調(diào)匝式消弧線圈二次并接阻尼電阻的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

【摘要】電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式是一個(gè)綜合性的技術(shù)問題，它與系統(tǒng)的供電可靠性、人身安全、設(shè)備安全、絕緣水平、過電壓保護(hù)、繼電保護(hù)、通信干擾及接地裝置等問題有密切的關(guān)系。國(guó)內(nèi)外中壓電網(wǎng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，諧振接地即中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式在供電可靠性、人身安全、設(shè)備安全和通信干擾方面，具有很好的運(yùn)行特性。為此，我國(guó)電力規(guī)程DL/T620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》和GB50169-2006《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定：3～66kV系統(tǒng)的單相接地故障電容電流超過10A時(shí)，中性點(diǎn)應(yīng)采用消弧線圈接地方式。

【關(guān)鍵詞】調(diào)匝式消弧線圈；二次并接；阻尼電阻

消弧線圈的作用是當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，提供一電感電流可以補(bǔ)償相應(yīng)的接地電容電流，使接地電流減小，減少間歇性電弧的產(chǎn)生，達(dá)到熄滅電弧的目的。當(dāng)消弧線圈正確調(diào)諧時(shí)，不僅可以有效地減少產(chǎn)生弧光接地過電壓的機(jī)率，還可以有效地抑制過電壓的幅值，同時(shí)也最大限度地減小了故障點(diǎn)熱破壞作用及接地網(wǎng)的電壓升高等。從發(fā)揮消弧線圈的作用上來看，脫諧度的絕對(duì)值越小越好，最好是處于全補(bǔ)償狀態(tài)，即調(diào)諧至諧振點(diǎn)上。但是在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，調(diào)諧至全補(bǔ)償?shù)南【€圈會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)的串聯(lián)諧振過電壓，這是不允許的。如何來解決這一矛盾呢？方法是在消弧線圈上串聯(lián)阻尼電阻，從而增大電網(wǎng)阻尼率，使得電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)串聯(lián)諧振過電壓小于15%相電壓，等待接地故障的發(fā)生。當(dāng)出現(xiàn)單相接地后，瞬間將阻尼電阻短接掉，從而實(shí)現(xiàn)最佳補(bǔ)償。

目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)主要流行的5種消弧線圈調(diào)節(jié)方式為相控式、偏磁式、調(diào)匝式、調(diào)容式和調(diào)氣隙式，其中，調(diào)匝式在中小容量要求下有顯著技術(shù)優(yōu)勢(shì)：調(diào)匝式采用機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)檔，保證了消弧線圈是一個(gè)特性穩(wěn)定的真實(shí)地電抗器，而其他技術(shù)（相控、偏磁、調(diào)容等）往往是在模擬電抗器的特性，因此調(diào)匝式具有以下的優(yōu)點(diǎn)。

1）滅弧效果更好。2）輸出的補(bǔ)償電流精度更高，諧波更小。3）電容電流測(cè)量精度高。4）設(shè)備更穩(wěn)定。

而傳統(tǒng)的調(diào)匝式主要是串阻尼調(diào)匝，也就是本文中的“變阻尼率調(diào)節(jié)方式”，而最新技術(shù)為并阻尼調(diào)匝，即本文中的“恒阻尼率調(diào)節(jié)方式”。下面將針對(duì)“變阻尼率調(diào)節(jié)方式”和“恒阻尼率調(diào)節(jié)方式”的純技術(shù)方面，進(jìn)行闡述：在DL/T 1057-2007《自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈成套裝置技術(shù)條件》中規(guī)定“在正常運(yùn)行情況下，裝置不應(yīng)導(dǎo)致系統(tǒng)中性點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間位移電壓超過15%UФ?！痹谟邢【€圈接入的補(bǔ)償電網(wǎng)中，中性點(diǎn)位移電壓公式為：Un=K*UФ/（√v2+d2）；式中：UФ為相電壓；v為脫諧度；d為補(bǔ)償電網(wǎng)阻尼率；K為電網(wǎng)自然不平衡度。

由于調(diào)匝式消弧線圈采取預(yù)調(diào)式補(bǔ)償方式，在正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，Un取決于K、UФ、v和d。在補(bǔ)償系統(tǒng)中，K、UФ為固定值，為達(dá)到最佳補(bǔ)償效果（即達(dá)到全補(bǔ)償狀態(tài)）要求v趨近于零，所以中性點(diǎn)位移電壓的大小是由補(bǔ)償電網(wǎng)阻尼率決定的。

由于消弧線圈是由電感和電阻并聯(lián)后再接地組成一次等效電路，補(bǔ)償電網(wǎng)阻尼率為有功電流分量與電容電流之比，所以需要在補(bǔ)償系統(tǒng)中接入阻尼電阻增加系統(tǒng)的阻尼率。

一般采用在消弧線圈二次并接阻尼電阻的方式，即在調(diào)匝式消弧線圈的鐵芯上再繞一個(gè)二次繞組，在二次繞組上經(jīng)晶閘管接入阻尼電阻，當(dāng)電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)晶閘管接通以增大電網(wǎng)阻尼率，消弧線圈感抗值與消弧線圈一次繞組匝數(shù)的平方成正比，即X=K*N2，式中K為一常數(shù)，N為消弧線圈一次繞組匝數(shù)。

當(dāng)消弧線圈有載分接開關(guān)分別工作在不同檔位時(shí)，由于消弧線圈一次繞組匝數(shù)不同，所產(chǎn)生的消弧線圈感抗值也不同，假設(shè)消弧線圈工作在全部?jī)敔顟B(tài)（即補(bǔ)償電感電流與系統(tǒng)電容電流相同），補(bǔ)償電網(wǎng)阻尼率d=Xn/Rn，Xn為為消弧線圈有載分接開關(guān)在n檔位電抗，經(jīng)計(jì)算倒出阻尼電阻折算到一次的并聯(lián)電阻Rn=（Nn/N0）2*R，式中Nn為消弧線圈有載分接開關(guān)在n檔位的匝數(shù)，N0為消弧線圈二次繞組匝數(shù)，R為二次繞組上經(jīng)晶閘管接入阻尼電阻，通過調(diào)整消弧線圈二次繞組匝數(shù)，可得出不同的阻尼電阻，再將阻尼電阻折算到一次的并聯(lián)電阻，由于調(diào)匝式消弧線圈的鐵芯上繞一個(gè)二次繞組，由變壓器原理可得知，阻尼電阻從消弧線圈的二次輔助繞組間接接入后，補(bǔ)償電網(wǎng)阻尼率不變，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生恒定阻尼率。

一次串聯(lián)阻尼電阻調(diào)匝消弧線圈結(jié)構(gòu)，在調(diào)匝式消弧線圈的鐵芯一次繞組上串接由晶閘管和阻尼電阻組合的電路后再接地，當(dāng)消弧線圈有載分接開關(guān)分別工作在不同檔位時(shí)，所產(chǎn)生的消弧線圈感抗值也不同，將一次串聯(lián)阻尼電阻折算為一次并聯(lián)阻尼電阻，經(jīng)電阻與電抗串并聯(lián)轉(zhuǎn)換計(jì)算發(fā)現(xiàn)，不同檔位的補(bǔ)償電網(wǎng)阻尼率也不相等，所以一次串聯(lián)阻尼電阻消弧線圈不能對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生恒定阻尼率，我們只能選取最低檔確定最小的阻尼率，其余檔位都要大于這個(gè)阻尼率。

阻尼率按10%選取，38.5KV系統(tǒng)，20-50A消弧線圈在第一檔阻尼電阻選擇為：111Ω；最高檔阻尼率為：25%。

在接地暫態(tài)過程中，消弧線圈的未切除阻尼電阻時(shí)，一次串聯(lián)阻尼電阻的消弧線圈工作在最低檔以外的檔位時(shí)，阻尼率大于預(yù)先確定的百分比，暫態(tài)過程中殘流的有功分量過大，不利于補(bǔ)償效果。

下面對(duì)恒阻尼率做簡(jiǎn)單闡述：由于調(diào)匝式消弧線圈的鐵芯上繞一個(gè)二次繞組，其等效電阻等于消弧線圈一、二次匝數(shù)比的平方乘以二次繞組的電阻，由于電感的感抗值與匝數(shù)平方成正比，得出阻尼率與消弧線圈二次匝數(shù)平方成正比，與二次并接的阻尼電阻成反比，即阻尼率d=K*NO2/R，同時(shí)乘以常數(shù)K（消弧線圈鐵芯截面積、氣隙有關(guān)）。

由此可見，采用二次并阻尼電阻方式的消弧線圈的阻尼率是一恒定常數(shù)，與消弧線圈鐵芯截面積、氣隙、二次匝數(shù)和二次并接的阻尼電阻值有關(guān)；與消弧線圈所處不同檔位無關(guān)。

由于每套消弧線圈制造后的常數(shù)、一次匝數(shù)和二次并接的阻尼電阻值是固定不變的，就可以通過確定以上三個(gè)值來固定消弧線圈的阻尼率。

綜上所述，二次并阻尼電阻優(yōu)點(diǎn)分析：

1）產(chǎn)生恒定的阻尼率，克服了一次串聯(lián)阻尼電阻的消弧線圈高檔阻尼率大于低檔阻尼率的缺點(diǎn)；

2）二次電壓低，有利于阻尼電阻的保護(hù)。

雖然目前市場(chǎng)上也有針對(duì)實(shí)際效果而開發(fā)的關(guān)于串阻尼調(diào)匝式的組合式阻尼電阻，但不論從技術(shù)角度還是實(shí)際應(yīng)用效果上，都可以看出恒阻尼率調(diào)匝式消弧線圈的廣大應(yīng)用前景。