基于靈活選線的諧振接地方式適應(yīng)性分析及應(yīng)用研究

苑經(jīng)緯，宋云東，張新宇，王　汀，杜　威

(國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧　沈陽　110006)

1　接地方式比較分析

1.1　中性點(diǎn)不接地方式

1.2　中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式

1.3　中性點(diǎn)傳統(tǒng)諧振接地方式

中性點(diǎn)傳統(tǒng)諧振接地方式(即經(jīng)消弧線圈接地方式)的一大優(yōu)勢是故障熄弧能力強(qiáng)，安全保障水平高，但同時(shí)帶來的殘流降低會導(dǎo)致故障選線困難，因此本文針對配電網(wǎng)靈活選線的諧振接地方式，對其適應(yīng)性進(jìn)行研究。

2　靈活選線諧振接地方式原理

配電網(wǎng)靈活選線諧振接地方式的主要思路是采用消弧線圈補(bǔ)償系統(tǒng)容性電流，抑制故障狀態(tài)下系統(tǒng)過電壓，并采用并聯(lián)電阻適時(shí)投切的方式增加系統(tǒng)電流，避免因消弧線圈補(bǔ)償導(dǎo)致的系統(tǒng)故障電流降低而導(dǎo)致變電所選線和線路故障點(diǎn)定位困難。此種接地方式既保障系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，又保證故障發(fā)生后能準(zhǔn)確定位故障方便選線。由于配電網(wǎng)電壓等級低，系統(tǒng)容性電流相對不高，可采用消弧線圈自動調(diào)節(jié)模式(兩級自動調(diào)節(jié)即可)，且保證消弧線圈始終處于過補(bǔ)償模式[1-4]。

3　參數(shù)選取對效果的影響及仿真分析

以電纜網(wǎng)為例，建立分析模型(其原型為沈陽市和平區(qū)某變壓所)。主要元件包括：主變壓器(型號為SZ7-31500/63)1臺，互感器為三TV聯(lián)接方式，n條電纜線路，配電變壓器(型號為S9-315/10)；二次側(cè)額定電流1 653.3 A；阻抗電壓9.1%；電纜型號為YJLV-240。不同母線經(jīng)過1臺接地變壓器連接1臺消弧線圈。結(jié)合配電網(wǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)設(shè)置消弧線圈的參數(shù)。

3.1　并聯(lián)電阻的選取

通過改變并聯(lián)電阻，得到接地電阻與系統(tǒng)過電壓的關(guān)系，如圖1所示，接地電阻與通過故障點(diǎn)電流的關(guān)系如圖2所示。

由圖1可知，電阻在0～20 Ω時(shí)，系統(tǒng)過電壓隨著電阻的增大而減小；由圖2可知，隨著接地電阻的增大，通過故障點(diǎn)電流呈減小趨勢，并且接地電阻與通過故障點(diǎn)電流的最大值趨勢呈雙曲線變化。

圖1　接地電阻與系統(tǒng)過電壓的關(guān)系

圖2　接地電阻與通過故障點(diǎn)電流的關(guān)系

通過仿真分析可看出，綜合考慮電阻對系統(tǒng)過電壓的抑制效果及故障殘流的作用，考慮10 Ω及以上的并聯(lián)電阻可達(dá)到所需效果，但電阻過小會導(dǎo)致故障殘流較大，電阻發(fā)熱明顯，不利于運(yùn)行維護(hù)及設(shè)備安全。因此建議電阻值應(yīng)考慮選取20 Ω及以上，以達(dá)到較好效果。對于遼寧電網(wǎng)，建議采用并聯(lián)短時(shí)中電阻抑制過電壓后，投入選線電阻進(jìn)行靈活選線諧振接地方式。在發(fā)生單相接地故障后短時(shí)并入中電阻，并在故障后及時(shí)退出，其中短時(shí)并聯(lián)中電阻建議選用20～30 Ω，并聯(lián)選線電阻建議選取100 Ω。其中選線電阻100 Ω的選取是參考了20 kV下中壓電網(wǎng)接地電流小于60 A時(shí)的電磁干擾不需要調(diào)查的規(guī)定。此方式有效抑制系統(tǒng)過電壓并幾乎不會對系統(tǒng)造成沖擊。

3.2　消弧線圈投入退出時(shí)對系統(tǒng)的影響分析

通過改變消弧線圈投入時(shí)間得到系統(tǒng)過電壓和通過故障點(diǎn)的電流值。如果消弧線圈投入時(shí)在高頻電容電流振蕩區(qū)域內(nèi)，系統(tǒng)過電壓降低；當(dāng)消弧線圈投入時(shí)在高頻電容電流衰減較多時(shí)，則對系統(tǒng)啟始階段過電壓沒有抑制作用。分析計(jì)算結(jié)果可知，只要消弧線圈在10 ms內(nèi)投入就能抑制穩(wěn)態(tài)過電壓；在投入時(shí)間不小于1 ms的條件下，通過故障點(diǎn)的故障電流最大值沒有發(fā)生變化。因此中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式對于消弧線圈而言，不僅需要其盡可能快速在單相接地發(fā)生后投入，也要求其盡可能快速在電弧熄滅后退出運(yùn)行。

3.3　消弧線圈類型及控制方式

a. 消弧線圈跟蹤方式

根據(jù)消弧線圈跟蹤方式不同分為手動跟蹤及自動跟蹤2種。由于手動跟蹤存在調(diào)節(jié)不方便、運(yùn)行人員判斷調(diào)節(jié)困難及不利于配電網(wǎng)及無人值班變電站發(fā)展的缺點(diǎn)，結(jié)合遼寧電網(wǎng)特點(diǎn)，建議采用自動跟蹤方式的消弧線圈。

b. 消弧線圈類型選擇

戶外安裝的消弧線圈裝置應(yīng)選用油浸式銅繞組，戶外預(yù)裝式或組合式消弧線圈裝置可選用油浸式銅繞組或干式銅繞組；戶內(nèi)安裝的消弧線圈裝置選用干式銅繞組。

c. 消弧線圈參數(shù)選取

消弧線圈裝置應(yīng)能自動跟蹤系統(tǒng)電容電流并進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍應(yīng)為20%～100%，等差調(diào)節(jié)消弧線圈級差電流不宜大于5 A。母線電容電流大于50 A時(shí)，推薦配置消弧線圈容量大于150 A，避免頻繁更換。消弧線圈容量為

(1)

式中:W為消弧線圈的容量，kVA；k為發(fā)展系數(shù)，取值范圍為1.35～1.6；Ic為中遠(yuǎn)期系統(tǒng)單相接地電容電流，A；Un為系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，kV。

其中，系統(tǒng)的脫諧度宜設(shè)置在5%～20%(可調(diào)節(jié))且盡可能小，消弧線圈宜采用過補(bǔ)償運(yùn)行方式，經(jīng)消弧線圈裝置補(bǔ)償后接地點(diǎn)殘流不應(yīng)超過10 A。

4　試驗(yàn)平臺的搭建

為了模擬實(shí)際配電網(wǎng)靈活選線諧振接地方式下單相接地故障的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行模擬試驗(yàn)研究，搭建一套基于380 V供電系統(tǒng)的中壓配電網(wǎng)等值模擬平臺。試驗(yàn)平臺中的原件主要采用等值法得到。架空線路及電纜線路利用π型等值電路模擬；變電站主要變壓器利用3臺單相變壓器模擬；其它元器件也采用相應(yīng)的等值模擬，從而得到如圖3所示的模擬試驗(yàn)平臺。其中消弧線圈以XHDC-450/10為例研究。消弧線圈模型的參數(shù)如表1所示。

圖3　試驗(yàn)平臺整體結(jié)構(gòu)

檔位電感電流/A電抗/Ω電感量/H連接方式1120020960667521、22134418610592682、33150816510525803、44169214750469754、55189613080416565、66212811650371026、77238410350329627、88264092380294208、99300083290265259、10

單相接地故障發(fā)生后(接地發(fā)生在A=90°)，如果不投入消弧線圈，故障點(diǎn)通過電流為0.55 A，如表2所示。當(dāng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地后，故障點(diǎn)通過電流為0.15 A，且試驗(yàn)驗(yàn)證了消弧線圈對過電壓的抑制作用。當(dāng)消弧線圈投入時(shí)間低于10 ms時(shí)，消弧線圈投入時(shí)間的變化對中性點(diǎn)電壓影響不大，對通過故障點(diǎn)電流的影響不大。

表2　系統(tǒng)不同工況下的過電壓及過電流統(tǒng)計(jì)

基于模擬試驗(yàn)臺的試驗(yàn)驗(yàn)證了仿真計(jì)算結(jié)果的正確性，驗(yàn)證了試驗(yàn)臺的有效性。模擬試驗(yàn)研究為配電網(wǎng)單相接地選線研究提供試驗(yàn)平臺，從而得到接近實(shí)際配電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)。

5　結(jié)束語

本文通過理論及仿真分析，提出了適合遼寧電網(wǎng)的靈活選線諧振接地方式的適應(yīng)性參數(shù)選取，并輔以試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，證明了文中所提參數(shù)選取建議的有效性，為遼寧配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供依據(jù)，為其它地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行接地方式選取及參數(shù)確定提供參考。

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