基于快速調(diào)節(jié)消孤線(xiàn)圈的新型接地故障保護(hù)方法分析

劉喜軍

（許繼集團(tuán)有限公司，河南 許昌 461000）

1 中性點(diǎn)經(jīng)消孤線(xiàn)圈接地概述

我國(guó)的傳統(tǒng)配電網(wǎng)大多采用不接地的方式，但隨著配網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及配電網(wǎng)對(duì)地電容電流的大幅增加，不接地的方式已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足電網(wǎng)的運(yùn)行要求，所以近年來(lái)我國(guó)對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行了大規(guī)模改造，中性點(diǎn)經(jīng)消孤線(xiàn)圈接地（如圖1所示）成為了主流。當(dāng)中性點(diǎn)經(jīng)消孤線(xiàn)圈接地后，消孤線(xiàn)圈會(huì)產(chǎn)生感性電流來(lái)對(duì)電容性電流進(jìn)行補(bǔ)償，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)快速熄弧，這對(duì)減少接地殘流和保障電網(wǎng)安全運(yùn)行意義重大。但受到傳統(tǒng)消孤線(xiàn)圈自身因素的影響，它在實(shí)踐應(yīng)用中并沒(méi)有起到良好的效果，有的甚至不但沒(méi)有減少故障點(diǎn)，反而引起中性點(diǎn)位移電壓過(guò)大、選線(xiàn)準(zhǔn)確率不高等問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，有必要對(duì)消孤線(xiàn)圈的調(diào)節(jié)方式進(jìn)行研究，研究設(shè)計(jì)出一種可快速調(diào)節(jié)的消孤線(xiàn)圈引起了越來(lái)越多人的重視。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，促使中線(xiàn)點(diǎn)經(jīng)消孤線(xiàn)圈接地系統(tǒng)的調(diào)控裝置也發(fā)生了巨大的進(jìn)步，這為實(shí)現(xiàn)消孤線(xiàn)圈的快速調(diào)節(jié)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

圖1 中性點(diǎn)經(jīng)消孤線(xiàn)圈接地系統(tǒng)

2 在線(xiàn)調(diào)節(jié)式消弧線(xiàn)圈的調(diào)諧控制方式的特點(diǎn)

為了克服傳統(tǒng)消孤線(xiàn)圈補(bǔ)償接地系統(tǒng)的缺陷，越來(lái)越多的學(xué)者都在致力于研究在線(xiàn)調(diào)節(jié)式消孤線(xiàn)圈的結(jié)構(gòu)，并開(kāi)發(fā)出了包括調(diào)隙式消孤線(xiàn)圈、調(diào)匝式消孤線(xiàn)圈等在內(nèi)的多種消孤線(xiàn)圈。這些新型消孤線(xiàn)圈補(bǔ)償接地系統(tǒng)主要采用預(yù)調(diào)諧工作方式。

預(yù)調(diào)諧工作方式具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：①因?yàn)橄【€(xiàn)圈的電感量改變較慢，所以為了在出現(xiàn)接地故障時(shí)可以及時(shí)實(shí)施補(bǔ)償，就必須在配網(wǎng)正常工作時(shí)，就對(duì)配網(wǎng)對(duì)地電容電流進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，并在此基礎(chǔ)上對(duì)消弧線(xiàn)圈的電感量進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)，進(jìn)而促使其可以與對(duì)地電容產(chǎn)生諧振。顯而易見(jiàn)，這種方式對(duì)諧振點(diǎn)進(jìn)行預(yù)先調(diào)節(jié)，所以被稱(chēng)作預(yù)調(diào)諧工作方式；于采用這種工作方式的接地保護(hù)系統(tǒng)必須串聯(lián)或并聯(lián)電阻。由于接地變壓器中性點(diǎn)人為抽偏、中心線(xiàn)路的不對(duì)稱(chēng)性等因素的影響，會(huì)造成配網(wǎng)產(chǎn)生不對(duì)稱(chēng)電壓，而這個(gè)不對(duì)稱(chēng)電壓在經(jīng)過(guò)消孤線(xiàn)圈的放大后會(huì)變成串聯(lián)諧振過(guò)電壓。因?yàn)榇?lián)諧振過(guò)電壓是不容許的，所以為了降低其產(chǎn)生的不良影響，一般都會(huì)為消弧線(xiàn)圈支路串聯(lián)或并聯(lián)電阻。

預(yù)調(diào)諧工作方式雖然在一定程度上解決了補(bǔ)償接地系統(tǒng)的問(wèn)題，但其因?yàn)檎{(diào)節(jié)速度不夠快的緣故，不能在接地故障的初始發(fā)生階段就實(shí)施有效補(bǔ)償，即無(wú)法實(shí)現(xiàn)快速熄弧的目的。此外，消孤線(xiàn)圈的預(yù)調(diào)節(jié)主要是依靠機(jī)械控制裝置，但機(jī)械動(dòng)作的可靠性、開(kāi)關(guān)的壽命及其耐壓等都存在一定缺陷。

造成上述問(wèn)題的最大原因在于消孤線(xiàn)圈無(wú)法實(shí)現(xiàn)快速調(diào)節(jié)，如果設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出一種基于快速可調(diào)節(jié)消孤線(xiàn)圈的接地故障保護(hù)系統(tǒng)，能在非常短的時(shí)間內(nèi)就依據(jù)配網(wǎng)的運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，使消孤線(xiàn)圈可以始終處于脫諧狀態(tài)，那么就能避免預(yù)調(diào)節(jié)工作方式所帶來(lái)的一系列問(wèn)題。由此可以，研究快速可調(diào)節(jié)消孤線(xiàn)圈意義重大。

3 快速調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)方法探究

鑒于以上分析，文章對(duì)基于快速可調(diào)節(jié)消孤線(xiàn)圈的接地故障保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行了研究，該系統(tǒng)不再采用預(yù)調(diào)諧工作方式，而是采用脫諧工作方式。當(dāng)配網(wǎng)正常工作時(shí)，將消孤線(xiàn)圈調(diào)節(jié)至最大脫諧度；而當(dāng)配網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，快速對(duì)消孤線(xiàn)圈進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其與接地電容諧振，這樣就能最大限度地減少故障電流，進(jìn)而達(dá)到接地保護(hù)的目的；當(dāng)配網(wǎng)接地故障消除后，再次將消孤線(xiàn)圈調(diào)節(jié)至最大脫諧狀態(tài)，確保正常運(yùn)行時(shí)的配網(wǎng)中性點(diǎn)位移電壓在可控范圍之內(nèi)。

基于快速可調(diào)節(jié)消孤線(xiàn)圈的接地故障保護(hù)方法應(yīng)滿(mǎn)以下要求：①消孤線(xiàn)圈必須可以實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)調(diào)節(jié)，而且其調(diào)節(jié)過(guò)程的耗時(shí)盡可能地縮短；于消孤線(xiàn)圈快速調(diào)節(jié)的依據(jù)是配網(wǎng)對(duì)地電容電流的測(cè)量值，所以應(yīng)具備可以實(shí)時(shí)檢測(cè)配網(wǎng)對(duì)電容的技術(shù)手段；③消孤線(xiàn)圈必須具備足夠的調(diào)節(jié)范圍，要確保配網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，其能調(diào)節(jié)到的最大脫諧度可以將中性點(diǎn)的位移電壓控制在可接受的范圍內(nèi)；④調(diào)節(jié)過(guò)程應(yīng)擺脫對(duì)機(jī)械控制方式的依賴(lài)，即不依靠機(jī)械動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)；第五，對(duì)消孤線(xiàn)圈接地補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)行全面有效的監(jiān)測(cè)；⑤接地故障保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)具備準(zhǔn)確的單相接地故障選線(xiàn)方法等等。

近年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，為設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)基于快速可調(diào)節(jié)消孤線(xiàn)圈的接地故障保護(hù)系統(tǒng)創(chuàng)造了有力條件。采用計(jì)算機(jī)電子控制替代傳統(tǒng)的慢速機(jī)械式控制方式，可以開(kāi)發(fā)出能夠?qū)崿F(xiàn)快速、準(zhǔn)確選線(xiàn)保護(hù)的新型消孤線(xiàn)圈，這對(duì)于保障配網(wǎng)的安全運(yùn)行具有重要意義。