自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償調(diào)容式消弧線圈

1、自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償調(diào)容式消弧線圈金黎，吳欣 西安森寶電氣工程有限公司 摘要：自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償調(diào)容式消弧線圈成套裝置是通過投切消弧線圈二次側(cè)的電容 器來改變其感抗的大小。 對(duì)二次側(cè)電容器進(jìn)行編碼， 可作到寬范圍， 跨越式快速 調(diào)節(jié)?？刂破鞑捎酶咚?PC104 工控機(jī)為核心，能快速，準(zhǔn)確計(jì)算出系統(tǒng)對(duì)地電 容電流的大小，并帶有選線功能，在模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中取得了理想的效果。 關(guān)鍵詞： 消弧線圈 調(diào)容式 自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償 工控機(jī) Abstract: The capacitance-adjusting type of arc- suppressing coil that have the function of a

2、utomatic tracking and compensating adjusts reactance by switching the capacitances of capacitors that paralleled the low voltage side of the arc-suppressing coil .Encoding to second side capacitors , the regulation may be realized speedily in the broad range with the leaping -over style. The control

3、ler adopts PC 104 embed industrial computer as the core, is able to calculate out exactly and speedily the electric current size of systematic earth capacitor and has the function of choosing fault current line. The effect of simulated test and field test of the controller is rather ideal .Key words

4、: arc- suppress ing coil; capacita ncdjust ing type; automatic track ing and compensating; embed industrial computer0 引言隨著國(guó)內(nèi)666kV配電網(wǎng)不斷擴(kuò)大，電纜線路也逐年增加，使得系統(tǒng)對(duì)地 電容電流越來越大， 消弧線圈在系統(tǒng)中的作用也越來越重要。 消弧線圈可以有效 地補(bǔ)償系統(tǒng)線路對(duì)地電容電流的大小， 在發(fā)生單相接地故障時(shí)， 減小了故障點(diǎn)的 殘流，達(dá)到自然熄弧的目的， 避免了單相接地?cái)U(kuò)大為相間短路， 降低了人身傷亡 和設(shè)備損壞的可能性。3-10KV 不直接連接發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)和 35

5、KV、66KV 系統(tǒng)， 當(dāng)單相接地故障電 容電流不超過下列數(shù)值時(shí)， 應(yīng)采用不接地方式； 當(dāng)超過下列數(shù)值又需在接地故障 條件下運(yùn)行時(shí)，應(yīng)采用消弧線圈接地方式。（1） 3-10KV 鋼筋混凝土或金屬桿塔的架空線路構(gòu)成的系統(tǒng)和所有 35KV 、66KV 系統(tǒng)、 10A。（2）3-10KV 電纜構(gòu)成系統(tǒng) 30A。 目前國(guó)內(nèi)運(yùn)行的消弧線圈主要有：調(diào)匝式，調(diào)氣隙式，直流偏磁式等。調(diào)匝式和調(diào)氣隙都存在調(diào)節(jié)范圍窄， 動(dòng)作緩慢。 直流偏磁式雖然克服了這以缺點(diǎn)， 但 是晶閘管移相控制會(huì)給系統(tǒng)帶來了大量的諧波污染， 此外，與其他幾種調(diào)感方式 相比較，成本高?！?1】1 調(diào)容式消弧線圈的組成及補(bǔ)償原理11 調(diào)容式消弧

6、線圈的結(jié)構(gòu)組成 基于電力系統(tǒng)對(duì)消弧線圈成套裝置的要求不斷提高， 西安森寶電氣工程有限 公司獨(dú)立研制了一種調(diào)容式消弧線圈成套設(shè)備，如圖 1 所示（虛線以下為成套裝置，虛線以上為系統(tǒng)） 。1# B, 2# B為Z型接地變壓器的特點(diǎn)為零序阻抗小，一次側(cè)設(shè)有無勵(lì)磁分接開關(guān)用于調(diào)節(jié)不平衡度。它能引出中性點(diǎn)接消弧線圈，二次側(cè)一般帶站用電。1# XH，2# XH為消弧線圈串接在接地變壓器的中性點(diǎn)上，電容器柜消弧線圈并聯(lián)1 # R, 2# R為阻尼電阻接于消弧線圈于大地之間，用來限制系統(tǒng)諧振過電 壓。用于本裝置工作在靠近諧振位置，阻尼電阻串接其中可以起到消除諧振過電 壓，使中性點(diǎn)位移電壓小于系統(tǒng)相電壓的 15

7、%。1# PT, 2# PT為中性點(diǎn)電壓互感器用于采集中性點(diǎn)位移電壓，1# CT, 2#CT為中性點(diǎn)電流互感器用于采集中性點(diǎn)電流，為計(jì)算電容電流提供參數(shù)?？刂破骷翱刂破涟惭b于變電站室內(nèi)。圖1調(diào)容式消弧線圈系統(tǒng)原理圖1. 2 調(diào)容式消弧線圈調(diào)感原理調(diào)容式消弧線圈如圖2所示，有一次側(cè)和二次側(cè)兩組電感線圈，通過調(diào)節(jié)二 次側(cè)并列電容器的大小，改變二次側(cè)電感，從而改變一次測(cè)電感值。C1，C2，C3, C4, C5大小分別以C，2C，4C，8C，16C排列，其中C為C1的大小。這 樣，就為5路電容器編碼，一共可以有 0000011111, 32級(jí)檔位。由于使用動(dòng) 作時(shí)間為毫秒級(jí)的真空接觸器投切電容器， 故

8、調(diào)容式消弧線圈不但擁有很寬的調(diào) 節(jié)范圍，并且其響應(yīng)速度快，克服了傳統(tǒng)消弧線圈不能越級(jí)調(diào)節(jié)的困難。電容器在二次側(cè)工作，降低了電容器的電壓等級(jí)，大大降低了生產(chǎn)成本。其等效電路如 圖3所示。圖2消弧線圈結(jié)構(gòu)原理圖如圖3所示為以電感，電容并列支路，其對(duì)外等效阻抗 X為：j L1 - 2lc(1)1 j L jgj L j C圖3消弧線圈等效電路圖圖4 (1)式函數(shù)曲線4因?yàn)?，L均為常數(shù)，令2L二M，畫出(1)式函數(shù)曲線如圖4所示。當(dāng) C (0, 1/M)式時(shí)，阻抗值X>0，成感性，此時(shí)X值隨C值的增大而增大，隨 C值的減小而減小。當(dāng)C值趨近于1/M時(shí)，C值的改變會(huì)引起X的劇烈變化， 故在這個(gè)區(qū)間

9、內(nèi)，電容電流的計(jì)算值相對(duì)誤差會(huì)稍大一些。1. 3自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償原理在圖5的等效回路中，考慮的是零序回路的參數(shù)【2】，所以導(dǎo)線的相間電 容、改善功率因數(shù)用的電容器組、電網(wǎng)內(nèi)負(fù)載變壓器及其有功負(fù)荷不起作用。 因 為它們都是接在相間的。由于消弧線圈一般工作在諧振位置，故在消弧線圈與地 之間串接阻尼電阻，來降低品質(zhì)因數(shù)?？刂破髟谟?jì)算電網(wǎng)電容電流時(shí)，忽略消弧 線圈的等值損耗電導(dǎo)及對(duì)地電容的泄露電導(dǎo)。調(diào)諧時(shí) ，先測(cè)量當(dāng)前檔位時(shí)流過消 弧線圈的電流i 1,然后調(diào)節(jié)消弧線圈的檔位，測(cè)量新的電流i 2并計(jì)算其相對(duì)于的相 位差9。根據(jù)兩檔位的電抗之差和9的關(guān)系，可以計(jì)算出對(duì)應(yīng)檔位時(shí)的脫諧度。圖5 一次系統(tǒng)等效電路圖

10、bd(2)Ubd(3)式中，R為等效回路的等值電阻，Xc為系統(tǒng)對(duì)地容抗，Xni, Xn2分別為消弧線 圈兩次檔位時(shí)的感抗。在每次換檔由于時(shí)間很短，可認(rèn)為中性點(diǎn)不平衡電壓 Ubd 不發(fā)生變化，上兩式相除得：Il _ R j(Xn2 -XC) |. 一 R j(Xni - Xc) 1 2由于11- kcosv jksi nv（ 5）I 2式中k，二分別為兩次測(cè)量電流幅值之比和相角差。將（4）式代入（5）式, 分別對(duì)實(shí)部，虛部列方程得系統(tǒng)對(duì)地容抗：XcX n2 MX n11 -M(6)式中k - cos(7)當(dāng)系統(tǒng)對(duì)地容抗發(fā)生改變時(shí)，同理可推導(dǎo)出新的對(duì)地容抗:Xc2 二 Xn(1 - M) MXC1

11、(8)式中Xc1,Xc2為系統(tǒng)對(duì)地容抗變化前后的對(duì)地容抗值?？刂破骺筛鶕?jù)式（6），（8）自動(dòng)測(cè)得系統(tǒng)對(duì)地容抗，以此為判據(jù)調(diào)整消弧 線圈到相應(yīng)檔位，達(dá)到自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償?shù)哪康摹? 控制器的設(shè)計(jì)3. 1控制器硬件結(jié)構(gòu)本裝置控制器采用PC104嵌入式CPU模塊為核心，可以運(yùn)行DO操作系統(tǒng)，為 編寫軟件提供了很大的便利。板載顯卡，并帶有串行口，并行口，為其遠(yuǎn)動(dòng)控制 及功能擴(kuò)展提供了前提條件?？撮T狗為連續(xù)不間斷工作提供了良好保障。A/D轉(zhuǎn)換模塊AD1612，通過PC104棧接器與CPU模塊相連，可以組成一 個(gè)高性能的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)。它有16個(gè)單端或8個(gè)差分模擬輸入通道，24路 可編程數(shù)字量I/O,精度為

12、土 0.5%。每1.25毫秒對(duì)外部信號(hào)采樣一次，一個(gè)周波 可米16點(diǎn)，然后對(duì)米樣點(diǎn)進(jìn)行FFT，可得到測(cè)量量的幅值和相角。通過PC104棧接器再連接一塊IR104輸入輸出模塊。它擁有20路繼電器（可 讀寫）和20路光耦（只讀），通過光耦可獲得外部開關(guān)量信號(hào)，通過對(duì)繼電器編 程控制，對(duì)外輸出開關(guān)量信號(hào)?？刂破鬟€提供良好的人機(jī)對(duì)話界面， 裝有大屏漢顯液晶，打印機(jī)，和工業(yè)小 鍵盤。用戶可十分方便的觀察和操作。3. 2軟件流程控制器軟件直接在DO操作系統(tǒng)TC環(huán)境下編寫。軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，可移 植性高。圖 5為程序主流程圖。另外程序中還有液晶顯示模塊，打印控制模塊， 響應(yīng)鍵盤模塊等。圖 5 程序主流程圖4 結(jié)論 西安森寶公司獨(dú)立研制的調(diào)容式自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈采用預(yù)調(diào)諧式， 響應(yīng) 速度快，調(diào)檔范圍寬，計(jì)算準(zhǔn)確。并帶有 RS232 RS48通訊接口，能實(shí)現(xiàn)