基于靈活選線的諧振接地方式適應性分析及應用研究

苑經緯，宋云東，張新宇，王　汀，杜　威

(國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧　沈陽　110006)

1　接地方式比較分析

1.1　中性點不接地方式

1.2　中性點經電阻接地方式

1.3　中性點傳統(tǒng)諧振接地方式

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

2　靈活選線諧振接地方式原理

配電網靈活選線諧振接地方式的主要思路是采用消弧線圈補償系統(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)電阻適時投切的方式增加系統(tǒng)電流，避免因消弧線圈補償導致的系統(tǒng)故障電流降低而導致變電所選線和線路故障點定位困難。此種接地方式既保障系統(tǒng)運行安全可靠，又保證故障發(fā)生后能準確定位故障方便選線。由于配電網電壓等級低，系統(tǒng)容性電流相對不高，可采用消弧線圈自動調節(jié)模式(兩級自動調節(jié)即可)，且保證消弧線圈始終處于過補償模式[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。不同母線經過1臺接地變壓器連接1臺消弧線圈。結合配電網實際數(shù)據設置消弧線圈的參數(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)過電壓的關系，如圖1所示，接地電阻與通過故障點電流的關系如圖2所示。

由圖1可知，電阻在0～20 Ω時，系統(tǒng)過電壓隨著電阻的增大而減?。挥蓤D2可知，隨著接地電阻的增大，通過故障點電流呈減小趨勢，并且接地電阻與通過故障點電流的最大值趨勢呈雙曲線變化。

圖1　接地電阻與系統(tǒng)過電壓的關系

圖2　接地電阻與通過故障點電流的關系

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)電阻可達到所需效果，但電阻過小會導致故障殘流較大，電阻發(fā)熱明顯，不利于運行維護及設備安全。因此建議電阻值應考慮選取20 Ω及以上，以達到較好效果。對于遼寧電網，建議采用并聯(lián)短時中電阻抑制過電壓后，投入選線電阻進行靈活選線諧振接地方式。在發(fā)生單相接地故障后短時并入中電阻，并在故障后及時退出，其中短時并聯(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下中壓電網接地電流小于60 A時的電磁干擾不需要調查的規(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對系統(tǒng)的影響分析

通過改變消弧線圈投入時間得到系統(tǒng)過電壓和通過故障點的電流值。如果消弧線圈投入時在高頻電容電流振蕩區(qū)域內，系統(tǒng)過電壓降低；當消弧線圈投入時在高頻電容電流衰減較多時，則對系統(tǒng)啟始階段過電壓沒有抑制作用。分析計算結果可知，只要消弧線圈在10 ms內投入就能抑制穩(wěn)態(tài)過電壓；在投入時間不小于1 ms的條件下，通過故障點的故障電流最大值沒有發(fā)生變化。因此中性點經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節(jié)不方便、運行人員判斷調節(jié)困難及不利于配電網及無人值班變電站發(fā)展的缺點，結合遼寧電網特點，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選用油浸式銅繞組，戶外預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

消弧線圈裝置應能自動跟蹤系統(tǒng)電容電流并進行自動調節(jié)，調節(jié)范圍應為20%～100%，等差調節(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，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為中遠期系統(tǒng)單相接地電容電流，A；Un為系統(tǒng)標稱電壓，kV。

其中，系統(tǒng)的脫諧度宜設置在5%～20%(可調節(jié))且盡可能小，消弧線圈宜采用過補償運行方式，經消弧線圈裝置補償后接地點殘流不應超過10 A。

4　試驗平臺的搭建

為了模擬實際配電網靈活選線諧振接地方式下單相接地故障的運行狀態(tài)，進行模擬試驗研究，搭建一套基于380 V供電系統(tǒng)的中壓配電網等值模擬平臺。試驗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的等值模擬，從而得到如圖3所示的模擬試驗平臺。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　試驗平臺整體結構

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，故障點通過電流為0.55 A，如表2所示。當中性點經消弧線圈接地后，故障點通過電流為0.15 A，且試驗驗證了消弧線圈對過電壓的抑制作用。當消弧線圈投入時間低于10 ms時，消弧線圈投入時間的變化對中性點電壓影響不大，對通過故障點電流的影響不大。

表2　系統(tǒng)不同工況下的過電壓及過電流統(tǒng)計

基于模擬試驗臺的試驗驗證了仿真計算結果的正確性，驗證了試驗臺的有效性。模擬試驗研究為配電網單相接地選線研究提供試驗平臺，從而得到接近實際配電網運行數(shù)據。

5　結束語

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

參考文獻:

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