消弧线圈在配电网中的应用分析

消弧线圈在配电网中的应用分析

刘󰀁军1,󰀁张放鸣2,󰀁张昌征1,󰀁王󰀁林3

(1.邳州供电公司,江苏邳州󰀁221000;2.贾汪供电公司,江苏徐州󰀁221000;

3.中国矿业大学信电学院,江苏徐州󰀁221008)

󰀁󰀁摘要:分析了消弧线圈的原理,提出了消弧线圈容量选择的方法,阐述了接地变压器和调谐方式,并提出了消弧线圈在配电网应用中的选型方法。

关键词:消弧线圈;配电网;接地变压器;调谐方式󰀁󰀁中图分类号:TM55󰀁󰀁󰀁文献标识码:B0󰀁引言

目前,10kV配电网中大多采用中性点不接地的方式。早期供电网络结构比较简单,系统不大,输电线以架空线为主,由于雷击、树木和大风等因素的影响,单相接地故障是配电网中出现概率最大的一种故障,并且往往是可恢复性的故障,因此发生单相接地后,允许维持2h左右的运行时间,不至于引起用户断电,对供电的可靠性起到了积极作用,这是这种电网的一大优点。但随着配电网的扩大,电缆线路的增多,系统对地电容电流增大到一定数值后,上述优点就不再明显,并带来以下一系列问题:

收稿日期:2006-03-03

󰀁󰀁(1)当配电网发生单相接地时,接地电流较大,电弧很难熄灭,可能发展成相间短路,造成用户停电和设备损坏事故。

(2)当发生断续性弧光接地时,会引起较高的弧光接地过电压,一般为3~5倍相电压,波及整个配电网使绝缘薄弱的地方放电击穿,引起设备损坏和停电等严重事故。

(3)配电网长时间谐振过电压现象比较普遍,这种铁磁谐振过电压幅值并不高,但持续时间长,以低频摆动,引起绝缘闪烙或避雷器爆炸,或在互感器中出现过电流引起熔断器熔断等。

(4)在架空线与电缆头下方有靠近线路的树木时,则在刮风、下雨引起单相接地,导致相间短路、跳闸、停电事故相当频繁。定频率需要一定的时间,即电动机从现在运行的转速变化到所需的转速需要一定的时间。在这段时间中足够校验写入的频率是否有误,对生产不会产生影响。4󰀁结语

本同步控制器已经在电池隔板生产线上装车使用,实现了预定的目标。在生产过程当中,实现了对生产线运行速度的调节,且能方便地调节成各种速度。生产各种厚度规格的产品,没有出现产品拉细、变粗等现象,极大地提高了生产效率和产品质量。本控制器具有配线简单、精度高、可读参数较多、便于扩展进行集中控制和管理等优点。

参考文献:

[1]󰀁沈德金,陈粤初.MCS-51单片机接口电路与应用程

序实例[M].北京:北京航空航天大学出版社,1990.

3󰀁抗干扰措施

变频器工作时,对外有电磁辐射。故在硬件及软件方面均考虑了抗干扰问题,从而提高了系统的稳定性和可靠性。

󰀁󰀁(1)硬件抗干扰措施

通信线采用质量好的4芯屏蔽线,保证信号的可靠传输,在通信线的末端接入120󰀁的电阻。布线时,通信线与大电流线路平行时相距0.1m,交叉时采用垂直交叉方式,并有良好的接地。控制器盒采用镀有金属膜的塑料外壳,以屏蔽对外电磁场。

(2)软件抗干扰措施

单片机发送完数据后,再读出各变频器的数据与发送的数据进行比较,以校对接收是否正确,不对时重写数据。因为变频器的频率设定对生产影响最大,是重点校对的对象。变频器从运行频率变到设

󰀂电力设备过电压保护设计技术规程 中规定:6~10kV电力网,当单相接地故障电流大于30A时,应装设消弧线圈。规程认为电流小于30A时电弧能够自熄,但在架空线与电缆混合电网中,当单相接地电容电流大于10A时电弧就不易熄灭。针对上述情况,如在10kV系统中借鉴35kV电网中采用消弧线圈,是一种有效的措施。1󰀁消弧线圈的工作原理

消弧线圈是一台带有间隙的分段铁芯的可调电感线圈,其伏安特性组对于无间隙铁芯线圈来说是不易饱和的。消弧线圈的铁芯和线圈均浸在绝缘油中,外形与单相变压器相似。图1为补偿电网单相接地故障图,其中gX、LX分别表示消弧线圈的电导和电感,g1、g2、g3分别代表三相对地电导,C1、C2、C3分别代表三相对地电容。图2为单相接地的等值电路图,其中的Id为接地点D处的接地电流。在单相接地相量图中,IC为电网电容电流,IL为消弧线圈补偿电流。由于消弧线圈是一个电感元件,因此相量图中IC和IL为方向相反的电流。如忽略导纳的影响,根据以上分析可以得出Id的数值:

1UN=IC+IL

󰀂LX

(1)

󰀁󰀁由此可得:

|Id|=|IC+IL|(2)

󰀁󰀁所以当Id=0时,电网电容电流全部被消弧线圈补偿。

󰀁󰀁消弧线圈的脱谐度v表征偏离谐振状态的程度,可以用来描述消弧线圈的补偿程度:

IC-IL

v=!100%

IC感电流。

(3)

图2󰀁单相接地等值电路图

󰀁󰀁脱谐度数值的选取应适当。一方面,脱谐度的减小不仅能减小单相接地弧道中的残流,还可以降低恢复电压的上升速度,从而可知,脱谐度越小越好;但另一方面,脱谐度的减小会使消弧线圈的分接头数量增多,增加设备的复杂程度,还会使有载调节开关频繁动作,降低设备运行的可靠性。运行经验表明,脱谐度不大于5%就能很好地灭弧,维持较理想的残余电流和恢复电压的上升速度。

DL/T620󰀂交流电气装置的过电压保护和绝缘配合 规定:消弧线圈接地系统在正常运行情况下,中性点的长时间电压位移不应超过系统标称相电压的15%,消弧线圈宜采用过补偿运行方式。目前的自动调谐接地补偿装置能够实现全补偿运行或很小的脱谐度,主要是由于在消弧线圈的一次回路中串入了大功率的阻尼电阻,降低了中性点电压的幅值,使之达到相电压的5%~10%。中性点位移电压:

UbdUC

∀0.15!223d+v

Id=j󰀂(C1+C2+C3)-U0=(4)

󰀁󰀁式(4)中:d为阻尼率(一般对10kV架空线路

取5%,电缆线路取2%~4%);Ubd为中性点不对称电压,一般取0.8%相电压,kV。

中性点位移电压U0与电网的不对称电压Ubd、消弧线圈的脱谐率v及电网的阻尼率有关。当电网形成后,其不对称电压基本是个固定值,为保证在单相接地时有效地抑制弧光过电压的产生,要求消弧线圈的脱谐度v在#5%以内,那么只有改变阻尼率d才能改变位移电压,因此应当在消弧线圈中串入电阻,保证阻尼率,控制中性点位移电压。在低压电网中由于中性点不对称电压很小,为提高测量精度,采用特制的中性点专用互感器来提高检测灵敏度。2󰀁消弧线圈容量的选择

消弧线圈的容量应根据系统单相接地故障时电容电流的大小来确定,并应留有一定的裕度,以适应系统今后的发展和满足设备裕度的要求等。消弧线圈的容量可按式(5)确定:

󰀁󰀁式(3)中:IC为对地电容电流;IL为消弧线圈电

图1󰀁配电网单相接地故障示意图

Q=1.35IC

Un3

(5)

󰀁󰀁式(5)中:Q为消弧线圈的容量,kV∃A;Un为系统标称电压,kV;IC为对地电容电流,A(对于改造工程,IC应以实测值为依据;对于新建工程,则应根据配电网络的规划、设计资料进行计算)。3󰀁接地变压器的选择

在10kV配电网中的电源变压器都是三角形接线,无中性点引出,一般是用三相芯式的配电变压器将高压中性点引出,在中性点上接入消弧线圈。

(1)使用Z型接线变压器作为接地变压器为满足消弧线圈接地补偿的需要,同时也满足动力与照明混合负载的需要,可采用Z型接线的变压器ZN,yn11连接的变压器。由于变压器一次侧采用Z型接线,每相绕组由2段组成,并分别位于不同相的铁芯柱上,2段线圈反极性相连,零序阻抗非常小。该变压器空载损耗低,主变压器容量的95%可以被利用,并能够调节电网的不对称电压,而且可以作为站用变使用。由此可见,Z型接线的变压器作为接地变压器是一种比较好的选择。

(2)容量的选择

接地变压器的容量应与消弧线圈的容量相配合。当接地变压器只带消弧线圈、无二次负载时,接地变压器的容量与消弧线圈的容量相等即可;当接地变压器除带消弧线圈外,还兼作变压器使用时,接地变压器的容量应大于消弧线圈的容量,具体应根据接地变压器二次侧的容量来定。系统单相接地时,流过接地变压器的电流是零序电流与二次负荷电流的矢量和。4󰀁消弧线圈的自动调谐

消弧线圈的补偿效果与其脱谐度有很大关系,调谐适当的消弧线圈才能达到理想的效果。而电网随时会发生变化,单相接地电容电流也会随之变化,这就需要人们根据电网的变化来调整消弧线圈的补偿电流。这种工作不仅比较繁琐,而且在很多场合下人工很难及时准确地调谐消弧线圈,所以实现消弧线圈的自动调谐非常有必要。

理想的消弧线圈能实时监测电网电容电流的大

小,在正常运行时电抗值很大,相当于中性点不接地系统,在发生单相接地故障时能在极短时间内自动调节电抗值,从而完全补偿电容电流,使接地点残流的基波无功分量为零。当前市场上有多种自动跟踪补偿消弧装置,基本实现了上述功能。自动跟踪补偿消弧装置主要由三大核心部件构成:接地变压器、可调节的消弧线圈及带小电流接地选线功能的自动调谐控制器。针对消弧线圈的不同调节方式,又配置了不同的部件,如调匝式等配置阻尼电阻箱、可控硅调节式配置可控硅控制箱等。

具有自动调谐功能的消弧线圈在系统正常运行时工作在最佳补偿状态,即在谐振点附近运行,残流和调谐度都控制在允许范围内,此时需投入阻尼电阻将中性点位移电压在15%U相内。系统发生单相接地故障时,自动调谐控制器感知母线PT开口三角电压、中性点电压升高及中性点电流增大,延时0.5s(供自动选线装置找出故障线路)后启动阻尼电阻控制器将阻尼电阻短接,投入消弧线圈补偿电容电流。5󰀁结语

随着接地继电保护选线难题的攻克,配电网中性点采用谐振接地(经消弧线圈接地)的优越性已逐渐显示出来。目前具有自动跟踪补偿功能的消弧线圈接地的接地方式在电网中使用逐渐成熟。采用自动跟踪补偿的消弧线圈,可以将电容电流补偿到残流很小,使瞬时性接地故障自动消除而不影响供电。如果配有自动选线装置,对于永久性故障,能正确选出故障线路并跳闸,则可不影响其它非故障线路的正常运行。该种接地方式比较合理并很有发展前景。

参考文献:

[1]󰀁王崇林.中性点接地方式与消弧线圈[M].徐州:中国

矿业大学出版社,1999.

[2]󰀁王崇林.基于变耦电抗法的新型消弧线圈[J].电力系

统自动化,2005,(20).

[3]󰀁王崇林.基于变耦电抗器的消弧线圈的新原理[J].中

国矿业大学学报,2005,(5).