調(diào)匝式消弧線圈自動控制及工程運用

郭軍++羅鐵華++俞文俊

摘 要

準確測量配網(wǎng)電容電流、自動調(diào)諧脫諧度和中性點位移電壓，在容流、脫諧度越限或系統(tǒng)運行方式變更時，獨立或并聯(lián)運行的消弧線圈能有效配合，自動控制裝置不失控、不死機，并確保將告警和保護信息及時上傳，這是消弧線圈設(shè)計、施工、調(diào)試和運行階段亟待完善的課題。本文就調(diào)匝式消弧線圈自動控制技術(shù)如何適應(yīng)工程運用進行探討。

【關(guān)鍵詞】電容電流 脫諧度 調(diào)匝式消弧線圈 自動控制

隨著電力電纜廣泛應(yīng)用，配網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)電容電流急劇增加，當(dāng)出現(xiàn)間歇性電弧接地時，會產(chǎn)生弧光接地過電壓，這種過電壓可達相電壓的2～5倍，它遍布于與故障點有直接電氣連接的整個電網(wǎng)中，它不僅擊穿電網(wǎng)中的絕緣薄弱環(huán)節(jié)，而且對整個電網(wǎng)絕緣都有很大的危害。近年來，因接地弧光過電壓而造成的線路跳閘、設(shè)備燒毀、爆炸等事故率明顯上升。在目前技術(shù)條件下，加裝消弧線圈是治理配網(wǎng)電容電流最有效的手段，《城市配電網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)則》和《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》明確要求：當(dāng)配網(wǎng)單相接地故障電流大于10A時，中性點應(yīng)裝設(shè)消弧線圈，且應(yīng)采用過補償運行方式，自動調(diào)諧消弧線圈接地電容電流測量誤差不應(yīng)超過2%；脫諧度不超過10%；中性點位移電壓不超過相電壓的15%。近年來，調(diào)匝式消弧線圈因其結(jié)構(gòu)簡單、價廉物美而在電力系統(tǒng)內(nèi)得到最廣泛的運用，但是，受安裝環(huán)境和設(shè)計理念限制，電網(wǎng)中運行的調(diào)匝式消弧線圈自動調(diào)諧質(zhì)量大多不能滿足國家標(biāo)準要求，給電網(wǎng)安全運行留下隱患。因此，應(yīng)進一步加強各類自動調(diào)諧消弧線圈標(biāo)準化管理。

1 調(diào)匝式消弧線圈工作原理

1.1 調(diào)匝式消弧線圈結(jié)構(gòu)

如圖1所示，調(diào)匝式消弧線圈是線圈上設(shè)有若干個分接頭，對應(yīng)不同的電感量。裝置通過控制消弧線圈分接頭的位置，來調(diào)節(jié)補償電感電流的大小。消弧線圈分接頭的位置采用有載開關(guān)控制。

1.2 調(diào)諧方式

1.2.1 預(yù)調(diào)式

系統(tǒng)正常運行時，消弧線圈預(yù)先調(diào)節(jié)，始終靠近諧振點運行，發(fā)生單相接地故障時，消弧線圈零延時進行補償。優(yōu)點是補償速度快，缺點是系統(tǒng)正常運行時抬高了中性點位移電壓，增加了系統(tǒng)電壓不對稱度。

1.2.2 隨調(diào)式

系統(tǒng)正常運行時，消弧線圈遠離諧振點，發(fā)生單相接地故障時，立即調(diào)節(jié)消弧線圈至諧振點附近，優(yōu)點是對系統(tǒng)電壓對稱度無影響；缺點是補償反應(yīng)速度慢。

1.3 補償原理

如圖2所示，單相接地時消弧線圈流補償電流IL，單相接地時接地點流過電容電流IC，接地點流過補償殘流Ig= IL-IC，自動補償原理：實時測量線路參數(shù)，計算電容電流的大小，根據(jù)設(shè)定的參數(shù)調(diào)節(jié)消弧線圈的電感量，來改變補償電流大小，使得殘流最小。

2 電容電流測量

2.1 調(diào)諧法

準確進行電容電流測量是消弧線圈能否合理補償?shù)年P(guān)鍵因素，在各類容流算法中，調(diào)諧法因無需人工干預(yù)而廣為自動調(diào)諧消弧線圈控制裝置所采用，圖3是調(diào)匝式消弧線圈接地系統(tǒng)等值電路圖：

2.2 容流采樣值校核

根據(jù)國網(wǎng)運檢部要求，2015年南通供電公司組織實施了變電站配網(wǎng)電容電流實測工作，并與消弧線圈控制裝置計算值進行了實時比對。南通供電公司10～35kV母線曉弧線圈配置情況及電容電流校核數(shù)據(jù)如表1所示。

實測情況表明：部分自動調(diào)諧消弧線圈控制裝置對系統(tǒng)電容電流測量誤差絕對值大于10A，遠遠高于國家標(biāo)準《自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置技術(shù)條件》（DL/T 1057-2007）要求允許值（當(dāng)系統(tǒng)中Ic<30A時， 測量誤差不大于1A；當(dāng)30A100A時，應(yīng)保證殘流不大于7.5A）。若考慮到調(diào)匝式消弧線圈檔位補償電流級差5A（以容量630/10 15檔消弧線圈為例），則在系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，接地點感性殘流超過15A、脫諧度大于30%。電網(wǎng)接地電弧試驗表明：當(dāng)10kV系統(tǒng)接地殘流大于20A或35kV系統(tǒng)接地殘流大于15A時，接地電弧不能自行熄滅，也就是當(dāng)消弧線圈采樣值與實際偏差過大時，消弧線圈作用消失，使裝置失去了抑制電弧重燃、防止產(chǎn)生弧光接地過電壓的功能。

3 調(diào)匝式自動調(diào)諧消弧線圈工程應(yīng)用中存在的主要問題及解決辦法

3.1 調(diào)匝式自動調(diào)諧消弧線圈存在的主要問題

通過對南通供電公司本部70座變電站內(nèi)103臺消弧線圈使用情況全面調(diào)查和分析，發(fā)現(xiàn)調(diào)匝式自動調(diào)諧消弧線圈主要存在以下問題：

3.1.1 容流計算不準確

如表1所示。

3.1.2 獨立或聯(lián)機運行的消弧線圈控制裝置調(diào)諧“失控”

如：秦灶變10kV 2號消弧線圈（山東泰開）控制器故障，裝置顯示調(diào)檔失敗，有連續(xù)頻繁調(diào)檔歷史記錄，人工指令不響應(yīng)；姜北變10kV 1號消弧線圈控制器（北京電力設(shè)備廠）裝置告警，容流越限、自動控制失靈、檔位不能固定，歷史記錄顯示連續(xù)頻繁調(diào)檔；中沙變10kV 2號消弧線圈（廣州智光）控制器觸發(fā)故障；北郊變10kV 2號消弧線圈（河北旭輝）控制器顯示殘流超標(biāo)，檔位為0檔。

3.1.3 脫諧度或中性點位移電壓越限

如：新聯(lián)變10kV 2號消弧線圈（重慶亞東亞）脫諧度-893.6（電容電流過小2.9A，消弧線圈一檔時補償30A）；行南變10kV 1號消弧線圈（上海思源）自動模式下中性點位移電壓越限。

3.1.4 自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置聯(lián)機運行困難

預(yù)調(diào)式與隨調(diào)式消弧線圈、預(yù)調(diào)式與預(yù)調(diào)式消弧線圈如無聯(lián)機協(xié)議則并聯(lián)時，可能出現(xiàn)自動控制失靈、檔位不能固定、連續(xù)頻繁調(diào)檔等現(xiàn)象。如西郊變10kV 2、3號消弧線圈（預(yù)調(diào)-預(yù)調(diào)）；正場變10kV 1、2號消弧線圈（隨調(diào)-預(yù)調(diào)）；東海變10kV 1、2號消弧線圈（預(yù)調(diào)-預(yù)調(diào)）都出現(xiàn)聯(lián)機困難。