劉金生　姚　迪

摘要：電力系統(tǒng)運(yùn)行方式經(jīng)常變化，特別是電容電流變化范圍較大，采用手動的消弧線圈很難適應(yīng)要求。用自動跟蹤補(bǔ)償?shù)南【€圈?？蓪㈦娙蓦娏餮a(bǔ)償?shù)綒埩骱苄?，使瞬時性接地故障自動消除，而不影響供電，這使自動跟蹤補(bǔ)償控制裝置得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：自動跟蹤補(bǔ)償控制裝置；電容電流；消弧線圈；電阻；變壓器

中圖分類號：TP311

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-2374(2009)14-0042-02

一、自動跟蹤補(bǔ)償消弧線圈的使用

目前，吉林燃料乙醇公司熱電廠采用的是天津航博公司生產(chǎn)的ZDB-Ⅱ偏磁式消弧線圈動態(tài)補(bǔ)償裝置。針對這種消弧線圈，分析如下：

(一)線性電阻LR并聯(lián)短接裝置的問題

電網(wǎng)的不對稱電壓有高有低，電網(wǎng)出現(xiàn)的故障是多樣的，如間歇性接地、高阻接地、斷線不接地等。這些故障給短接裝置及其控制系統(tǒng)帶來很大困難，嚴(yán)重時，會出現(xiàn)燒毀線性阻尼電阻和短接裝置的事故。其原因可歸納為以下幾個方面：

1.不對稱電壓較高的電網(wǎng)發(fā)生接地后。線性阻尼電阻LR被短接，當(dāng)接地消失時，LR仍處在被短接狀態(tài)，LR不起阻尼作用。如果此時消弧線圈調(diào)整在靠近諧振狀態(tài)(v≈3％)，僅靠自然阻尼(系統(tǒng)阻尼率取3％)，中性點(diǎn)電壓UN≥15％，Ux相電壓(依據(jù)《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》DI/T620-1997)正常運(yùn)行情況下，中性點(diǎn)電壓位移不應(yīng)超過系統(tǒng)標(biāo)稱相電壓的15％。當(dāng)系統(tǒng)阻尼率取3％、脫諧度取3％時，經(jīng)計算，對10kV系統(tǒng)，如果將中性點(diǎn)電壓UN=1.0gkV，UN/Ux=18.9％，如果將中性點(diǎn)電位整定在15％～20％，短接裝置的控制系統(tǒng)無法分辨是否處在接地，短接裝置不能自動斷開。其結(jié)果是真的接地消失，出現(xiàn)虛幻接地。

2.電網(wǎng)發(fā)生故障的形式是多樣的。除了單相接地外，還可能發(fā)生其他非接地故障，使電網(wǎng)不對稱電壓升高。若不對稱電壓升高到一定程度，自動調(diào)節(jié)的控制器誤認(rèn)為電網(wǎng)發(fā)生了接地。將線性阻尼電阻LR短路，而此時消弧線圈又調(diào)諧在接近全補(bǔ)償狀態(tài)，其后果是產(chǎn)生很高的中性點(diǎn)位移電壓，造成其中一相電壓升高很多，以至損壞電網(wǎng)中的其他設(shè)備，將一個小故障擴(kuò)大為事故。

(二)消弧線圈的響應(yīng)速度問題

為提高響應(yīng)速度，采用預(yù)調(diào)的工作方式，即無故障時已將消弧線圈調(diào)至計算好的檔位，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時再短接阻尼電阻。這種方式，往往還是要受制于阻尼電阻短接機(jī)構(gòu)(接觸器和多級中間繼電器)操作時間的影響，所以也難以提高響應(yīng)速度。

二、解決方法

經(jīng)過幾年的安全運(yùn)行，我們采用了以下解決方法：

(一)采用非線性電阻

在自動調(diào)諧的消弧線圈回路中，將線性阻尼電阻LR改為依電壓或電流可自動改變阻值的非線性電阻NLR，則可充分發(fā)揮消弧線圈自動調(diào)諧的作用。消弧線圈完全可調(diào)整在全補(bǔ)償狀態(tài)，發(fā)生非接地性故障時，NLR仍保持一定的電阻值，電網(wǎng)不會出現(xiàn)過高的位移電壓。不論發(fā)生何種間隙性接地，NLR阻值的變化是無時延的，不會發(fā)生因阻值滯后變化而影響滅弧或引發(fā)高幅值位移電壓，因?yàn)橄【€圈處在全補(bǔ)償狀態(tài)，高阻接地時的過渡電阻對電弧熄滅也沒有影響。南京伏安電氣公司研制的DFD型大功率非線性電阻器，具有上述功能。

(二)高短路阻抗變壓器式消弧系統(tǒng)

該消弧系統(tǒng)主要由高短路阻抗變壓器式消弧線圈和控制器組成，同時采用小電流接地選線裝置為配套設(shè)備。該消弧線圈是一種高短路阻抗變壓器式可控電抗器。變壓器的一次繞組作為工作繞組接入配電網(wǎng)中性點(diǎn)，二次繞組作為控制繞組由2個反向連接的晶閘管短路，通過調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角來調(diào)節(jié)二次繞組中的短路電流，從而實(shí)現(xiàn)電抗值的可控調(diào)節(jié)。由于采用了晶閘管調(diào)節(jié)，因此響應(yīng)速度快，可實(shí)現(xiàn)零至額定電流的無級連續(xù)調(diào)節(jié)。此外，由于是利用變壓器的短路阻抗作為補(bǔ)償用的電感，因而具有良好的伏安特性。利用變壓器的漏抗作為可調(diào)電抗，因而伏安特性的線性極佳，近乎直線，對高阻接地能很好地進(jìn)行補(bǔ)償。它采用大功率可控硅技術(shù)，能在5ms內(nèi)對單相接地故障快速響應(yīng)，有效地抑制弧光的形成，且由于補(bǔ)償電流可從零開始連續(xù)無級調(diào)至消弧線圈的額定電流，因此適應(yīng)范圍較廣。

(三)調(diào)容式消弧補(bǔ)償裝置

根據(jù)系統(tǒng)最大運(yùn)行方式或電網(wǎng)發(fā)展情況，確定消弧線圈在過補(bǔ)償條件下的額定容量，即可確定在接地故障時可提供的電感電流，增設(shè)消弧線圈的二次電容負(fù)荷繞組。在二次側(cè)并聯(lián)若干組用晶閘管通斷的電容器，用來調(diào)節(jié)二次側(cè)電容的容抗值，以達(dá)到減小一次側(cè)電感電流的要求，稱其為調(diào)容式消弧補(bǔ)償裝置。電容值的大小及組數(shù)有多種不同排列組合，以滿足調(diào)節(jié)范圍和精度的要求。其主要工作原理是控制器根據(jù)中性點(diǎn)電壓和電流信號進(jìn)行分析和計算，測出電網(wǎng)線路的對地容抗。判斷消弧線圈在電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，應(yīng)工作在哪個級位。在電網(wǎng)正常運(yùn)行時，所有晶閘管不導(dǎo)通，消弧線圈等值感抗最小，接地裝置工作于過補(bǔ)償最大失諧狀態(tài)。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地時?？刂葡到y(tǒng)按照故障前的判斷狀態(tài)，向觸發(fā)電路發(fā)出控制信號，控制T1、T2、……Tn的觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)晶閘管開關(guān)的開合和接地裝置相應(yīng)的級位，以降低殘流在用戶的要求值以下，實(shí)現(xiàn)滅弧功能。當(dāng)接地故障消除時，控制器根據(jù)中性點(diǎn)電壓下降和線路電壓上升判斷故障消除，裝置即轉(zhuǎn)入過補(bǔ)償?shù)淖畲笫еC狀態(tài)。

三、調(diào)容式消弧補(bǔ)償裝置與高短路阻抗變壓器式消弧線圈比較

(一)各自的特點(diǎn)

調(diào)容式消弧補(bǔ)償裝置的原理是通過調(diào)節(jié)消弧線圈二次側(cè)的電容量，從而調(diào)節(jié)消弧線圈的阻抗，當(dāng)接地故障消除時，降低殘流，實(shí)現(xiàn)滅弧功能；高短路阻抗變壓器式消弧線圈的原理是通過調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角來調(diào)節(jié)二次繞組中的短路電流，從而實(shí)現(xiàn)電抗值的可控調(diào)節(jié)，其響應(yīng)速度較快；采用非線性電阻，消弧線圈可調(diào)整在全補(bǔ)償狀態(tài)，不會發(fā)生因阻值滯后變化而影響滅弧或引發(fā)高幅值位移電壓，高阻接地時的過渡電阻對電弧熄滅也沒有影響。

(二)各自的缺點(diǎn)

調(diào)容式消弧補(bǔ)償裝置由于采用電容器，電容器需要充放電，其動作速度不可能很快，即其響應(yīng)會存在延時；高短路阻抗變壓器式消弧線圈，由于采用了可控硅，對其原理如何消除諧波應(yīng)提出要求；采用非線性電阻，中心點(diǎn)電位應(yīng)整定在何值才合適，既能避開系統(tǒng)不對稱電壓，又能保證接地故障時正確動作。對此問題尚應(yīng)進(jìn)一步探討。

四、結(jié)論

1.中性點(diǎn)采用自動跟蹤補(bǔ)償?shù)南【€圈，可將電容電流補(bǔ)償?shù)綒埩骱苄。顾矔r性接地故障自動消除，而不影響供電。

2.自動跟蹤補(bǔ)償裝置的各生產(chǎn)廠家所用原理并不相同。生產(chǎn)運(yùn)行的歷史也不長。因此，在設(shè)備選型時，必須對其補(bǔ)償原理、生產(chǎn)工藝、制造水平、動模試驗(yàn)、運(yùn)行實(shí)例等作綜合考證。

3.在消弧線圈回路串聯(lián)非線性阻尼電阻是較好的補(bǔ)償方案。因采用這種原理的補(bǔ)償裝置結(jié)構(gòu)簡單，消弧線圈可調(diào)整在全補(bǔ)償狀態(tài)?？刂破鞲喕?，無需擔(dān)心可控硅或電容器的質(zhì)量，也無需考慮裝置固有的延時，反應(yīng)更敏捷，不會導(dǎo)致諧波或諧振。

自動跟蹤補(bǔ)償控制裝置在應(yīng)用以來，性能穩(wěn)定，安全可靠性強(qiáng)，收到了良好的效果，取得了明顯的社會和經(jīng)濟(jì)效益，為安全穩(wěn)定生產(chǎn)提供了可靠的電力保障，在未來的電力系統(tǒng)中必將得到越來越廣泛的應(yīng)用。