消弧線(xiàn)圈自動(dòng)跟蹤調(diào)諧技術(shù)原理

35kV消弧線(xiàn)圈自動(dòng)跟蹤調(diào)諧技術(shù)原理及其應(yīng)用摘要闡述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PrincipleandApplicationof35kVAutomaticTuningReactorAbstractTheprinciple,functionanditsapplicationof35kVautomatictuningreactorarepresented.Thekeyproblemsareanalyzedcombinedsomeexamples.Itishelpfulforthedesign,testandoperationofautomatictuningreactor.

Keywordsarcsuppresingreactorautomatictuningdisplacementvoltageofftuningdegree0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?！督涣麟姎庋b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)的變壓器繞組為Y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)?？刂破麟娐钒ǎ耗M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)調(diào)諧原理［1］

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T1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，U0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θ為對(duì)應(yīng)分接頭T1和T2的中性點(diǎn)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(xiàn)圈對(duì)應(yīng)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(gè)參數(shù)即為調(diào)節(jié)器在線(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%Uφ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U0＝420V，電容電流IC＝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：XL＝1450Ω。

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(jì)為320Ω(實(shí)際運(yùn)用中，一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＝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(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，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，異常現(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IL1=15.3A，XL1＝1451Ω，脫諧度ε%＝-4%(負(fù)號(hào)表示運(yùn)行方式為過(guò)補(bǔ)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(hù)動(dòng)作，直流接觸器JC吸合，阻尼電阻被短路。此時(shí)，系統(tǒng)回路阻抗為XL－XC＝ε%×XL≈58（Ω）。當(dāng)瞬間單相接地故障消失后，U0＝420V，交流接觸器JJ未放開(kāi)，零序回路電流I0＝420／58＞5A(電流整定保護(hù)值)，位移電壓UN＝I0.XL＝10.5＞7kV(電壓整定值)。

可見(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控制電路誤認(rèn)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(yù)置過(guò)小，幾乎運(yùn)行于諧振點(diǎn)附近。當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，系統(tǒng)回路阻抗太小；同時(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?，F(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(jì)算，弧道殘流為2.7＜3A，電容電流能夠得到有效補(bǔ)償。則位移電壓UN為：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＝ε.XL≈185(Ω），當(dāng)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(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4為35kV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，圖5為等效原理圖。其中，L1為XDZJ—630/35型自動(dòng)調(diào)節(jié)式消弧線(xiàn)圈；L2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K處于斷開(kāi)狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)N1與N2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：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(shì)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(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)生單相接地故障消失后J