基于灵活选线的谐振接地方式适应性分析及应用研究

2018-04-20苑经纬宋云东张新宇

东北电力技术 2018年2期

关键词：弧线选线中性点

苑经纬，宋云东，张新宇，王　汀，杜　威

(国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁　沈阳　110006)

1　接地方式比较分析

1.1　中性点不接地方式

1.2　中性点经电阻接地方式

1.3　中性点传统谐振接地方式

中性点传统谐振接地方式(即经消弧线圈接地方式)的一大优势是故障熄弧能力强，安全保障水平高，但同时带来的残流降低会导致故障选线困难，因此本文针对配电网灵活选线的谐振接地方式，对其适应性进行研究。

2　灵活选线谐振接地方式原理

配电网灵活选线谐振接地方式的主要思路是采用消弧线圈补偿系统容性电流，抑制故障状态下系统过电压，并采用并联电阻适时投切的方式增加系统电流，避免因消弧线圈补偿导致的系统故障电流降低而导致变电所选线和线路故障点定位困难。此种接地方式既保障系统运行安全可靠，又保证故障发生后能准确定位故障方便选线。由于配电网电压等级低，系统容性电流相对不高，可采用消弧线圈自动调节模式(两级自动调节即可)，且保证消弧线圈始终处于过补偿模式[1-4]。

3　参数选取对效果的影响及仿真分析

以电缆网为例，建立分析模型(其原型为沈阳市和平区某变压所)。主要元件包括：主变压器(型号为SZ7-31500/63)1台，互感器为三TV联接方式，n条电缆线路，配电变压器(型号为S9-315/10)；二次侧额定电流1 653.3 A；阻抗电压9.1%；电缆型号为YJLV-240。不同母线经过1台接地变压器连接1台消弧线圈。结合配电网实际数据设置消弧线圈的参数。

3.1　并联电阻的选取

通过改变并联电阻，得到接地电阻与系统过电压的关系，如图1所示，接地电阻与通过故障点电流的关系如图2所示。

由图1可知，电阻在0～20 Ω时，系统过电压随着电阻的增大而减小；由图2可知，随着接地电阻的增大，通过故障点电流呈减小趋势，并且接地电阻与通过故障点电流的最大值趋势呈双曲线变化。

图1　接地电阻与系统过电压的关系

图2　接地电阻与通过故障点电流的关系

通过仿真分析可看出，综合考虑电阻对系统过电压的抑制效果及故障残流的作用，考虑10 Ω及以上的并联电阻可达到所需效果，但电阻过小会导致故障残流较大，电阻发热明显，不利于运行维护及设备安全。因此建议电阻值应考虑选取20 Ω及以上，以达到较好效果。对于辽宁电网，建议采用并联短时中电阻抑制过电压后，投入选线电阻进行灵活选线谐振接地方式。在发生单相接地故障后短时并入中电阻，并在故障后及时退出，其中短时并联中电阻建议选用20～30 Ω，并联选线电阻建议选取100 Ω。其中选线电阻100 Ω的选取是参考了20 kV下中压电网接地电流小于60 A时的电磁干扰不需要调查的规定。此方式有效抑制系统过电压并几乎不会对系统造成冲击。

3.2　消弧线圈投入退出时对系统的影响分析

通过改变消弧线圈投入时间得到系统过电压和通过故障点的电流值。如果消弧线圈投入时在高频电容电流振荡区域内，系统过电压降低；当消弧线圈投入时在高频电容电流衰减较多时，则对系统启始阶段过电压没有抑制作用。分析计算结果可知，只要消弧线圈在10 ms内投入就能抑制稳态过电压；在投入时间不小于1 ms的条件下，通过故障点的故障电流最大值没有发生变化。因此中性点经消弧线圈接地方式对于消弧线圈而言，不仅需要其尽可能快速在单相接地发生后投入，也要求其尽可能快速在电弧熄灭后退出运行。

3.3　消弧线圈类型及控制方式

a. 消弧线圈跟踪方式

根据消弧线圈跟踪方式不同分为手动跟踪及自动跟踪2种。由于手动跟踪存在调节不方便、运行人员判断调节困难及不利于配电网及无人值班变电站发展的缺点，结合辽宁电网特点，建议采用自动跟踪方式的消弧线圈。

b. 消弧线圈类型选择

户外安装的消弧线圈装置应选用油浸式铜绕组，户外预装式或组合式消弧线圈装置可选用油浸式铜绕组或干式铜绕组；户内安装的消弧线圈装置选用干式铜绕组。

c. 消弧线圈参数选取

消弧线圈装置应能自动跟踪系统电容电流并进行自动调节，调节范围应为20%～100%，等差调节消弧线圈级差电流不宜大于5 A。母线电容电流大于50 A时，推荐配置消弧线圈容量大于150 A，避免频繁更换。消弧线圈容量为

(1)

式中:W为消弧线圈的容量，kVA；k为发展系数，取值范围为1.35～1.6；Ic为中远期系统单相接地电容电流，A；Un为系统标称电压，kV。

其中，系统的脱谐度宜设置在5%～20%(可调节)且尽可能小，消弧线圈宜采用过补偿运行方式，经消弧线圈装置补偿后接地点残流不应超过10 A。

4　试验平台的搭建

为了模拟实际配电网灵活选线谐振接地方式下单相接地故障的运行状态，进行模拟试验研究，搭建一套基于380 V供电系统的中压配电网等值模拟平台。试验平台中的原件主要采用等值法得到。架空线路及电缆线路利用π型等值电路模拟；变电站主要变压器利用3台单相变压器模拟；其它元器件也采用相应的等值模拟，从而得到如图3所示的模拟试验平台。其中消弧线圈以XHDC-450/10为例研究。消弧线圈模型的参数如表1所示。

图3　试验平台整体结构

档位电感电流/A电抗/Ω电感量/H连接方式1120020960667521、22134418610592682、33150816510525803、44169214750469754、55189613080416565、66212811650371026、77238410350329627、88264092380294208、99300083290265259、10

单相接地故障发生后(接地发生在A=90°)，如果不投入消弧线圈，故障点通过电流为0.55 A，如表2所示。当中性点经消弧线圈接地后，故障点通过电流为0.15 A，且试验验证了消弧线圈对过电压的抑制作用。当消弧线圈投入时间低于10 ms时，消弧线圈投入时间的变化对中性点电压影响不大，对通过故障点电流的影响不大。