解決消弧線圈接地系統(tǒng)電壓不平衡問題的探索

1、解決消弧線圈接地系統(tǒng)電壓不平衡問題的探索摘要:小電流接地系統(tǒng)中性點位移電壓過大導(dǎo)致的電壓不平衡，將會使電氣設(shè)備的安全運(yùn)行和用戶電壓質(zhì)量受到不同程度的影響，本文根據(jù)近年來大興供電公司所屬110kV瀛海變電站發(fā)生的電壓不平衡現(xiàn)象,通過分析消弧線圈裝置的作用原理以及導(dǎo)致電壓不平衡產(chǎn)生的串聯(lián)諧振發(fā)生的原理，結(jié)合消弧線圈裝置實際投運(yùn)時，出現(xiàn)的母線電壓不平衡這一問題進(jìn)行詳細(xì)分析，提出消除消弧線圈投入時產(chǎn)生的諧振現(xiàn)象的解決方案。關(guān)鍵詞:消弧線圈電壓不平衡串聯(lián)諧振在經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，單相接地電流被補(bǔ)償?shù)胶苄〉臄?shù)值，從而使接地電弧在一般情況下難以維持，在電流過零、電弧熄滅后，還能減小故障相電壓的恢復(fù)速度，減

2、小電弧重燃的可能，使單相接地故障自行排除。但是，若現(xiàn)場調(diào)試或日常運(yùn)行維護(hù)的環(huán)節(jié)沒有做到位，消弧線圈裝置不僅不能增加系統(tǒng)發(fā)生故障時的供電可靠性，還可能導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生諧振現(xiàn)象，嚴(yán)重時將造成工頻三相電壓不平衡，因此,預(yù)防電壓諧振引發(fā)的電壓不平衡是值得研究的課題，通過分析諧振發(fā)生的成因，提出改進(jìn)方案，是提高供電質(zhì)量的有效手段。1電壓不平衡異?，F(xiàn)象描述大興供電公司110kV瀛海變電站為經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，2010年10月中旬，調(diào)控中心通過監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)該變電站10kV5#母線發(fā)生三相電壓不平衡異常:A相和B相相電壓在6.3kV左右,C相相電壓低于5.6kV。技術(shù)部門經(jīng)過相關(guān)拉路操作，排出了系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不合理

3、、電壓互感器故障、線路接地等原因，最后將故障原因鎖定在接地變和消弧線圈內(nèi)部，經(jīng)過遙控拉開接地變單元，系統(tǒng)三相電壓不平衡消失，電壓異常問題得到初步解決。2消弧線圈裝置作用原理經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，即中性點經(jīng)一特殊電抗器（消弧線圈）接地的非有效接地電力系統(tǒng)，其電感值被調(diào)到使單相接地時流過它的基頻電感電流基本上抵消接地故障電流的基頻電容電流分量，因此這一系統(tǒng)又稱為諧振接地系統(tǒng)1。雖然運(yùn)行規(guī)定中明確，經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時,允許維持兩個小時的時間，但隨著現(xiàn)今中低壓電網(wǎng)擴(kuò)容，出線回路數(shù)增多、線路增長，電網(wǎng)對地電容電流亦大幅度增加，單相接地時電弧不能自行熄滅將產(chǎn)生電弧過電壓，容易導(dǎo)致絕緣薄弱的

4、部位發(fā)生放電擊穿,最終發(fā)展為相間短路，造成設(shè)備損壞和停電事故，引入消弧線圈能夠有效減小接地點電容電流，達(dá)到自動熄弧的目的。交流電氣裝置過電壓保護(hù)和絕緣配合中規(guī)定，中性點經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)中，在正常運(yùn)行時，中性點位移電壓不應(yīng)超過電網(wǎng)相電壓的15%。為使電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時的中性點位移電壓不致過高，應(yīng)使運(yùn)行點適當(dāng)偏離諧振點，即脫諧度u的絕對值要足夠大；但脫諧度過大會造成殘留過大，難以熄滅電弧，因此,一般規(guī)定電纜電力網(wǎng)，架空線路網(wǎng)。對于在中性點不經(jīng)消弧線圈接地時，在絕緣正常的情況下，電纜線路的阻尼率不超過1.5%,架空線路的阻尼率在1.5%2.0%之間,當(dāng)電纜發(fā)生絕緣老化、受潮或架空線污穢嚴(yán)重時，阻

5、尼率在5%左右。當(dāng)消弧線圈串接電阻后，阻尼率得到提高，系統(tǒng)非全補(bǔ)償運(yùn)行（uEO），即電網(wǎng)欠補(bǔ)償或過補(bǔ)償時，在一定脫諧度u下,只要恰當(dāng)選擇阻尼率d值，都可使位移電壓控制在允許范圍之內(nèi)。但當(dāng)消弧線圈串聯(lián)的阻尼電阻箱投切不當(dāng)時，系統(tǒng)阻尼率將降低，電網(wǎng)可能進(jìn)入全補(bǔ)償運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致三相電壓不平衡現(xiàn)象發(fā)生。3自動調(diào)諧接地補(bǔ)償裝置的組成現(xiàn)代電力系統(tǒng)采用的自動預(yù)調(diào)諧接地補(bǔ)償裝置，由接地變壓器ZB、自動控制消弧線圈XQ、阻尼電阻部分ZX以及微機(jī)控制部分組成3。所謂預(yù)調(diào)諧式接地補(bǔ)償是指在接地故障發(fā)生前，消弧線圈即被調(diào)節(jié)至靠近諧振點運(yùn)行，為使中性點位移電壓不超過15%相電壓需要在消弧線圈一次回路中串入的大功率耐高壓

6、的無感阻尼電阻，系統(tǒng)正常運(yùn)行時串接于消弧線圈與大地之間，降低中性點諧振過電壓幅值，限制串聯(lián)諧振過電壓；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，無源控制雙向可控硅快速將阻尼電阻短接，使殘流小于10A,防止發(fā)生間隙性電弧及燒壞阻尼電阻。同時，阻尼電阻能夠增大故障點接地電流中的有功分量，提高接地保護(hù)裝置的靈敏度，便于檢測出故障線路。自動調(diào)諧接地補(bǔ)償裝置的自動跟蹤和自動調(diào)諧功能是利用微機(jī)控制器實現(xiàn)的，通過測量中性點位移電壓以及系統(tǒng)電容電流的大小，按照整定的殘流或脫諧度定值，自動控制消弧線圈調(diào)整輸出電感電流。微機(jī)控制器能夠準(zhǔn)確計算、判斷并迅速發(fā)出調(diào)整指令，具有顯示有關(guān)參數(shù),如電容電流、電感電流、殘流和中性點位移電壓等的功

7、能。除此之外，自動調(diào)諧接地補(bǔ)償裝置還提供事故追憶、越限報警、自動打印和信號遠(yuǎn)送等輔助功能，能夠通過通訊接口的接入能夠?qū)崿F(xiàn)四遙”滿足變電站無人值守運(yùn)行方式的需要。4串聯(lián)諧振的原理所謂串聯(lián)諧振，是指振蕩回路的固有自振頻率與外加電源頻率相等或接近時出現(xiàn)一種周期性或準(zhǔn)周期性的運(yùn)行狀態(tài)，其特征是某一個或幾個諧波幅值急劇上升，因此，只要某部分電路的自振頻率與電源的諧振頻率之一接近時，該部分電路就會出現(xiàn)諧振4。對于運(yùn)行中的電網(wǎng)系統(tǒng)，電網(wǎng)的三相對地電容互不相等時，系統(tǒng)中性點對地便存在一定數(shù)值的殘余電壓，即所謂不對稱電壓，當(dāng)消弧線圈投入運(yùn)行后，電網(wǎng)的三相對地電容和消弧線圈的電感便構(gòu)成了串聯(lián)諧振回路，若此時消弧線

8、圈恰好運(yùn)行在諧振點，就會出現(xiàn)電壓諧振現(xiàn)象使系統(tǒng)的中性點發(fā)生位移，破壞三相電壓的對稱平衡。從上述公式中還可知，系統(tǒng)脫諧度愈小，對中性點不對稱電壓的放大作用愈強(qiáng)，當(dāng)脫諧度等于零即諧振補(bǔ)償時，中性點位移電壓最高能將不對稱電壓放大數(shù)倍，在加裝消弧線圈裝置后，易造成系統(tǒng)電壓的不平衡;若消弧線圈未投入前系統(tǒng)已經(jīng)不平衡，投入消弧線圈后，將加劇系統(tǒng)電壓的不平衡，影響電能質(zhì)量，加速電氣設(shè)備絕緣材料劣化，誘發(fā)設(shè)備發(fā)生短路燒毀的事故。因此，為了保證正常運(yùn)行時中性點位移電壓不會過高，應(yīng)避免諧振補(bǔ)償,盡量在較大的過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償運(yùn)行，或者采取增大系統(tǒng)阻尼的措施，這是補(bǔ)償電網(wǎng)諧振的重要原則。另外，在以架空線路為主的電網(wǎng)中還

9、應(yīng)該采用線路換位措施，減小三相導(dǎo)線對地電容的不對稱度，增強(qiáng)補(bǔ)償效果。5實例分析與解決方案提出110kV瀛海變電站內(nèi)的消弧線圈共有15個檔位，事發(fā)時檔位設(shè)置在9檔。操作隊事后將接地變投入，并通過手動方式將消弧線圈檔位調(diào)至15檔,A、B、C三相電壓分別為5.96V、5.81V、5.71V;將檔位調(diào)節(jié)至1檔后,A、B、C三相電壓分別為5.93V、6.07V、6.01V,此時各相電壓基本平衡，符合對電壓質(zhì)量的要求。由于該站以前未發(fā)生過工頻電壓諧振現(xiàn)象，故確定為系統(tǒng)參數(shù)變化引起的中性點位移電壓過大造成電壓異常?；诒疚膶Υ?lián)諧振的分析可知，減小中性點位移電壓，可以通過增大脫諧度u或增大系統(tǒng)的阻尼率d的方

10、法實現(xiàn)，上述調(diào)節(jié)消弧線圈檔位的方法就是通過減小補(bǔ)償系統(tǒng)的電感電流，從而增大脫諧度u顯然該方法在減小工頻諧振發(fā)生幾率的同時，亦削弱了系統(tǒng)單相接地時，消弧線圈限制故障點電容電流的固有作用。同時，應(yīng)注意到此運(yùn)行方式更接近于另一種調(diào)諧方式，即隨調(diào)式調(diào)節(jié)，系統(tǒng)無故障時消弧線圈遠(yuǎn)離諧振點運(yùn)行，發(fā)生故障時能夠迅速調(diào)檔至諧振點，但此種調(diào)節(jié)方式要求裝置具有極短的響應(yīng)時間，否則將延長電弧的熄滅時間，是機(jī)械調(diào)匝式消弧線圈不能達(dá)到的。在調(diào)諧接地補(bǔ)償裝置中增大系統(tǒng)的阻尼率d的方法是,增大與消弧線圈串接的阻尼電阻值，但考慮到電網(wǎng)正常運(yùn)行時，阻值增大導(dǎo)致流過消弧線圈的零序不對稱電流減小，測控系統(tǒng)靈敏度隨之降低，影響自動消諧

11、裝置的調(diào)節(jié)精度。單相接地故障時，隨著阻尼率不斷增大，振蕩電壓分量會加快衰減，接地點電壓恢復(fù)的初速度隨之增大，對接地電弧的熄滅產(chǎn)生不利影響，因此該限壓阻值應(yīng)愈小愈好，并應(yīng)快速被短接于發(fā)生接地的時刻。更重要的是，當(dāng)阻尼電阻選擇不合理時，控制其投切的真空接觸器的功耗及發(fā)熱量將明顯增大，一旦投切裝置發(fā)生故障，消弧線圈將失去作用排除以上減小中性點位移電壓的理論解決方法，基于現(xiàn)場運(yùn)行實際分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)微機(jī)控制器實施的測量電容電流方法因不能滿足電網(wǎng)負(fù)荷結(jié)構(gòu)的頻繁變化，無法達(dá)到運(yùn)行要求。因瀛海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型,現(xiàn)階段該地區(qū)用電負(fù)荷結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生較大變化，由農(nóng)田灌溉、農(nóng)村居民用電等農(nóng)業(yè)負(fù)荷類型，向建筑施工、大

12、功率照明等工程建設(shè)負(fù)荷類型轉(zhuǎn)移，系統(tǒng)對地電容電流發(fā)生較大改變，微機(jī)控制器沒有適時根據(jù)電容電流變化，迅速發(fā)出消弧線圈檔位調(diào)節(jié)指令，造成位移電壓增大，三相電壓不平衡加劇。因此建議將控制器調(diào)節(jié)策略設(shè)置為，首先通過自動調(diào)整消弧線圈檔位找出回路諧振點，根據(jù)諧振點前后兩檔的參數(shù)計算出系統(tǒng)的電容電流,再根據(jù)預(yù)先設(shè)定的補(bǔ)償方式與殘流值調(diào)整到合適的檔位。當(dāng)控制器循環(huán)檢測程序檢測到系統(tǒng)發(fā)生變化后，控制器能夠根據(jù)測量回路檢測到的位移電壓的變化情況，迅速重新調(diào)檔計算電容電流。6結(jié)論在接地變壓器和消弧線圈投運(yùn)后，設(shè)備運(yùn)行部門應(yīng)加強(qiáng)對設(shè)備本體及其相關(guān)的高壓設(shè)備的檢修與預(yù)防性試驗的管理，嚴(yán)格按規(guī)定對自動跟蹤補(bǔ)償裝置每年進(jìn)行一次調(diào)諧試驗，即手動調(diào)節(jié)消弧線圈檔位，從最小分接至最大分接做一個循環(huán)，掌握系統(tǒng)電容電流的變化范圍5;對控制阻尼電阻的真空接觸器是否正常動作進(jìn)行定期檢查；在日常的變電站巡檢中對裝置的微機(jī)控制器進(jìn)行巡視，查看在系統(tǒng)非單相接地情況下，微機(jī)控制器顯示的位移電壓是否正常，是否有位移過限、調(diào)檔失敗或程序錯誤的警報信號，確保自動跟蹤補(bǔ)償裝置