一種消弧裝置補(bǔ)償功能校驗(yàn)方法研究

摘要：闡述了電網(wǎng)系統(tǒng)電容電流的測(cè)量方法，以及其在變電站10kV母線(xiàn)應(yīng)用中對(duì)消弧裝置補(bǔ)償功能的校驗(yàn)技術(shù)。通過(guò)分析電容電流的3種測(cè)量技術(shù)：最大中性點(diǎn)位移電壓法，信號(hào)注入法和阻抗三角形法，結(jié)合變電站實(shí)際工況，提出了一種創(chuàng)新校驗(yàn)方法。該方法通過(guò)構(gòu)建模擬電路，施加已知電容和電壓，利用消弧線(xiàn)圈控制裝置測(cè)量電容電流，并與理論值比對(duì)，有效驗(yàn)證了測(cè)量精度與自動(dòng)調(diào)檔功能。經(jīng)10所變電站實(shí)測(cè)驗(yàn)證，該方法能準(zhǔn)確識(shí)別補(bǔ)償準(zhǔn)確度低和檔位切換異常問(wèn)題，對(duì)保障電網(wǎng)安全運(yùn)行具有重要意義。

關(guān)鍵詞：電容電流消弧裝置校驗(yàn)電網(wǎng)安全

ResearchonaVerificationMethodforCompensationFunctionofArc-SuppressionDevices

QIANYufeng

YangzhouPowerSupplyBranchofStateGridJiangsuElectricPowerCo.，Ltd.，Yangzhou，JiangsuProvince，225000China

Abstract：Thisarticleelaboratesonthemeasurementmethodofcapacitivecurrentinthepowergridsystemandtheverificationtechnologyforthecompensationfunctionofarc-suppressiondevicesintheapplicationof10kVbusbarsinsubstations.Byanalyzingthreemeasurementtechniquesforcapacitivecurrent：maximumneutralpointdisplacementvoltagemethod，signalinjectionmethod，andimpedancetrianglemethod，combinedwiththeactualworkingconditionsofsubstations，aninnovativeverificationmethodisproposed.Thismethodconstructsasimulatedcircuit，appliesknowncapacitanceandvoltage，usesanarc-suppressioncoilcontroldevicetomeasurethecapacitancecurrent，andcomparesitwiththetheoreticalvalue，effectivelyverifyingthemeasurementaccuracyandautomaticgearshiftingfunctionThroughactualtestingandverificationin10substations，thismethodcanaccuratelyidentifyissuessuchaslowcompensationaccuracyandabnormalgearswitching，whichisofgreatsignificanceforensuringthesafeoperationofthepowergrid.

KeyWords：Capacitivecurrent;Arc-suppressiondevice;Verification;Powergridsafety

近年來(lái)，隨著電網(wǎng)的規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，變電站內(nèi)系統(tǒng)的電容電流也在逐漸增加。為了避免由于電容電流過(guò)大導(dǎo)致在發(fā)生單相接地時(shí)產(chǎn)生較大的電弧放電事故，我國(guó)中壓配電網(wǎng)大多采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于消弧線(xiàn)圈的電感與線(xiàn)路對(duì)地電容發(fā)生并聯(lián)諧振[1]，因此，消弧線(xiàn)圈的感性電流可以補(bǔ)償故障電流中的容性成分，從而使接地點(diǎn)電流減小，以熄滅電弧，抑制電弧重燃。但是，現(xiàn)階段的變電修試專(zhuān)業(yè)缺乏相關(guān)的設(shè)備和手段對(duì)消弧線(xiàn)圈補(bǔ)償功能進(jìn)行檢驗(yàn)[2-3]。本文對(duì)消弧裝置的工作原理和電容電流的測(cè)量方法進(jìn)行了分析，結(jié)合變電站電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)際情況，提出了一種對(duì)于消弧裝置補(bǔ)償功能校驗(yàn)的方法。

1電容電流測(cè)量方法

1.1最大中性點(diǎn)位移電壓法

中性點(diǎn)電壓UN的大小與系統(tǒng)的脫諧度的大小有關(guān)。當(dāng)脫諧度等于0時(shí)，中性點(diǎn)電壓UN達(dá)到最大值，此時(shí)，消弧線(xiàn)圈的感抗與線(xiàn)路對(duì)地容抗相等。根據(jù)這一原理，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)消弧線(xiàn)圈的合適檔位，方法如下。測(cè)量消弧線(xiàn)圈在各個(gè)檔位系統(tǒng)中性點(diǎn)電壓UN、中性點(diǎn)電流IN的大小，當(dāng)補(bǔ)償?shù)碾娍古c對(duì)地容抗相等時(shí)，即

此時(shí)，系統(tǒng)為純阻性，中性點(diǎn)電壓UN達(dá)到最大值UNmax，所對(duì)應(yīng)的檔位即為全補(bǔ)償（或者接近全補(bǔ)償）位置。消弧線(xiàn)圈控制系統(tǒng)再根據(jù)過(guò)補(bǔ)償?shù)脑瓌t，選定合適的預(yù)調(diào)檔位。

但是，當(dāng)不對(duì)稱(chēng)電壓很小時(shí)，在諧振點(diǎn)附近時(shí)，中性點(diǎn)電壓變化比較小，從而導(dǎo)致比較大的誤差。另外，采用這種方法的消弧線(xiàn)圈需要增加阻尼電阻，否則會(huì)導(dǎo)致串聯(lián)諧振過(guò)電壓。

1.2信號(hào)注入法

信號(hào)注入法主要分為恒頻注入和變頻注入。恒頻注入法即在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)向電網(wǎng)注入某一種頻率的電流信號(hào)，通過(guò)測(cè)量注入的信號(hào)產(chǎn)生的零序壓降，計(jì)算得到系統(tǒng)的電容電流。變頻注入法是指向電網(wǎng)注入變頻電流信號(hào)，找出諧振頻率，無(wú)需測(cè)量消弧線(xiàn)圈的任何參數(shù)。

無(wú)論是注入恒定頻率，還是注入一系列的頻率，信號(hào)注入法存在一個(gè)共同的問(wèn)題，即需要專(zhuān)門(mén)的信號(hào)發(fā)生裝置，并且信號(hào)大小受到信號(hào)發(fā)生裝置和注入設(shè)備功率的限制。

1.3阻抗三角形法

阻抗三角形法應(yīng)用于消弧線(xiàn)圈串聯(lián)阻尼電阻接地系統(tǒng)，利用阻尼電阻R與系統(tǒng)，對(duì)地容抗和消弧線(xiàn)圈感抗組成的阻抗三角形關(guān)系進(jìn)行對(duì)地電容大小的測(cè)量，如圖1所示。

在不對(duì)稱(chēng)電壓下，在線(xiàn)調(diào)節(jié)消弧線(xiàn)圈的2個(gè)檔位（電抗值分別為XL1和XL2）。圖1中，R為阻尼電阻，補(bǔ)償后的總阻抗為Z1、Z2，兩者之間的夾角為θ，Z2與R之間的夾角為φ，根據(jù)對(duì)應(yīng)公式，即可計(jì)算出系統(tǒng)的對(duì)地容抗。在計(jì)算過(guò)程中，當(dāng)電阻值R過(guò)小時(shí)，得到的容抗XC存在很大的誤差，所以，這種方法僅適用于串聯(lián)阻尼電阻的調(diào)匝式消弧線(xiàn)圈。

2線(xiàn)路系統(tǒng)分析

針對(duì)變電站內(nèi)10kV母線(xiàn)運(yùn)行情況，在沒(méi)有配置消弧線(xiàn)圈時(shí)，可以簡(jiǎn)化為如圖2所示的等效電路。

圖2中，UA、UB、UC為系統(tǒng)的三相電壓，CA、CB、CC為三相線(xiàn)路分別的等效對(duì)地電容，O為系統(tǒng)的中性點(diǎn)，O1點(diǎn)為接地點(diǎn)。

當(dāng)系統(tǒng)需要配置消弧線(xiàn)圈時(shí)，相當(dāng)于在圖2位置的O點(diǎn)增加一個(gè)接地的消弧裝置，如圖3所示。

中性點(diǎn)電壓Uoo1具有零序電壓的性質(zhì)，它和CA、CB、CC及L組成的等效電路可以用戴維南等效定理得到：等效電路中的等值電壓等于不接入負(fù)載L時(shí)的開(kāi)路電壓，即為中性點(diǎn)電壓Uoo1；等效內(nèi)阻為電源短路后從O點(diǎn)觀察的等效阻抗，即為A、B、C三相對(duì)地電容并聯(lián)之后的等效容抗，記為C1，得到的等效電路如圖4所示[4]。

圖4中，R1為消諧器與線(xiàn)路電阻組成的等效電阻，可以看出，電壓為中性點(diǎn)電壓的恒壓源，Uoo1的內(nèi)阻為A、B、C三相對(duì)地電容并聯(lián)之后的等效容抗C1，所以，在實(shí)際運(yùn)行中，C1與L和R1為串聯(lián)關(guān)系。

3補(bǔ)償功能檢驗(yàn)方法

現(xiàn)擬定一種檢測(cè)消弧線(xiàn)圈控制屏柜的電容電流測(cè)量結(jié)果的驗(yàn)證方法。

從上述的系統(tǒng)分析中得到結(jié)論：C1與L和R1為串聯(lián)關(guān)系，將消弧線(xiàn)圈的與接地變高壓側(cè)線(xiàn)圈斷開(kāi)，接入一個(gè)可調(diào)電容值的電容C0（用于模擬線(xiàn)路中的雜散電容），并在電容上施加大小為5～20V的交流電壓（模擬系統(tǒng)中性點(diǎn)的位移電壓），效果如圖5所示。

由于模擬的電容量和中性點(diǎn)位移電壓都已知，系統(tǒng)中的電容電流也可以確定，通過(guò)測(cè)量結(jié)果和已知數(shù)據(jù)的對(duì)比，評(píng)價(jià)消弧線(xiàn)圈控制裝置測(cè)量的準(zhǔn)確性[5]。

該裝置也可對(duì)消弧裝置的自動(dòng)調(diào)檔功能進(jìn)行驗(yàn)證：在消弧裝置控制屏上將消弧線(xiàn)圈的補(bǔ)償檔位調(diào)至最小，打開(kāi)自動(dòng)調(diào)檔功能，在接入的校驗(yàn)裝置上變更接入電容的大小，觀察消弧裝置的動(dòng)作情況。如果消弧裝置能正確調(diào)節(jié)檔位，則證明該消弧裝置的檔位調(diào)節(jié)功能正常[6]。

4方法應(yīng)用

利用上述方法對(duì)10所變電站的消弧裝置進(jìn)行校驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

由表1中可以看出，10所變電站中，3號(hào)變電站和6號(hào)變電站的補(bǔ)償準(zhǔn)確度相較于其他變電站的準(zhǔn)確度較差，8號(hào)變電站的檔位切換功能異常。經(jīng)檢查后，發(fā)現(xiàn)該消弧裝置的傳動(dòng)齒輪損壞。因此，使用該方法進(jìn)行變電站消弧裝置的補(bǔ)償功能校驗(yàn)，可以較為準(zhǔn)確地驗(yàn)證消弧裝置的補(bǔ)償準(zhǔn)確度和檔位切換功能的好壞。

5結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)多種電容電流測(cè)量原理的分析和實(shí)際系統(tǒng)等效電路的研究，提出了一種用于校驗(yàn)消弧線(xiàn)圈補(bǔ)償功能的方法。該方法可以較為有效地檢測(cè)出變電站消弧裝置補(bǔ)償功能的異常，找出消弧裝置補(bǔ)償功能的缺失。目前，該方法的研究還處于起步階段，以該方法為原理的檢測(cè)設(shè)備仍在研制當(dāng)中，后續(xù)的研究將圍繞檢測(cè)手段的智能化展開(kāi)，以填補(bǔ)變電修試專(zhuān)業(yè)在消弧裝置補(bǔ)償功能校驗(yàn)方面的空白。

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