提高电网运行中消弧线圈应用效率的方法研究

仝新宇 王永杰 陈向东

（国网天津市电力公司城西供电分公司 天津 300190）

在我国，电力系统中性点接地方式分为两类：直接接地（含小电阻接地）和不直接接地（含经消弧线圈接地）。一般情况下，110kV及以上的系统中性点采用直接接地方式，66kV及以下系统中性点采用不直接接地方式。

城西电网以110kV及以下配网为主体，其中35kV系统的接地方式大都采用中性点经消弧线圈接地。这种接地方式下，当系统发生单相接地故障时，接地点将通过接地线路对应电压等级电网的全部对地电容电流。如果此电容电流相当大，就会在接地点产生间歇性电弧，引起过电压，从而使非故障相对地电压极大增加。在电弧接地过电压的作用下，可能导致绝缘损坏，造成两点或多点的接地短路，使事故扩大。消弧线圈一般装设在变压器中性点与地之间，其目的就是利用消弧线圈的感性电流补偿接地故障时的容性电流，使接地故障电流减少，以致自动熄弧，保证继续供电，提高可靠性。

在实际工作中，消弧线圈应根据所补偿的电容电流数值确定容量，并将调节至某一档位，使其电感量偏离其所补偿的电容电流值，以避免发生谐振。容量选择不合适或偏离值过大或过小，都会影响消弧线圈的使用寿命，甚至危急电网安全稳定运行。若补偿后电感电流等于电容电流为全补偿，会引起串联谐振，使消弧线圈感受很高的电压；补偿后电感电流小于电容电流为欠补偿，会发生中性点位移而危及绝缘，因此实际中为确保电网安全稳定，往往多采取过补偿方式，即补偿后电感电流大于电容电流。

此前，调度部门使用Word表格对消弧线圈数据信息进行管理，这种模式容易录入错误或被误删，更新也只是简单的覆盖，没有历史记录可查。另外，消弧线圈档位的计算由调控员手动进行，所需时间长且结果容易出现偏差，不仅效率低，更会给电网安全稳定运行带来不确定性因素。

针对以上问题，本文设计和开发了一套基于高可靠性的消弧线圈智能管理系统，一方面优化相关数据信息的管理模式，另一方面应用先进的方法自动计算消弧线圈档位，且基于设定的用户角色对计算结果进行审核。该系统实用性强，计算速度快且正确率高，有效解决了工作中的实际问题。

1 消弧线圈档位校验方法

1.1 消弧电抗器补偿原则为

1.1.2 中性点电压Un不大于15%相电压，Un≤0.15Uφ。

1.2 脱谐度是影响灭弧的主要因素

1.2.1 弧道中的残余电流Ig

12%；当脱谐度小于0.05时，残流增大也是可以接受的。

1.2.2 恢复电压上升到最大值的时间

图1 电压恢复时间与脱谐度关系

当d=0.05时，恢复电压升至最大值的时间如图1所示。

由图1可以看出，当v=0.05时，恢复电压时间已经减少一半左右。这对灭弧不利，v最好在0.025以内，不要超过0.05。

1.2.3 恢复电压的上升速度

此项与根据弧道中残流所得结果完全相同。就是说，消弧线圈应调节到不大于0.05的程度。

1.3 对于电网中性点电压要求说明

在电网正常运行时，电网可等效为一个电感和电容的串联电路。当脱谐度较小时，中性点电压可能超过规定值。可用增加阻尼的方法解决这一问题，与消弧线圈串接或并接电阻都可以。

2 系统的实现

2.1 基于Web的系统结构框架

本系统采用基于Web的改进三层结构框架实现，三层结构分别为页面显示层（Web项目）、业务逻辑层（BLL项目 businesslogic layer）和数据访问层（DAL项目dataaccess layer），如图 2所示。

图2 基于Web的改进三层结构框架

传统的Web三层结构中，无论是在数据层与业务逻辑层，还是业务逻辑层与页面显示层之间直接交互信息的过程中，容易出现连接的问题，如一些经常调用的连接语句，若只是简单地放在某一层，将影响程序的响应效率，且这些语句改动时，更会造成牵涉面过大。因此，本文在数据访问层与业务逻辑层之间加入数据接口层（IDAL），在业务逻辑层与页面显示层之间加入页面接口层（IBLL）。这样就实现了数据访问层接口和执行过程的分离，使得DAL和BLL项目、BLL和Web项目分开，系统结构更加清晰，传统三层之间的耦合度降低，也更便于系统的维护。

图2还展示了Web三层结构的操作过程，即由用户客户端发出请求，经Web服务器处理，对数据库进行操作，输出结果格式化为用户所需要的形式返回客户端。

2.1.1 客户端

客户端是系统的外部接口部分，实现用户与系统间的信息交互。当系统接收到客户端浏览器发出的业务请求时，BLL项目解析请求并转换为Web的输入参数；当业务处理完成，Web项目生成相应的页面返回浏览器。

2.1.2 DAL项目

数据库访问层，来完成对数据库的基本访问与操作工作，包括以下功能：

（1）连接与关闭数据库；（2）根据SQL查询语句，获得需要的数据集；实现各种数据的插入、更新、删除等。

2.1.3 BLL项目

BLL项目完成所有业务功能和逻辑判断，是整个系统中最重要的部分，完成所有业务功能和逻辑判断。在本系统中它主要实现登录密码校验、用户权限分配、过程流转、信息安全管理等功能。

2.1.4 Web项目

Web项目用于将业务功能在页面上显示出来，采用ASP.NET（active server page，即动态服务器页面）制作，页面部分由HTML语言和Jscript结合CSS文件制作。代码部分与页面是分离的，用于完成一些控件的事件响应和初始化等功能。

2.1.5 IDAL和IBLL项目

IDAL项目定义了若干结构，这些接口由DAL项目实现，为BLL项目提供调用服务。

IBLL项目与IDAL项目类似，实现了业务逻辑层借口和执行过程的分离，使得BLL和Web两个项目分开。

2.2 访问权限的设计与实现

由于消弧线圈相关信息会涉及多个部门，但除调控员以外的其他人员只能进行浏览和查询操作；此外，确定消弧线圈档位一般由副职调控员计算，正职对结果进行审核，因此，需要对用户进行严密的权限管理。

本文提出的权限控制方法是将访问权限与角色相关联，角色再与用户关联。

系统根据不同职能岗位划分不同的角色，通过分配和取消角色来完成对用户权限的授予和取消。管理员根据需要定义各种角色，并设置合适的访问权限，而用户根据其责任和资历被指派为不同的角色。当用户登录系统时，系统通过其所具有的角色权限来判断可进行什么操作，从而实现了用户与访问权限的逻辑分离。

图3 权限控制结构

3 系统的功能结构和流程

3.1 系统功能结构

基于上述的结构网架，本文设计开发了基于高可靠性的消弧线圈智能管理系统开发。整个系统由三部分组成：第一部分为基础资料管理，其中包括消弧线圈及补偿线路等相关数据的录入及查询；第二部分为消弧线圈档位管理，包括档位的计算及结果审核；第三部分为系统管理，包括权限管理及用户编辑等。系统功能框架如图4所示。

3.2 消弧线圈档位计算流程图

当线路电容电流发生变化，消弧线圈的档位需要进行重新计算时，由副职调控员修改相关信息，然后利用系统进行消弧线圈档位计算。正职调控员负责对结果审核，确认计算结果正确无误后方可执行。消弧线圈档位计算流程如下图所示。

3.3 系统打印

B/S模式下网页的打印比较繁琐，特别是有些信息对打印格式要求严格，实现起来更加困难。本系统采用水晶报表（Crystal Reports）来完成打印，将报表导出为Word，利用网络打印机打印。

利用报表设计出的一张表格（如下图所示）包括了消弧线圈资料、当前的档位位置以及所补偿线路的名称及电容电流，而以往这些信息需要分别记录在不同的表格中，从而既做到界面美观，又节约了纸张。

图4 消弧线圈管理系统功能结构

图5 消弧线圈档位的计算流程

图6 系统打印效果

4 结语

本文在对传统的Web三层结构进行改进的基础上，以C#2008为软件平台，SqlSever为数据库，设计开发了一套基于高可靠性的消弧线圈智能管理系统。该系统结合调度运行工作的实际，实现了消弧线圈及所补偿线路信息的智能化管理，并运用先进的算法确定消弧线圈的档位，为电网安全可靠运行提供保障。该系统具有实用性强、灵活度高等特点，为城西供电公司实际应用中取得了较好的效果。

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