電力系統(tǒng)中消弧線圈的應(yīng)用

保龍

【摘要】隨著我國(guó)電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模不斷增大，電纜的使用量與日俱增，配電網(wǎng)的容量不斷擴(kuò)大，使得電力系統(tǒng)的電流也隨之增大，用戶(hù)對(duì)電力系統(tǒng)的可靠性也提出了更高的要求。本文針對(duì)電力系統(tǒng)中消弧線圈的應(yīng)用展開(kāi)研究。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)；消弧線圈；接地系統(tǒng)；應(yīng)用

1、消弧線圈接地系統(tǒng)

目前我國(guó)的配電系統(tǒng)中經(jīng)常使用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈的接地方式。當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)單項(xiàng)接地問(wèn)題時(shí)，消弧線圈就會(huì)發(fā)出動(dòng)作，消弧線圈產(chǎn)生的電感電流就會(huì)補(bǔ)償系統(tǒng)中的電容電流，使得出現(xiàn)單項(xiàng)接地問(wèn)題處的接地電流大幅度降低，避免了問(wèn)題的擴(kuò)展。

串聯(lián)阻尼電阻可以在預(yù)調(diào)式消弧線圈正常運(yùn)行時(shí)對(duì)中性點(diǎn)的位移電壓進(jìn)行合理的抑制。當(dāng)系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，串聯(lián)阻尼電阻的控制器就會(huì)隨著電網(wǎng)中電容電流的變化進(jìn)行跟蹤，并對(duì)消弧線圈進(jìn)行對(duì)應(yīng)的調(diào)整，以確保處于諧振點(diǎn)周?chē)５羌偃缭谌a(bǔ)償或者過(guò)補(bǔ)償狀態(tài)下進(jìn)行系統(tǒng)補(bǔ)償時(shí)，一旦計(jì)算的系統(tǒng)電容電流不準(zhǔn)確就有可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)出現(xiàn)諧振現(xiàn)象?；诖耍瑢⒁粋€(gè)電阻串聯(lián)在消弧線圈中，可以適當(dāng)提高電網(wǎng)的阻尼率，這樣就可以將諧振過(guò)電壓控制在合理范圍內(nèi)。

2、消弧線圈的調(diào)諧方式

消弧線圈的調(diào)諧方式主要包括“預(yù)調(diào)式”以及“隨調(diào)式”兩大類(lèi)。其中，在系統(tǒng)處于正常狀態(tài)時(shí)采用“預(yù)調(diào)式”進(jìn)行電容電流的測(cè)量，并對(duì)消弧線圈的位置進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。當(dāng)出現(xiàn)單項(xiàng)接地問(wèn)題時(shí)，消弧線圈就會(huì)進(jìn)行延時(shí)補(bǔ)償，這是可以采用電氣條件或者機(jī)械條件的形式進(jìn)行。采用該方法進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，需要并聯(lián)或者串聯(lián)一個(gè)電阻來(lái)避免系統(tǒng)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中出現(xiàn)串聯(lián)諧振。一旦出現(xiàn)單項(xiàng)接地問(wèn)題時(shí)，為了防止輸出阻性電流應(yīng)進(jìn)行阻尼電阻的短接，這樣還可以起到保護(hù)電阻的作用，當(dāng)問(wèn)題解決之后還應(yīng)再一次接入阻尼電阻。

在系統(tǒng)處于正常狀態(tài)時(shí)采用“隨調(diào)式”進(jìn)行電容電流的測(cè)量，并對(duì)消弧線圈的位置進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。當(dāng)出現(xiàn)單項(xiàng)接地問(wèn)題時(shí)，需要將消弧線圈的位置進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)。當(dāng)問(wèn)題解決之后，再將消弧線圈的位置調(diào)節(jié)到遠(yuǎn)離補(bǔ)償工作點(diǎn)的位置處。考慮到消弧線圈在系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)是在遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)的位置處運(yùn)行的，所以能夠有效防止串聯(lián)諧振現(xiàn)象的方式，所以此時(shí)不需要設(shè)置阻尼電阻。

由于調(diào)諧方式在電力系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程會(huì)對(duì)消弧線圈的阻抗值產(chǎn)生影響。所以，調(diào)諧方式同樣會(huì)對(duì)并聯(lián)狀態(tài)下運(yùn)行的自動(dòng)補(bǔ)償消弧線圈裝置的工作方式產(chǎn)生一定的影響。

3、消弧線圈的控制方式及優(yōu)勢(shì)

3.1 控制方式。消弧線圈使用的是動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)姆椒?，能夠從根源上處理補(bǔ)償系統(tǒng)串聯(lián)諧振過(guò)電壓和最佳補(bǔ)償之間存在的矛盾問(wèn)題。當(dāng)高壓電網(wǎng)處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)消弧線圈沒(méi)有任何作用。在電網(wǎng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，一旦調(diào)諧到接近全補(bǔ)償甚至是全補(bǔ)償狀態(tài)時(shí)，電力系統(tǒng)就會(huì)發(fā)生串聯(lián)諧振過(guò)電壓現(xiàn)象導(dǎo)致中性點(diǎn)電壓增大。電力系統(tǒng)中的一般操作和單相接地之外的各類(lèi)故障的出現(xiàn)均有可能導(dǎo)致過(guò)電壓危險(xiǎn)的發(fā)生。因此，當(dāng)電力系統(tǒng)處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)對(duì)消弧線圈進(jìn)行調(diào)節(jié)對(duì)與電網(wǎng)電容電流有百害而無(wú)一利。因此，電力有關(guān)部門(mén)規(guī)定“固定式消弧線圈不能工作在全補(bǔ)償或接近全補(bǔ)償狀態(tài)”的原因。目前，國(guó)內(nèi)使用的消弧線圈的自動(dòng)補(bǔ)償裝置都是隨動(dòng)系統(tǒng)，只有在電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障時(shí)，消弧線圈才會(huì)將其位置調(diào)整到全補(bǔ)償狀態(tài)來(lái)等待接地故障的出現(xiàn)。上述操作時(shí)為了防止發(fā)生過(guò)高的串聯(lián)諧振過(guò)電壓，因此需要在消弧線圈上串聯(lián)一個(gè)阻尼電阻，這樣就可以將穩(wěn)態(tài)諧振過(guò)電壓控制在合理范圍內(nèi)。但是這種方式并不能從根本上處理暫態(tài)諧振過(guò)電壓這一問(wèn)題，再者受到電阻功率的約束，一旦出現(xiàn)接地故障就需要馬上切除，這樣一來(lái)電網(wǎng)系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)另一個(gè)安全隱患。偏磁式消弧線圈使用的是避開(kāi)諧振點(diǎn)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法而不是傳統(tǒng)的利用限制串聯(lián)諧振過(guò)電壓的方式，這種方式杜絕了諧振的發(fā)生。也就是說(shuō)當(dāng)電網(wǎng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，將消弧線圈的調(diào)整到遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)的狀態(tài)，并且不進(jìn)行勵(lì)磁電流的施加，并對(duì)電網(wǎng)電容電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。一旦出現(xiàn)單相接地故障，在瞬間（約20ms）將消弧線圈調(diào)整到最佳補(bǔ)償狀態(tài)。

3.2 優(yōu)勢(shì)特征。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)出現(xiàn)單相接地時(shí)具有以下四點(diǎn)優(yōu)勢(shì)特征：第一，和中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)相同，在故障的相對(duì)地的電壓為0，非故障相對(duì)地的電壓增大到線電壓，繼而出現(xiàn)零序電壓，該電壓不小于電網(wǎng)處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)的相電壓，與此同時(shí)還存在零序電流。第二，處于消弧線圈兩端的電壓是零序電壓，當(dāng)?shù)竭_(dá)故障線路的故障相以及接地故障點(diǎn)時(shí)消弧線圈會(huì)通過(guò)，但是消弧線圈不會(huì)通過(guò)非故障線路。

3.3 當(dāng)電力系統(tǒng)使用的是完全補(bǔ)償?shù)姆椒〞r(shí)，那么電力系統(tǒng)的故障及非故障線路中的零序電流均是針對(duì)自身的對(duì)地電容電流，并且其方向都是為了給母線指明線路方向，所以在這種情況下很難根據(jù)穩(wěn)態(tài)電流的方向和大小判別出電力系統(tǒng)中存在的故障。

3.4 當(dāng)電力系統(tǒng)使用的是過(guò)補(bǔ)償?shù)姆椒〞r(shí)，從故障線路通過(guò)的零序電流與本線路的接地點(diǎn)殘余電流以及對(duì)地電容電流的和是相等的，并且零序電流的方向和非故障線路的零序電流的方向也是保持一致的，同樣是為母線指明線路的方向，而且相位也保持一致。所以，同樣不能根據(jù)電流方向的不同來(lái)判別線路是否發(fā)生故障。除此之外，因?yàn)檫^(guò)補(bǔ)償度比較小，所以該系統(tǒng)也無(wú)法向中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)一樣根據(jù)零序電流的了大小來(lái)判別發(fā)現(xiàn)故障線路。

4、結(jié)語(yǔ)

本文首先分析了消弧線圈接地系統(tǒng)的基本原理及應(yīng)用；其次，對(duì)消弧線圈的調(diào)諧方式進(jìn)行了分析討論；最后對(duì)消弧線圈的控制方式及優(yōu)勢(shì)特征進(jìn)行了探討。消弧線圈在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以有效提高電力系統(tǒng)的安全性和可靠性。希望本文的研究可以對(duì)消弧線圈在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用提供參考。

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