殘流增量法在調(diào)匝式消弧線圈接地系統(tǒng)中的可行性分析

姜鐵衛(wèi)，楊 銳，夏 磊

（國電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京211106）

殘流增量法在調(diào)匝式消弧線圈接地系統(tǒng)中的可行性分析

姜鐵衛(wèi)，楊 銳，夏 磊

（國電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京211106）

通過分析調(diào)匝式消弧線圈運行中任意兩檔之間的級差電壓變化特征，對采用殘流增量法接地故障選線原理的可行性進行分析論證。首先在低壓模擬環(huán)境中對比理論計算和實際測試數(shù)據(jù)，驗證采用理論方法計算級差電壓的可行性，最后以實際工程應(yīng)用為例，分析其級差電壓變化情況，為該方法實際應(yīng)用提供理論和實踐依據(jù)。

殘流增量法；調(diào)匝式消弧線圈；故障選線

隨著城鎮(zhèn)化的大力推進，城鎮(zhèn)配電網(wǎng)規(guī)模越來越大，發(fā)生單相接地時接地電容電流較大，熄弧困難，弧光過電壓造成的危害越來越嚴重［1］，為了提高供電可靠性，其中性點接地方式也逐步改為消弧線圈接地方式。根據(jù)國家電網(wǎng)公司設(shè)備招標情況，目前以調(diào)匝式消弧線圈應(yīng)用最為廣泛，占比達90%以上［2］。對于消弧線圈接地的電網(wǎng)，其選線保護完全不同于不接地電網(wǎng)，其難度更大。文獻［3，4］中總結(jié)了當前應(yīng)用于諧振接地系統(tǒng)的各種選線原理，以注入法應(yīng)用效果較好，其中殘流增量法通過故障時動態(tài)調(diào)節(jié)消弧消弧線圈的補償度，為故障選線提供明顯的突變量，保證了選線的準確可靠。調(diào)匝式消弧線圈補償度的調(diào)節(jié)需要依靠有載分接開關(guān)調(diào)檔來實現(xiàn)，但其通常只在電網(wǎng)正常運行時進行動作，完成電容電流的調(diào)諧計算功能，發(fā)生接地故障后一般不允許調(diào)檔動作［5］，因此應(yīng)用殘流增量法實現(xiàn)消弧線圈接地系統(tǒng)的故障選線功能，首先必須對故障情況下調(diào)檔的可行性進行分析和驗證。

1　殘流增量法介紹

殘流增量法是一種基于自動跟蹤補償消弧線圈的單相接地故障選線方法［3］。其基本原理是在發(fā)生接地故障后，微調(diào)消弧線圈的補償度，引起接地點殘流發(fā)生變化，而該殘流只反映在故障線路的零序電流中，因此通過比較各條線路零序電流在調(diào)節(jié)前后的變化就可確定故障線路。目前實際應(yīng)用中的自動跟蹤補償消弧線圈以調(diào)匝式消弧線圈為主，調(diào)匝式消弧線圈微調(diào)補償度的方法通過有載分接開關(guān)改變消弧線圈的抽頭實現(xiàn)的，而有載分接開關(guān)通常按照正常運行的電網(wǎng)狀態(tài)設(shè)計，因此在發(fā)生接地故障后，需要分析有載分接開關(guān)調(diào)節(jié)的限制因素。

2　故障調(diào)檔限制因素分析

目前應(yīng)用中的消弧線圈成套設(shè)備包含消弧線圈本體、阻尼電阻、有載分接開關(guān)、調(diào)諧控制器以及相關(guān)附件，如圖1所示。正常運行時調(diào)諧控制器通過有載分接開關(guān)實現(xiàn)消弧線圈抽頭的選擇，進而實現(xiàn)電容電流測算功能。

圖1　消弧線圈成套設(shè)備

2.1有載開關(guān)調(diào)檔原理

通常消弧線圈與有載開關(guān)大多采用中部調(diào)壓方式，消弧線圈繞組分為上下2個分別帶有抽頭的2個繞組，其對應(yīng)抽頭通過有載分接開關(guān)實現(xiàn)檔位的選擇［6］，如圖2所示。

圖2　中部調(diào)壓方式示意圖

為了減少檔位切換過程中由于不同抽頭間的壓差導(dǎo)致觸頭產(chǎn)生電弧，影響觸頭壽命，首先通過一過渡電阻與將要切換的檔位連接，同時對操作彈簧進行儲能，然后依靠彈簧快速將觸頭從原檔位切換至目的檔位。

2.2故障調(diào)檔限制因素

有載開關(guān)調(diào)檔主要受限于級差電壓和最大電流調(diào)節(jié)范圍，電網(wǎng)正常運行中性點只有很小的不平衡電壓，因此消弧線圈輸出的電流也很小，一般都在有載開關(guān)的設(shè)計參數(shù)范圍內(nèi)。電網(wǎng)發(fā)生接地故障后圖1中的阻尼電阻迅速被切除，理論上消弧線圈兩端的電壓為系統(tǒng)相電壓，此時級差電壓和消弧線圈輸出電流與正常運行時相比有較大變化，由于有載開關(guān)最大調(diào)節(jié)電流按照消弧線圈最大輸出電流設(shè)計，因此電流肯定滿足。但是故障時級差電壓是否滿足有載分接開關(guān)的設(shè)計參數(shù)需要進行分析驗證，這也是決定殘流增量法選線原理是否能夠應(yīng)用的關(guān)鍵。

3　故障調(diào)檔級差電壓分析

如前所述，調(diào)匝式消弧線圈實際為帶抽頭的電抗器，這里假設(shè)共有N檔，那么根據(jù)電磁感應(yīng)定律，當消弧線圈處于n檔時，第n檔和第n-1檔的級差電壓ΔUn-1為：

第n檔和第n+1檔的級差電壓ΔUn+1為：

式（1，2）中：Un為消弧線圈處于第n檔時消弧線圈兩端電壓；Nn為消弧線圈第n檔的消弧線圈匝數(shù)；Nn-1為消弧線圈第n-1檔的消弧線圈匝數(shù)；Nn+1為消弧線圈第n+1檔的消弧線圈匝數(shù)。

由于實際消弧線圈銘牌上的參數(shù)為額定電壓下每一檔的電流值，所以對于式（1）和式（2）需要轉(zhuǎn)為電流形式，設(shè)第n檔的電流值為In，則：

式（3）中：UN為消弧線圈額定電壓；Ln為第n檔的電感值；ω為角頻率。

式（3）中Ln為：

式（4）中：μ為磁芯磁導(dǎo)率；s為磁芯截面積；l為磁芯磁路長度。

對于特定的消弧線圈均為常數(shù)，那么整理式（1—4）可得：

式（5）和式（6）即為第n檔與相鄰2個檔位的級差電壓，實際應(yīng)用中需要計算每一檔與相鄰兩檔之間的級差電壓，驗證其最大級差電壓是否滿足有載分接開關(guān)的級差電壓。

4　故障調(diào)檔級差電壓驗證

4.1驗證方法說明

為了驗證上文所述級差電壓分析的正確，可以按照如下步驟進行驗證：

（1）首先根據(jù)消弧線圈的參數(shù)，應(yīng)用式（5）和式（6）中的方法計算級差電壓值；

（2）然后實測試驗數(shù)據(jù)，且在每一個檔位下模擬金屬性接地故障，測量運行檔位與前、后檔位的級差電壓值；

（3）對比分析上面步驟（1）和步驟（2）的2組數(shù)據(jù)，驗證第2節(jié)所述理論分析方法是否可行。

由于實際運行中電網(wǎng)一般不可能進行步驟 （2）的操作，因此本文通過搭建低壓模擬環(huán)境進行分析驗證。

4.2低壓模擬驗證

在220 V低壓條件搭建測試環(huán)境，其消弧線圈15檔，額定電壓為220 V，補償電流1.78～15.64 A，有載分接開關(guān)級差電壓為300 V，通過理論計算和實際測試記錄各檔位級差電壓，如表1所示。

表1　級差電壓實測與理論計算值

由表1可見，理論值與實測值的變化趨勢一致，多數(shù)檔位下2者的數(shù)值差別不大，因此理論計算值具有參考意義，可以作為實際運行中的方案論證依據(jù)。

4.3實際工程應(yīng)用分析

以實際工程為例，對其故障調(diào)檔的可行性進行理論分析。上海松江某35 kV變電站相關(guān)參數(shù)如表2、表3所示。

表2　消弧線圈參數(shù)

表3　有載分接開關(guān)參數(shù)

根據(jù)第3節(jié)中的理論計算方法，結(jié)合該工程的實際參數(shù)，計算相關(guān)級差電壓，如表4所示。

表4　級差電壓理論計算

由表4可見，級差電壓的變化范圍為164.74～629.68 V，最小值為164.74 V（從13檔調(diào)至14檔的情況下），最大值為629.68 V（從第2檔調(diào)至第1檔的情況下），該工程中有載開關(guān)的級差電壓要求不大于600 V，因此除了第1檔與第2檔之間的級差電壓超出范圍外，其余各檔均滿足該參數(shù)的要求。實際應(yīng)用時可以根據(jù)理論計算結(jié)果閉鎖不滿足故障調(diào)檔的檔位，保證設(shè)備的安全運行。

5　結(jié)束語

本文對基于調(diào)匝式消弧線圈的殘流增量法故障選線原理實際可行性進行了論證分析。首先分析了在故障情況下消弧線圈動作的限制因素，即消弧線圈任意兩檔間的級差電壓需要滿足有載分接開關(guān)的設(shè)計要求，其次分析消弧運行中任意兩檔之間的級差電壓變化與相應(yīng)檔位輸出電流之間的關(guān)系，并在低壓模擬環(huán)境中對比理論計算和實際測試數(shù)據(jù)，驗證理論分析級差電壓方法的可行性，為該方法實際應(yīng)用提供理論和實踐依據(jù)，最后以實際工程為例，分析了其級差電壓變化情況，在級差電壓不滿足的檔位可以閉鎖故障調(diào)檔功能。

［1］顏建國，平少勛.弧光接地過電壓的分析方法探討［J］.江蘇電機工程，2012，31（2）：62-64.

［2］國家電網(wǎng)公司.國家電網(wǎng)公司變電項目2015年第六批貨物集中招標—消弧線圈［EB/OL］.（2015-11-16）http：//ecp.sgcc.com. cn/html/project/014001001/8990000000000073019.html.

［3］程 路，陳 喬.小電流接地系統(tǒng)單相接地選線技術(shù)綜述［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（18）：219-224.

［4］張 明，劉建政，梅紅明，等.諧振型電網(wǎng)單相接地故障消弧及選線研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2011，30（1）：36-40.

［5］國家電網(wǎng)公司.10～66 kV消弧線圈管理規(guī)范［M］.北京：中國電力出版社，2006：4-6.

姜鐵衛(wèi)（1987），男，陜西富平人，工程師，研究方向為配電網(wǎng)故障檢測研究與設(shè)備研發(fā)；

楊銳（1984），男，江蘇揚州人，工程師，研究方向為配電網(wǎng)接地系統(tǒng)及故障識別技術(shù)；

夏磊（1988），男，江蘇揚州人，工程師，研究方向為配電網(wǎng)接地系統(tǒng)及故障識別技術(shù)。

Feasibility Analysis of Residual Current Increment for Fault line Detecting in Multi-tap Arc-suppression Coil Grounding System

JIANG Tiewei，YANG Rui，XIA Lei
（NARI Technology Co.Ltd.，Nanjing 211106，China）

This paper studies the feasibility of residual current increment for fault line detecting by analyzing the differential voltage between two stalls of multi-tap arc-suppression coil.Firstly，the differential voltages in the low voltage simulation model of theoretical calculating and from the practical measuring are compared to verify the feasibility of theoretical arithmetic for differential voltage calculation.Then，taking an actual engineering as an example，the change of differential voltage is analyzed，which provides a theoretical and practical basis for practical application of residual current increment.

residual current increment；multi-tap arc-suppression coil；fault line detecting

TM76

B

1009-0665（2016）04-0064-03

2016-03-12；修回日期：2016-04-20