風(fēng)電場(chǎng)偏磁式消弧線圈的應(yīng)用分析

李亮

摘要： 電力系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，單相接地故障絕大多數(shù)都是瞬間性的，特別是架空線路。本文說明了偏磁式消弧線圈的工作原理及技術(shù)參數(shù)，并結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際情況，對(duì)安裝偏磁式消弧線圈前后運(yùn)行狀況進(jìn)行對(duì)比分析，表明偏磁式消弧線圈可以進(jìn)一步提高供電的可靠性。

Abstract： Power system operation experience shows that single-phase grounding fault in the vast majority are transient， especially the overhead line. This paper illustrated the working principle and technical parameters of the arc-suppression coil with magnetic bias，

combined with actual circumstance of a wind farm， made the contrast analysis on the running status of installation of arc-suppression coil with magnetic bias before and after， which shows that the arc-suppression coil with magnetic bias can further improve the reliability of power supply.

關(guān)鍵詞： 偏磁式；消弧線圈；風(fēng)電場(chǎng)；可靠性

Key words： magnetic bias；arc-suppression coil；wind farm；reliability

中圖分類號(hào)：TM315 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2013）03-0045-02

0 引言

電網(wǎng)及廠礦企業(yè)的中壓系統(tǒng)，大部分為中性點(diǎn)不（非）直接接地（即小電流接地）系統(tǒng)。這種系統(tǒng)在發(fā)生單相接地時(shí)，電網(wǎng)仍可帶故障運(yùn)行一定時(shí)間，這就大大降低了運(yùn)行成本，提高了供電系統(tǒng)的可靠性，但當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地電容電流很大，如果接地電弧發(fā)展為間歇性的熄滅與重燃，往往會(huì)引起弧光接地過電壓，危及電氣設(shè)備的絕緣，給供用電設(shè)備造成了極大的危害。如果接地電弧不能可靠熄滅，弧光接地過電壓可能會(huì)引發(fā)其他非故障相的絕緣破壞，就會(huì)迅速發(fā)展為相間短路，引起線路跳閘，供電中斷。

防止這種危害的方法之一就是在中性點(diǎn)和地之間串接一個(gè)電抗器，這個(gè)電抗器也就是通常所說的消弧線圈。它能有效的減少接地點(diǎn)電流，從而達(dá)到自動(dòng)熄滅電弧的目的。

偏磁式消弧線圈自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償系統(tǒng)，可準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)測(cè)量電網(wǎng)對(duì)地電容電流，并對(duì)電網(wǎng)接地電容電流實(shí)施快速自動(dòng)補(bǔ)償，并可有效地抑制弧光接地過電壓危害。

1 偏磁式消弧線圈的工作原理

1.1 普通消弧線圈工作原理 普通消弧線圈接地系統(tǒng)等效電路如圖1所示，中性點(diǎn)N接入消弧線圈，系統(tǒng)正常時(shí)，其中性點(diǎn)對(duì)地電位為零，沒有電流通過消弧線圈，線圈也沒有電壓，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生A相接地故障時(shí)，中性點(diǎn)產(chǎn)生對(duì)地電位，此電壓施加在消弧線圈兩端，此時(shí)IL通過消弧線圈和接地點(diǎn)，接地點(diǎn)通過電流IDC超前中性點(diǎn)電壓90°，IL與IDC相位相反（相差180°），如果適當(dāng)選擇消弧線圈L值的大小，可使通過故障點(diǎn)電流為0，即接地電容電流IDC全部被消弧線圈電感電流IL所補(bǔ)償，從而達(dá)到使電弧熄滅的目的。

1.2 偏磁式消弧線圈工作原理 偏磁式消弧線圈自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償控制系統(tǒng)采用交流線圈內(nèi)布置一個(gè)磁化鐵芯段，通過施加直流勵(lì)磁電流改變鐵心的磁導(dǎo)，從而實(shí)現(xiàn)電感的連續(xù)可調(diào)。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí)，該系統(tǒng)能瞬間調(diào)整電感，補(bǔ)償接地電容電流。該系統(tǒng)電控?zé)o級(jí)連續(xù)、靜態(tài)可調(diào)，具備優(yōu)良的技術(shù)性能。

圖2所示為偏磁式消弧線圈原理框圖，其基本原理是利用施加直流勵(lì)磁電流，改變鐵芯的磁阻，從而達(dá)到改變消弧線圈電抗值的目的，它可以帶高壓，迅速調(diào)節(jié)電感值。在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，不施加勵(lì)磁電流，將消弧線圈調(diào)整到遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)的狀態(tài)，避免串聯(lián)諧振過電壓的產(chǎn)生，而無須阻尼電阻，同時(shí)實(shí)時(shí)檢測(cè)電容電流的大小，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，瞬間調(diào)節(jié)消弧線圈，實(shí)施最佳補(bǔ)償。

2 偏磁式消弧線圈的組成及技術(shù)參數(shù)

2.1 偏磁式消弧線圈的組成 偏磁式消弧線圈自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償控制系統(tǒng)由三部分組成：接地變壓器、偏磁式消弧線圈、微機(jī)控制柜。其中，接地變壓器和消弧線圈可以為干式也可以為油浸式（在有中性點(diǎn)的電網(wǎng)中，不需要接地變壓器），微機(jī)控制柜為標(biāo)準(zhǔn)屏體，屏體上裝有自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償控制器、儀表盤、整流設(shè)備等。

2.2 35kV偏磁式消弧線圈補(bǔ)償電流（表1）

3 風(fēng)電場(chǎng)偏磁式消弧線圈的實(shí)際應(yīng)用

3.1 風(fēng)場(chǎng)中性點(diǎn)系統(tǒng)（偏磁式消弧線圈）電氣接線圖、電氣主接線圖（圖3、圖4）

3.2 風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)情況簡(jiǎn)介 風(fēng)電場(chǎng)220kV升壓站采用風(fēng)機(jī)——機(jī)組變壓器單元接線方式，每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)經(jīng)一臺(tái)升壓變（2.35MVA），將機(jī)端電壓由0.66kV升至35kV，之后經(jīng)6回35kV集電線路送至匯集站35kV母線，再通過1號(hào)主變（150MVA）升壓至220kV后，以單回220kV線路接入系統(tǒng)。

風(fēng)電場(chǎng)35kV架空線路69.508km，架空線路電容電流8.028A；35kV系統(tǒng)電纜4.96km，電容電流17.36A；故35kV系統(tǒng)單相接地的電容電流為25.388A。基于以上分析，風(fēng)電場(chǎng)35kV系統(tǒng)中性點(diǎn)的接地方式，采用了普通消弧線圈的接地方式。該風(fēng)場(chǎng)是于2011年12月08日變電站及35kV帶電，12月30日風(fēng)機(jī)線路開始帶電運(yùn)行。

3.3 風(fēng)電場(chǎng)安裝偏磁式消弧線圈前的故障事件

①2012年02月06日22時(shí)53分，35kV系統(tǒng)出現(xiàn)間歇性接地報(bào)警；次日12時(shí)38分，1號(hào)所用變高壓側(cè)346開關(guān)跳閘，風(fēng)機(jī)三線313開關(guān)避雷器爆炸。

②2012年04月08日23時(shí)19分32秒，1號(hào)所用變、SVC裝置、風(fēng)機(jī)一線至風(fēng)機(jī)六線接地報(bào)警；23時(shí)20分59秒，1號(hào)所用變超溫保護(hù)動(dòng)作，1號(hào)所用變高壓側(cè)346開關(guān)、低壓側(cè)401開關(guān)跳閘。風(fēng)機(jī)六線316開關(guān)過流Ⅱ、Ⅲ段保護(hù)動(dòng)作跳閘，導(dǎo)致12臺(tái)風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)。

③2012年04月12日04時(shí)03分52秒，風(fēng)電場(chǎng)35kV風(fēng)機(jī)二線312開關(guān)過流I段保護(hù)動(dòng)作跳閘；04時(shí)04分28秒，風(fēng)電場(chǎng)35kV風(fēng)機(jī)六線316開關(guān)過流Ⅱ、Ⅲ段保護(hù)動(dòng)作跳閘，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)二線、風(fēng)機(jī)六線的26臺(tái)風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)。

④2012年04月13日18時(shí)26分26秒，風(fēng)電場(chǎng)35kV風(fēng)機(jī)一線311開關(guān)過流Ⅱ、Ⅲ段保護(hù)動(dòng)作跳閘，故障錄波器顯示35kV母線電壓Uc突變量啟動(dòng)；18時(shí)26分26秒風(fēng)電場(chǎng)35kV風(fēng)機(jī)四線314開關(guān)過流I段保護(hù)動(dòng)作跳閘，故障錄波器顯示35kV母線電壓Uc突變量啟動(dòng)，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)一線、風(fēng)機(jī)四線共23臺(tái)風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)。

⑤2012年04月14日02時(shí)22分27秒，風(fēng)電場(chǎng)35kV風(fēng)機(jī)六線316開關(guān)過流Ⅱ、Ⅲ段動(dòng)作跳閘，故障錄波器顯示35kV母線電壓Ub突變量啟動(dòng)，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)三線27號(hào)至31號(hào)、風(fēng)機(jī)五線50號(hào)60號(hào)，16臺(tái)風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)。

⑥2012年05月10日14時(shí)05分11秒，故障錄波器顯示220KV母線電壓3U0電壓突增量啟動(dòng)，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)一線、風(fēng)機(jī)二線、風(fēng)機(jī)四線、風(fēng)機(jī)五線、風(fēng)機(jī)六線，五條風(fēng)機(jī)線共計(jì)29臺(tái)風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)。

3.4 風(fēng)電場(chǎng)安裝偏磁式消弧線圈后的情況 2012年5月12日，技術(shù)人員到站上進(jìn)行技術(shù)改造，將普通消弧線圈接地方式升級(jí)為偏磁式消弧線圈自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償?shù)男‰娏鹘拥胤绞健?月17日，技改工作完成，將系統(tǒng)投入運(yùn)行。

在2012年的雷雨季節(jié)即6月1日至9月30日四個(gè)月的時(shí)間里，風(fēng)電場(chǎng)35kV系統(tǒng)遭受雷擊，消弧線圈正確動(dòng)作有統(tǒng)計(jì)的是6次，未發(fā)生開關(guān)跳閘、風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)事件。具體動(dòng)作數(shù)據(jù)如下：（表2）

4 結(jié)束語

風(fēng)電場(chǎng)安裝偏磁式消弧線圈后，沒有發(fā)生一次因接地故障使線路開關(guān)跳閘的事故。即使是在2012年11月3日、4日華北北部遭遇暴雪襲擊的惡劣氣候條件下，其它風(fēng)電場(chǎng)均發(fā)生了接地故障，致使風(fēng)機(jī)線路開關(guān)跳閘，而本風(fēng)電場(chǎng)依然平穩(wěn)運(yùn)行，全部機(jī)組均在網(wǎng)。

近一年的設(shè)備試運(yùn)行和改造，通過前后運(yùn)行情況的對(duì)比，我們不難得出結(jié)論：偏磁式消弧線圈具有穩(wěn)定可靠、調(diào)節(jié)精度高、調(diào)節(jié)范圍大的特點(diǎn)，能夠滿足風(fēng)電場(chǎng)35kV系統(tǒng)接地設(shè)備安全運(yùn)行的要求。

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