自动跟踪补偿控制装置的应用

刘金生　姚　迪

摘要：电力系统运行方式经常变化，特别是电容电流变化范围较大，采用手动的消弧线圈很难适应要求。用自动跟踪补偿的消弧线圈。可将电容电流补偿到残流很小，使瞬时性接地故障自动消除，而不影响供电，这使自动跟踪补偿控制装置得到了越来越广泛的应用。

关键词：自动跟踪补偿控制装置；电容电流；消弧线圈；电阻；变压器

中图分类号：TP311

文献标识码：A

文章编号：1009-2374(2009)14-0042-02

一、自动跟踪补偿消弧线圈的使用

目前，吉林燃料乙醇公司热电厂采用的是天津航博公司生产的ZDB-Ⅱ偏磁式消弧线圈动态补偿装置。针对这种消弧线圈，分析如下：

(一)线性电阻LR并联短接装置的问题

电网的不对称电压有高有低，电网出现的故障是多样的，如间歇性接地、高阻接地、断线不接地等。这些故障给短接装置及其控制系统带来很大困难，严重时，会出现烧毁线性阻尼电阻和短接装置的事故。其原因可归纳为以下几个方面：

1.不对称电压较高的电网发生接地后。线性阻尼电阻LR被短接，当接地消失时，LR仍处在被短接状态，LR不起阻尼作用。如果此时消弧线圈调整在靠近谐振状态(v≈3％)，仅靠自然阻尼(系统阻尼率取3％)，中性点电压UN≥15％，Ux相电压(依据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》DI/T620-1997)正常运行情况下，中性点电压位移不应超过系统标称相电压的15％。当系统阻尼率取3％、脱谐度取3％时，经计算，对10kV系统，如果将中性点电压UN=1.0gkV，UN/Ux=18.9％，如果将中性点电位整定在15％～20％，短接装置的控制系统无法分辨是否处在接地，短接装置不能自动断开。其结果是真的接地消失，出现虚幻接地。

2.电网发生故障的形式是多样的。除了单相接地外，还可能发生其他非接地故障，使电网不对称电压升高。若不对称电压升高到一定程度，自动调节的控制器误认为电网发生了接地。将线性阻尼电阻LR短路，而此时消弧线圈又调谐在接近全补偿状态，其后果是产生很高的中性点位移电压，造成其中一相电压升高很多，以至损坏电网中的其他设备，将一个小故障扩大为事故。

(二)消弧线圈的响应速度问题

为提高响应速度，采用预调的工作方式，即无故障时已将消弧线圈调至计算好的档位，当发生单相接地故障时再短接阻尼电阻。这种方式，往往还是要受制于阻尼电阻短接机构(接触器和多级中间继电器)操作时间的影响，所以也难以提高响应速度。

二、解决方法

经过几年的安全运行，我们采用了以下解决方法：

(一)采用非线性电阻

在自动调谐的消弧线圈回路中，将线性阻尼电阻LR改为依电压或电流可自动改变阻值的非线性电阻NLR，则可充分发挥消弧线圈自动调谐的作用。消弧线圈完全可调整在全补偿状态，发生非接地性故障时，NLR仍保持一定的电阻值，电网不会出现过高的位移电压。不论发生何种间隙性接地，NLR阻值的变化是无时延的，不会发生因阻值滞后变化而影响灭弧或引发高幅值位移电压，因为消弧线圈处在全补偿状态，高阻接地时的过渡电阻对电弧熄灭也没有影响。南京伏安电气公司研制的DFD型大功率非线性电阻器，具有上述功能。

(二)高短路阻抗变压器式消弧系统

该消弧系统主要由高短路阻抗变压器式消弧线圈和控制器组成，同时采用小电流接地选线装置为配套设备。该消弧线圈是一种高短路阻抗变压器式可控电抗器。变压器的一次绕组作为工作绕组接入配电网中性点，二次绕组作为控制绕组由2个反向连接的晶闸管短路，通过调节晶闸管的导通角来调节二次绕组中的短路电流，从而实现电抗值的可控调节。由于采用了晶闸管调节，因此响应速度快，可实现零至额定电流的无级连续调节。此外，由于是利用变压器的短路阻抗作为补偿用的电感，因而具有良好的伏安特性。利用变压器的漏抗作为可调电抗，因而伏安特性的线性极佳，近乎直线，对高阻接地能很好地进行补偿。它采用大功率可控硅技术，能在5ms内对单相接地故障快速响应，有效地抑制弧光的形成，且由于补偿电流可从零开始连续无级调至消弧线圈的额定电流，因此适应范围较广。

(三)调容式消弧补偿装置

根据系统最大运行方式或电网发展情况，确定消弧线圈在过补偿条件下的额定容量，即可确定在接地故障时可提供的电感电流，增设消弧线圈的二次电容负荷绕组。在二次侧并联若干组用晶闸管通断的电容器，用来调节二次侧电容的容抗值，以达到减小一次侧电感电流的要求，称其为调容式消弧补偿装置。电容值的大小及组数有多种不同排列组合，以满足调节范围和精度的要求。其主要工作原理是控制器根据中性点电压和电流信号进行分析和计算，测出电网线路的对地容抗。判断消弧线圈在电网发生单相接地故障时，应工作在哪个级位。在电网正常运行时，所有晶闸管不导通，消弧线圈等值感抗最小，接地装置工作于过补偿最大失谐状态。当电网发生单相接地时。控制系统按照故障前的判断状态，向触发电路发出控制信号，控制T1、T2、……Tn的触发脉冲的产生，实现晶闸管开关的开合和接地装置相应的级位，以降低残流在用户的要求值以下，实现灭弧功能。当接地故障消除时，控制器根据中性点电压下降和线路电压上升判断故障消除，装置即转入过补偿的最大失谐状态。

三、调容式消弧补偿装置与高短路阻抗变压器式消弧线圈比较

(一)各自的特点

调容式消弧补偿装置的原理是通过调节消弧线圈二次侧的电容量，从而调节消弧线圈的阻抗，当接地故障消除时，降低残流，实现灭弧功能；高短路阻抗变压器式消弧线圈的原理是通过调节晶闸管的导通角来调节二次绕组中的短路电流，从而实现电抗值的可控调节，其响应速度较快；采用非线性电阻，消弧线圈可调整在全补偿状态，不会发生因阻值滞后变化而影响灭弧或引发高幅值位移电压，高阻接地时的过渡电阻对电弧熄灭也没有影响。

(二)各自的缺点

调容式消弧补偿装置由于采用电容器，电容器需要充放电，其动作速度不可能很快，即其响应会存在延时；高短路阻抗变压器式消弧线圈，由于采用了可控硅，对其原理如何消除谐波应提出要求；采用非线性电阻，中心点电位应整定在何值才合适，既能避开系统不对称电压，又能保证接地故障时正确动作。对此问题尚应进一步探讨。

四、结论

1.中性点采用自动跟踪补偿的消弧线圈，可将电容电流补偿到残流很小，使瞬时性接地故障自动消除，而不影响供电。

2.自动跟踪补偿装置的各生产厂家所用原理并不相同。生产运行的历史也不长。因此，在设备选型时，必须对其补偿原理、生产工艺、制造水平、动模试验、运行实例等作综合考证。

3.在消弧线圈回路串联非线性阻尼电阻是较好的补偿方案。因采用这种原理的补偿装置结构简单，消弧线圈可调整在全补偿状态。控制器更简化，无需担心可控硅或电容器的质量，也无需考虑装置固有的延时，反应更敏捷，不会导致谐波或谐振。

自动跟踪补偿控制装置在应用以来，性能稳定，安全可靠性强，收到了良好的效果，取得了明显的社会和经济效益，为安全稳定生产提供了可靠的电力保障，在未来的电力系统中必将得到越来越广泛的应用。