 1)于是：Xl Xc= Rtan ©故脫諧度為：£ =（ Xl Xc）/ X_= Rtan ©/X. 式中，Xl為消弧線(xiàn)圈對(duì)應(yīng)分接頭的已知電抗?？梢钥闯?，脫諧度只是電流101、102及它們之間的相角差0的函數(shù), 這3個(gè)參數(shù)即為調(diào)節(jié)器在

8、線(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量值。通過(guò)計(jì)算電網(wǎng)當(dāng)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(yùn)行狀態(tài)下起作用，在系統(tǒng)單相接地 故障時(shí)，中性點(diǎn)流過(guò)很大的電流，阻尼電阻處于短路狀態(tài)。其取值條件 是：當(dāng)消弧線(xiàn)圈處于全補(bǔ)償即系統(tǒng)位于諧振點(diǎn)時(shí)，阻尼電阻將中性點(diǎn)位 移電壓升高限制在15%U內(nèi)的水平，并抑制諧振過(guò)電壓。圖1中，電源U0為中性點(diǎn)不對(duì)稱(chēng)電壓。如我局懶土坡變電站 35kV 系統(tǒng)實(shí)測(cè)值Ub= 420V,電容電流lc= 14.7A。消弧線(xiàn)圈正常情況下位于I 檔運(yùn)行，由銘牌參數(shù)可得：X_= 1450Qo當(dāng)消弧線(xiàn)圈運(yùn)行于全補(bǔ)償狀態(tài)，即諧振點(diǎn)附近（最不利的情況考慮）， 則有：零序

9、回路電流1。= 420/R,位移電壓UN= |0卩/1護(hù)+/<0.15U©，解出R>203（Q）。故阻尼電阻設(shè)計(jì)為320Q （實(shí)際運(yùn)用中, 般阻尼電阻的容量不宜選擇太大，以增強(qiáng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)抗干擾能力，提高自 動(dòng)調(diào)諧的靈敏度），中性點(diǎn)實(shí)際位移電壓為：UN= U/R 曲 十氏'=1.948 < 15%U (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(bǔ)償效果，設(shè)置不當(dāng)，還 可能影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。JXH15/35型消弧線(xiàn)圈微機(jī)控制自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償成套裝置自1998年10月在我局35kV網(wǎng)絡(luò)投運(yùn)以后，由于脫諧度設(shè)置不當(dāng)，致使線(xiàn)路在發(fā)生單 相接地事故并消失后

10、，接地信號(hào)仍未消失，調(diào)節(jié)器反映出中性點(diǎn)位移電 壓異常偏高，相間電壓最大差值在10kV左右。經(jīng)對(duì)脫諧度設(shè)定范圍作進(jìn) 一步調(diào)整，即由原來(lái)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(xiàn)圈運(yùn)行于I檔，電感電流補(bǔ)償值Ili=15.3 A，Xli= 1 451 Q，脫諧度£ %= -4%（負(fù)號(hào)表示運(yùn)行方式為過(guò)補(bǔ)償）。由圖3可知：叭/ 護(hù)+ (蠱Q “ 有 L 29<A)叫=+ XL 915% 卩 JkV)c系統(tǒng)零序等效電路圖系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障 直流保護(hù)動(dòng)作，直流接觸器 阻抗為（假定A相接地）后，U0= LA-21000（

11、V），交、JC吸合，阻尼電阻被短路。此時(shí)，系統(tǒng)回路Xl Xc= £ %XX lq 58 (Q)o當(dāng)瞬間單相接地故障消失后，L0= 420V,交流接觸器JJ未放開(kāi)，零 序回路電流1。= 420/58>5A（電流整定保護(hù)值），位移電壓LN= 10.5 > 7kV（電壓整定值）?？梢?jiàn)脫諧度設(shè)置不當(dāng)，中性點(diǎn)位移電壓異常偏高，已大于整定保護(hù) 值，CPU空制電路誤認(rèn)為接地仍未消失，致使 JJ不能釋放，LA及LB幅值 可能相差10kV左右。由于脫諧度預(yù)置過(guò)小，幾乎運(yùn)行于諧振點(diǎn)附近。發(fā)生單相接地時(shí)，系統(tǒng)回路阻抗太?。煌瑫r(shí)，中性點(diǎn)不對(duì)稱(chēng)電壓偏高（實(shí) 測(cè)值為420V），也是一個(gè)不容忽視的重要

12、原因。若事先采取技術(shù)措施改 善該網(wǎng)絡(luò)三相不對(duì)稱(chēng)度，以降低中性點(diǎn)不對(duì)稱(chēng)電壓，此類(lèi)異常現(xiàn)象也可 避免。脫諧度重新調(diào)整后，正常情況下，消弧線(xiàn)圈運(yùn)行于n檔，電感電流 I L2= 16.8A，感抗值Xl2= 1321 Q，脫諧度£ = -14%=即使按脫諧度上限 18%+算，弧道殘流為2.7 <3A,電容電流能夠得到有效補(bǔ)償。貝U位移電 壓LN為：J =爲(wèi)Xli 需 L544 <當(dāng)發(fā)生單相接地故障后，交、直流保護(hù)動(dòng)作，JC吸合，阻尼電阻被 短路，回路阻抗Xl Xc=X_ 185（ Q）,當(dāng)單相接地故障消失后，回 路電流Io = 420/ 185V5A（整定值），位移電壓UN 3&l

13、t;7kV（整定值）。計(jì)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(dòng)釋放，串入阻尼電阻，系統(tǒng)恢復(fù)正常。3聯(lián)合調(diào)諧圖L-2K處圖4為35 kV網(wǎng)絡(luò)中兩臺(tái)消弧線(xiàn)圈參與補(bǔ)償?shù)牧阈虻刃щ娐穲D， 5為等效原理圖。其中，-1為XDZ630/35型自動(dòng)調(diào)節(jié)式消弧線(xiàn)圈； 為XDJ-550/35型傳統(tǒng)手動(dòng)調(diào)匝式消弧線(xiàn)圈。在通常情況下，刀閘 于斷開(kāi)狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)Ni與N各自獨(dú)立運(yùn)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(yùn)行。由圖 4、5可導(dǎo)出：K： J-IR!丄J ，丄丄丄小唱：口 亠九0 *阿曙灣瞎地圖4兩臺(tái)消弧線(xiàn)圈聯(lián)合補(bǔ)償?shù)牧阈虻刃щ娐穲D圖5等效電路原理圖Li2L iL/( Li

14、 + L2)UO = Uj 3 L2+(j 3 Li+ R) U2/ j 3 Li + j 3 L2+ R若 RXli + Xl2,貝U：I U0 IL2Xl1 + UXl2)/( Xli + Xl2)顯然，等效電勢(shì)UO的幅值介于Ubi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(gè)網(wǎng)絡(luò)仍處于自動(dòng)調(diào)諧補(bǔ)償方式下安全穩(wěn) 定運(yùn)行。4 結(jié)語(yǔ)a. 消弧線(xiàn)圈微機(jī)控制自動(dòng)調(diào)諧裝置有利于限制或降低電網(wǎng)過(guò)電壓水 平；b. 消弧線(xiàn)圈投入運(yùn)行前，應(yīng)采取技術(shù)措施，盡可能將中性點(diǎn)不對(duì)稱(chēng) 電壓降低到較低水平；c. 脫諧度范圍的設(shè)定，應(yīng)充分考慮使殘流值及位移電壓滿(mǎn)足技術(shù)要 求，并在電網(wǎng)各種可能的異常運(yùn)行狀態(tài)下模擬試驗(yàn)，避免系統(tǒng)發(fā)生單相 接地故