消弧線圈接地對風電場鐵磁諧振過電壓抑制的研究

許繼變壓器有限公司 河南 許昌 461000

0 引言

中性點經消弧線圈接地也稱為諧振接地，它利用消弧線圈產生的感性電流抵消單相短路時的容性電弧電流，從而自動消除電網的單相接地故障，從而避免了事故擴大。消弧線圈還可以抑制系統的鐵磁諧振過電壓的產生，從而提高系統的安全性和可靠性。

我公司所屬的風電場近年來陸續在35k V配電網陸續加裝自動消弧線圈裝置，從多年的運行經驗表明，對于提高供電可靠性、抑制過電壓、人身安全、設備安全和降低通信干擾、改善電磁環境等方面，具有良好的作用。通過對風電場的消弧線圈的使用效果進行分析，消弧線圈在抑制鐵磁諧振過電壓方面效果明顯，有效地保護了風電場的電壓互感器。

1 消弧線圈的基本工作原理

通過在系統中性點接入消弧線圈，當系統發生單相接地時提供感性電流，用以補償由于系統存在電容而在故障點引起的容性接地電流，使系統的故障接地電流達到最小。其單相接地故障示意圖如圖1，單相接地等值電路圖如圖2所示。

我公司所屬的風電場加裝的自動消弧線圈的系統原理圖如圖3所示

圖3 系統主接線原理圖

2 電力系統鐵磁諧振過電壓分析

在電力系統的振蕩回路中，往往由于鐵心電感的飽和作用而激發起持續性的幅值較高的過電壓，即鐵磁諧振過電壓。35k V及以下的配電網中存在兩種典型的鐵磁諧振過電壓，分別為斷線諧振引起的過電壓和PT飽和引起的過電壓，統稱其為非線性諧振過電壓。它具有和線形諧振過電壓以及間歇性電弧接地過電壓完全不同的特點和性質，在不同參數配合下可能發生基波，分頻和高頻諧振過電壓。

在電力系統中，因導線的折斷、斷路器非全相動作或嚴重的不同期操作、高壓熔斷器的一相或兩相熔斷等造成系統非全相運行時所出現的鐵磁諧振過電壓，都屬于斷線諧振過電壓。發生斷線時，通常是三相對稱電勢向三相不對稱負載供電，回路較復雜，并有非線性元件，所以，需利用戴維南定理和對稱分量法，將三相電路轉化為單相等值電路，整理成最簡單的LC串聯回路，然后，再分析產生諧振的條件，進行計算分析。設有一相導線折斷發生斷線故障，斷線有三種形式：斷線不接地、斷線電源側接地、斷線負荷側接地。斷線形式的等值電路如圖4所示。

圖4 系統斷線形式的等效電路

在中性點非有效接地系統中，為了監視絕緣狀況，風電場變電站母線上通常有Y0接的電磁式電壓互感器，即PT。正常運行時，電磁式電壓互感器具有很高的勵磁阻抗，所以網絡對地阻抗仍呈容性，三相基本平衡。在某些切換操作或者在接地故障消失后，它與導線電容或其他設備的雜散電容間形成特殊的三相或單相共振回路，并能激發起各種諧波的鐵磁諧振過電壓，稱為PT飽和過電壓。

3 對斷線諧振過電壓的抑制作用

中性點經消弧線圈并聯電阻接地方式下三種斷線形式的等值電路如圖5所示。

圖5 中性點經消弧線圈并聯電阻接地方式下三種斷線形式等值電路

通過對圖5分析可知：發生斷線電源側接地故障時，由于電源的內阻很小中性點接地電阻相當于并聯在電網電源的兩側而被短接，所以對于該種情況下的斷線諧振過電壓的抑制幾乎不起作用，故無法消除斷線電源側接地時的斷線諧振過電壓。

當發生斷線負荷側接地故障時，中性點接地電阻的接入使等值串聯諧振回路的損耗加大，使諧振被阻尼掉。對斷線不接地，中性點電阻對于電源側和負荷側的斷線故障所引起的諧振過電壓均有一定抑制作用。

4 對PT飽和過電壓的抑制作用

從危害性來說，分頻諧振過電壓是最大的，它會使得大大增加的勵磁電流持續時間很長，燒毀互感器的保險絲，互感器嚴重過熱而冒油，甚至爆炸。電壓互感器的飽和過電壓具有明顯的零序性質，配電網中性點接有電阻后，相對固定了電網中性點電位，使之難以升高。

另外，中性點電阻相當于并聯在三相對地電容上的旁路電阻，也就相當于在諧振回路中附加了一個相當大的損耗，對限制PT飽和過電壓的效果很明顯。

5 結論

中性點經消弧線圈并聯電阻接地方式中，中性點接地電阻能夠有效抑制斷線諧振引起的過電壓。

中性點經消弧線圈并聯電阻接地方式能夠有效抑制PT飽和引起的過電壓。