調匝式自動調諧消弧線圈接地成套裝置在光伏站中的應用

摘 要：文章主要闡述了中性點接地裝置的技術沿革和發展趨勢，尤其針對太陽能光伏站系統的中性點經調匝式自動調諧消弧線圈接地的方式做了詳細的介紹，從接地變和消弧線圈等方面著手逐步分析了該成套裝置的工作原理、結構和技術優勢等特點，為光伏電站的建設提供了一定的理論。

關鍵詞：接地變；消弧線圈；調匝式自動調諧消弧線圈接地成套裝置

引言

目前，全球的電網系統的接地方式各不相同，例如，美國主要采用大電流接地（有效接地）方式，日本由小電流接地（非有效接地）改為大電流接地，歐洲一部分國家采用諧振接地和不接地方式。在我國，根據國情，以往主要是采用不接地和經消弧線圈接地的方式，但是經過技術地不斷變革，目前，除此之外，還有經調諧消弧線圈接地和經過小電阻接地、或經高漏抗接地等方式。

小電阻接地方式在最近幾十年里沒有顯著的進步，相比于自動調諧消弧線圈接地方式，它在光伏電網中的差距也是也來越明顯。自動調諧消弧線圈接地技術，近年來在國內外不斷優化，質量不斷提高，投運以來效果良好，完全適應光伏站電網建設的實際需要。自動調諧消弧線圈接地方式安全性高、電磁環境好、綜合技術經濟指標優越，是光伏電站的建設企業的首要方案[1]。

1 接地變壓器的運行原理

1.1 用途

接地變壓器（下文簡稱“接地變”）分為單相和三相，常說的接地變指的是三相，其作用是為中性點不接地或無中性點的系統提供一個人工的可接地的中性點。該中性點可直接接地，也可經過消弧線圈接地。

光伏電站接地變通常ZN連接方式，如圖1所示。

在運行過程中，當零序電流經過接地變時，同相上兩個單繞組的電流同值不同向，那么零序電流產生的磁勢正好相互抵消，使零序阻抗也很小（一般小于10Ω），比普通變壓器要小很多。因此，用普通變壓器帶消弧線圈時，消弧線圈容量不超過變壓器的20%，而ZN型接地變則可以帶90～100%容量的消弧線圈，從而進一步節省投資。

由于ZN型接地變的每相是由兩個繞組構成，較常規星形接地變多繞2/■倍匝數的電磁線，故其磁密要是星形接地變高1.15倍。顯而易見，光伏電站采用的ZN型接地變是一個很好的選擇。

在光伏電站運行時，架空線路受到云、雨等作用時而產生感應電荷，隨著感應電荷不斷累積，線將和設備之間產生很高的對地懸浮電位，危及線路和設備。如果將中性點接地，那么感應的電荷將會傳導地，避免了線路和設備的損壞。再者，人工中性點直接接地，與自動保護裝置相配合，可以在單相接地故障開始階段將故障部分切除，從而與系統隔離開來。

當中性點絕緣系統中發生單相接地故障，通常表現為弧光等形式，即產生間歇電弧。此時故障相線路對地電壓將升至線電壓，線路的對地電容電流也將增大為原來的■倍，所以故障點的電容電流又是一個正常相對地電容電流的■倍，由此故障點的電容電流將是正常下單相線路對地電容電流的3倍。如果在系統的中性點于地之間接入一個消弧線圈，利用消弧線圈的電感電流來補償故障點的電容電流，就可以很快將間歇電弧自動熄滅。

1.2 容量計算

在選擇三相接地變容量時，必須根據系統中心點接地方式不同來計算，文章以接地變經消弧線圈接地介紹其容量。

單相接地故障發生時候，系統允許運行2h，因而為系統提供補償接地電容電流的感性零序電流的接地變和消弧線圈必須可靠運行2h以上，即接地變在額定容量下運行2h，其溫升必須小于允許值，其他的性能指標及其設備不能受到影響，故接地變2h額定接地容量可以按照如下計算[2]：

（公式1）

式中 Q2h-2h額定接地容量，kVA；K-經驗系數1.35；IC-非故障相對地電容電流向量和，A；UN-電網額定線電壓，kV。

2 消弧線圈的運行原理

2.1 用途

消弧線圈是一個具有鐵心的可調電感繞組，在光伏電站中，它裝設于接地變的中性點上。當發生單相接地故障時，可形成一個與接地電流大小很接近大但是方向卻相反的電感電流，這與電容電流相互補償，是接地處的電流變得很小或等于零，從而消除接地出電弧以及它所產生的危害。另外，當電流經過零值而電弧熄滅后，消弧線圈的存在還可以顯著減小故障相電壓的恢復速度，進而減小電弧重燃的可能性。

2.2 容量計算[2]

Q=S×UI×IC/■ （公式2）

式中 S-容量儲備系數，取1.35～1.45；UI-電網的額定線電壓 kV；IC-電網對地電容電流，A。

2.3 調節方式

消弧線圈的電感調節方式可分為調匝式和調容式。其中調匝式是依靠有載分接開關調節匝數以改變電感值，其分為等差和等比調節。電流的調節范圍通常為30%～100%。

等差調節：I（n+1）-In=定值

等比調節：I（n+1）/In=定值

最大級間工作電壓按照下式子計算[3]：

（公式3）

（公式4）

式中：UN-系統額定線電壓，V；Imax-額定（最大）電流，A；Imin-最小電流，A；n-分級數。

高壓有載開關調匝式消弧線圈必須特別注意與有載分接開關配合問題，否則采用其他方式，如調容式消弧線圈。

3 調匝式自動調諧消弧線圈接地成套裝置

3.1 組成

調匝式自動調諧消弧線圈接地成套裝置，一般由接地變、消弧線圈、有載分接開關、阻尼電阻箱、避雷器、箱體和控制柜構成，其中接地變、消弧線圈、有載分接開關、阻尼電阻箱、避雷器集中布置在一個箱體內，采用共箱結構，整個裝置緊湊合理，占用空間少，在光伏電站建設中安裝非常方便，控制柜安裝控制室。如圖2所示。

圖中接地變DK、單相隔離開關QS、消弧線圈及其有載分接開關、阻尼電阻構成了主電路部分，控制柜和阻尼電阻箱構成了接地成套裝置的控制部分。三相電壓互感器TV、單相電壓互感器TV及其單相電流互感器TA構成接地裝置的測量部分。電壓互感器熔斷器FU、避雷器MOA、阻尼電阻箱的自動控制和保護部分構成了接地成套裝置的一次過流過壓保護部分。

3.2 工作原理

調匝式自動調諧消弧線圈接地成套裝置采用的是調諧法，在線自動測量系統對地電容電流、自動跟蹤電網參數的變化，通過調節消弧線圈有載分接開關檔位改變消弧線圈感抗，實現動態調諧。它在電網正常運行下，通過改變消弧線圈的檔位，由中性點位移電壓相量和零序電流相量的變化，計算出電網發生單相金屬接地時的電容電流，并根據電容電流測量結果和控制器補償狀態設定值，把消弧線圈預調到相應的檔位，為使中性點電流位移電壓不大于15%，在消弧線圈尾端串聯阻尼電阻限制中性點電壓升高。當發生單相接地故障時，阻尼電阻被短接，裝置按消弧線圈預調檔位電抗對系統進行補償，實現所設定的補償[4]。

4 結束語

調匝式自動調諧消弧線圈接地成套裝置，實現了自動調匝，它通過在線實時對電容電流監測，自動調整消弧線圈的補償電流，保證了了調諧精度，提高了動作的成功率，有效限制電弧接地過電壓和諧振過電壓，降低了建弧率，提高了光伏電站供電的可靠性，利于電網安全穩定運行。

參考文獻

[1]尹克寧.干式變壓器的現狀和發展[J].電力設備，2000（2）.

[2]崔立君.特種變壓器理論與設計[M].北京：科學技術文獻出版社，1996.

[3]張德明.變壓器有載分接開關[M].沈陽：遼寧科學技術出版社，1998.

[4]朱英浩.有關組合式變壓器的一些問題[J].變壓器，2000（4）.

作者簡介：胡兆偉（1984-），男，四川廣安人，西安理工大學電氣工程專業本科畢業，現就職于特變電工新疆新能源股份有限公司。主要從事光伏電站設計工作。