自动消弧线圈应用与实践

2011-06-17周小卿

科技视界 2011年6期

周小卿

（固原供电局宁夏固原 756000）

0 引言

随着科技的发展，固原电网目前已经在部分变电站使用自动调谐消弧线圈，这种消弧线圈可以自动跟踪系统的运行状态，当电网发生故障时，将故障点的残流限制在合格的范围内。固原电网采用预调式自动调谐消弧线圈，即消弧线圈的脱谐度和残流作为是否需要调节补偿电流的判断依据，预先将脱谐度和残流设定为某一个范围，当系统的脱谐度和残流超出此范围，控制器发出指令，调整消弧线圈的档位，使调整后的脱谐度及残流满足要求，且中性点电压不能超过15%相电压。

系统在正常运行时接近于全补偿状态。为解决中性点电压与脱谐度之间的矛盾，在消弧线圈与系统中性点之间串入一电阻，通过提高网络的阻尼率来降低系统的中性点的电压，使其满足要求。当系统出现接地时，在接地电阻上流过很大的电流，因此必须在系统接地时，迅速短接接地电阻以免影响消弧线圈的出力，降低熄弧效果，同时也避免电阻流过电流过大而过热损坏电阻，而在系统单相接地消失时必须及时投入接地阻尼电阻。

1 自动调谐消弧线圈

消弧线圈用连续可调实现自动调谐从理论上来说时可行的，但分接头足够多的消弧线圈也是可用的。例如对于电容电流为90A的电网，当切除一回2km的电缆线路时，接地电容电流只变化约2A，电网脱谐度也只变化约2.2%，这时消弧线圈电感不改变也是安全的。当然，分接头数越多，则调节越细。

分接头数的多少决定着可以达到的最小脱谐度，而脱谐度是影响灭弧的主要因素，从两个方面说明：1）弧道中的残余电流；2）恢复电压上升到最大值的时间及恢复电压的上升速度。

1.1 弧道中的残余电流（忽略残流的高次谐波分量）

当电网的Ic=100A,d=0.05，而脱谐度v由0偏至0.1时，将从5A增至11A，而两档位之间的最大电流差约6A，这说明v=0.1显然偏大。v=0.025和0.05时Ig为5.6和7.1A，这说明若能保证脱谐度为0.025，则残流增加不大，只比完全谐振时大0.6%，当脱谐度小于0.05时，残流增大也是可以接受的。

1.2 故障相恢复电压上升到最大值的时间及恢复电压的上升速度

当0.05时，恢复电压升至最大值的时间如图1所示。

众所周知，灭弧后由于电容上的电荷经消弧线圈放电形成慢慢衰减的自由震荡过程，弧道上的电压是缓慢上升的，不易发生重燃。由图看出，当恢复电压时间已减少一半以上，这对灭弧不利，最好在0.025以内，不要超过0.05。

恢复电压最大上升速度与所得结果完全相同，就是说消弧线圈应调节到不大于0.05的程度。

图1

当明确了脱谐度v的指标后，就可以求出必要的分接头数。消弧线圈两相邻分接头对应的电流In+1和In遵循In+1-In≤2vIn的关系。若电流最小为 Imin，则最大电流 Imax=Imin（1＋2v）N-1，N为分接头数，故由此可得：

通常消弧线圈最大电流与最小电流值比为2，当0.025时，N=15。应该看出当允许既可在过补偿又可在欠补偿状况工作时，15档分接头的消弧线圈可以调节到使脱谐度等于0.025。当运行人员只希望运行在过补偿状态时，15档分接头只能是脱谐度达到0.05。

2 实际应用

自动调谐消弧线圈其运行特性以脱谐度和残流为调节依据，任何一个条件满足消弧线圈不调档。只有当脱谐度和残流两个条件都不满足时消弧线圈才调档，直至满足脱谐度和残流中的任何一个条件。其脱谐度和残流按与其配合的非智能消弧线圈补偿后整定。自动调谐消弧线圈补偿电流级差为等比，最大电流Imax=100A，最小电流为Imin=40A，档位分14档，可计算出只希望运行在过补偿状态时，脱谐度v=7.3。因此在设定脱谐度时，特别注应设定范围。设定范围过窄，造成消弧线圈档位不能确定，无法正常运行；设定范围过宽，造成系统补偿度不合理，影响熄弧效果。

为使自动调谐消弧线圈充分发挥自动调谐作用，应注意以下几点问题：

2.1 自动调谐消弧线圈与非自动调谐消弧线圈配合使用，尽量使自动调谐消弧线圈的补偿容量处于中间档位（此时补偿效果好），避免其补偿容量接近（或低于）下限、接近（或高于）上限。

2.2 正常情况下，自动调谐消弧线圈应投入自动运行状态。当控制器自动功能异常或必要时，可将消弧线圈自动调谐装置改为手动（阻尼电阻回路不受影响，正常运行），可用残流为参考值调整。

2.3 以前预调式消弧线圈在系统接地时需迅速短接接地电阻，而常用的接触器方式虽然采用两套独立的控制方式（交流控制与直流控制并用），但是仍可能出现设备故障情况，而且接地阻尼电阻的爆炸可能导致事故的扩大。现在自动调谐消弧线圈控制器如发出“保护失灵”信号，则为阻尼电阻保护回路故障，应迅速将自动调谐消弧线圈退出运行，以防止系统接地时阻尼电阻烧毁。

2.4 如阻尼电阻故障，存在阻尼电阻保护回路动作，系统接近谐振的可能性。在事故处理时应将此种情况作为因素之一考虑，应及时采取措施将自动调谐消弧线圈退出运行。

3 自动调谐消弧线圈对配电网良好适应性

随着配电网的迅速发展，消弧系统必须要可靠地服务于配电网并能适应不断的变化和进步。这一要求虽然没有在有关规范中反映出来，但在实际应用中不可忽视。

对于消弧系统的首要要求是能正常工作，不出故障，维护简单。如果不能做到这点,则会困扰运行部门，同时消弧系统的投入决不容许对配电网构成威胁。此，一方面要求消弧系统必须确保不会引起谐振，而且消弧系统必须适应配电网不同发展时期对其容量的不同需要，即要求消弧系统能输出的最小补偿电流没有限值，否则，便会造成投资不能奏效或重复投资。在当前发展阶段，一般只要求消弧系统能在同一个变电站的不同母线间实现并联运行，将来随着配电网自动化的推广，必然要求消弧系统能在不同的变电站间实现并联运行。

此外，消弧系统能否有利于降低配电网绝缘水平的要求也是必须考虑的。如果消弧系统的响应速度足够快，且消弧效果及选线效果很好，就能使接地故障持续的时间限制在10s内，因而仍可利用80%的避雷器作为过电压保护，使配电网的过电压水平降低到与低阻抗接地方式相同的水平。这就实现了一种新型的接地方式，即消弧线圈接地与低阻抗接地2种接地方式的优点而避免了它们的缺点，消弧系统能否有利于降低配电网绝缘水平以适应升压改造，将成为必须面对的问题。显然，只有响应速度极快，又在多方面确保良好消弧效果及选线效果的消弧系统才能满足要求。