消弧線圈自動調(diào)諧裝置在變電所設(shè)計中的應(yīng)用

消弧線圈自動調(diào)諧裝置在變電所設(shè)計中的應(yīng)用【摘要】對在常規(guī)變電所裝設(shè)消弧線圈后運行中存在間隙過電壓問題進行了分析，安裝自動調(diào)諧裝置后，可以有效地減少接地電流，提高供電可靠性。【關(guān)鍵詞】自動調(diào)諧；消弧線圈；變電所設(shè)計Abstract：Thegapover-voltageproblemexperiencedduringoperationataconventionalsubstationwithanarc-suppressioncoilinstalledisanalysed.Withatuning-updeviceinstalled,thegroundingcurrentcanbeeffectivelyreducedtoensurereliablesupplyofpower.Keywords：automatictuning-up;arc-suppressioncoil;designofsubstation在我國的10～66kV電網(wǎng)中，大多數(shù)采用中性點不接地運行方式。這是由于這種方式在系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，允許一段時間(一般為2h)帶故障運行，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)的擴大，特別是城市電纜線路的增加，系統(tǒng)對地電容電流急劇增加。發(fā)生單相接地后，使故障點的電流增大，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裝設(shè)消弧線圈，當(dāng)發(fā)生單相接地時，消弧線圈產(chǎn)生的感性電流補償了故障點的電容電流，使接地點的電流變小，達到自然滅弧，從而防止了事故擴大甚至消除事故的目的。但由于系統(tǒng)的運行方式經(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才能改變，不能隨著運行方式的改變而及時調(diào)整，這樣消弧線圈就不能工作在最佳狀態(tài)，因此接地點的電流還不能減少到最小值。為了確保消弧線圈在運行中取得最佳補償效果，我們在最近設(shè)計的220kV變電所中采用了消弧線圈自動補償調(diào)諧裝置，解決了上述問題。1小電流接地系統(tǒng)的運行特點在我國10～66kV電網(wǎng)中一般采用小電流接地(即中性點不接地)系統(tǒng)，如圖1所示。在正常運行時，由于電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)不對稱，各相對地電容大小不等，容抗也不等，使每相對地電壓也不等，電源中性點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，位移電壓增大，流過接地點的電容電流Ic也增大，當(dāng)Ic超過規(guī)定值時，就會對電網(wǎng)造成較大影響。圖1中性點不接地系統(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，上述情況就會更加嚴(yán)重。這時，采用消弧線圈進行補償，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，大大減小故障點的電流和減緩電弧熄滅時故障點恢復(fù)電壓上升的速度。消弧線圈接入后，在正常運行時，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，將產(chǎn)生串聯(lián)諧振，這時稱為全補償，這將使U0＞15%Uφ，直接影響電網(wǎng)的安全運行。一般情況下，可采用過補償或欠補償，避免全補償。但由于消弧線圈只能在停電時調(diào)節(jié)抽頭，且每兩抽頭之間調(diào)節(jié)范圍較大，在運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行。另外，由于電網(wǎng)的電容電流計算也是近似估算，幾種誤差迭加就可能在發(fā)生單相接地時，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)計中，采用了消弧線圈自動調(diào)諧裝置，如圖3所示。圖3帶有消弧線圈自動調(diào)諧裝置的系統(tǒng)圖3.1消弧線圈L消弧線圈是一臺具有分接頭的電抗器，可以自動調(diào)節(jié)，用來產(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，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為補償容量；K為系數(shù)，過補償取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由于采用了自動調(diào)諧裝置，在正常工作時，可使消弧線圈運行在最佳狀態(tài)(即接近全補償狀態(tài))，這時有可能產(chǎn)生串聯(lián)諧振，使中性點電壓超過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，大電流通過電阻和消弧線圈時，使中性點電位升高，應(yīng)將電阻短接?？刹捎梅磻?yīng)中性點電位過高和中性點過流來實現(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調(diào)諧裝置核心部件，由單片微機和各種接口組成?？蓪崿F(xiàn)自動控制、手動控制、各種參數(shù)設(shè)置、打印等多種功能，可以顯示實時的電網(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處理后實現(xiàn)上述功能的。在實時計算電網(wǎng)的電容電流時，可按如下方法：對剛投入裝置時，可分別測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，在以后正常運行時，微機就可根據(jù)以前的數(shù)據(jù)進行計算，而不必要每次都改變分接頭來測量。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時的電壓和電流信號用。當(dāng)消弧線圈內(nèi)附的互感器精度滿足控制器要求時，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級要求。3.5接地變壓器當(dāng)電網(wǎng)中該級電壓的主變壓器為Y型接線時，消弧線圈可直接從Y型中性點引出。當(dāng)為Δ接線時，由于無中性點，就需要用接地變引出中性點，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：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)荷來確定。4消弧線圈調(diào)諧裝置的優(yōu)點4.1可以提高運行的靈活性。由于采用了調(diào)壓式消弧線圈自動調(diào)諧裝置，當(dāng)電網(wǎng)的運行方式發(fā)生較大變化時，可實時調(diào)整抽頭，使消弧線圈運行在最佳位置，避免停電調(diào)整。4.2避免可能的故障擴大化。自動調(diào)諧裝置是運行在接近全補償狀態(tài)，發(fā)生單相接地故障時，流過接地點的殘流較小，不會產(chǎn)生弧光過電壓，大大提高了供電可靠性。4.3有利于實現(xiàn)變電站集控。目前，我省有不少變電站已經(jīng)實現(xiàn)了集控操作。本套