李光軍，張 彥，高頌九，凌榮光

（浙江省鄞州供電局，浙江 鄞州 315100）

0 引言

隨著電力系統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及電纜線路的廣泛采用，配電網(wǎng)系統(tǒng)電容電流不斷增大，出現(xiàn)了系統(tǒng)電容電流遠(yuǎn)超過(guò)自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈補(bǔ)償容量的情況，由此，提出了采用多臺(tái)消弧線圈對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償，采用這種運(yùn)行方式能夠避免單臺(tái)消弧線圈容量越來(lái)越大帶來(lái)的一系列問(wèn)題，同時(shí)利用多臺(tái)較小容量的消弧線圈的不同組合實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)系統(tǒng)的補(bǔ)償還具有較高的經(jīng)濟(jì)性也更靈活，這也是中性點(diǎn)諧振運(yùn)行方式的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，受到越來(lái)越多的關(guān)注。

1 固定式消弧線圈分散補(bǔ)償原理

分散補(bǔ)償，是在變電站內(nèi)安裝自動(dòng)補(bǔ)償消弧線圈，保證容量至少在系統(tǒng)電容電流的50%以上，同時(shí)在該變電站所屬的開(kāi)閉所、配電站等，同一電壓等級(jí)線路上，根據(jù)所在地區(qū)的電容電流分布情況，安裝容量合適的固定式消弧線圈。

分散補(bǔ)償原理與消弧單機(jī)運(yùn)行類(lèi)似，消弧線圈總補(bǔ)償電流為全部消弧線圈補(bǔ)償電流之和。因此，通過(guò)并聯(lián)固定消弧線圈，不管消弧線圈的數(shù)量有幾臺(tái)，只要總?cè)萘颗c系統(tǒng)等值電容匹配即可。

圖1 多臺(tái)消弧線圈聯(lián)機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)圖

消弧線圈系統(tǒng)單機(jī)運(yùn)行時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)消弧線圈的電抗變化引起中性點(diǎn)的電壓和系統(tǒng)的電流變化，該消弧線圈的自動(dòng)控制裝置通過(guò)系統(tǒng)的電氣量變化計(jì)算出系統(tǒng)的電容電流。當(dāng)多臺(tái)消弧線圈聯(lián)機(jī)運(yùn)行時(shí)，將自動(dòng)補(bǔ)償消弧線圈作為主消弧設(shè)備，其它固定消弧線圈作為從消弧設(shè)備，從消弧設(shè)備不帶阻尼電阻，不能改變電抗值，且電抗值小于所在線路的對(duì)地容抗值。主設(shè)備的通過(guò)檔位調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的電容電流計(jì)算。如圖1所示，假設(shè)消弧線圈 L 為主消弧設(shè)備，1，…，i，…，n （n 為自然數(shù)，）消弧線圈為從消弧設(shè)備，從消弧設(shè)備固定電抗值不變。 通過(guò)改變主消弧設(shè)備消弧線圈L的電感值，消弧線圈L控制器采集到的系統(tǒng)電氣量，進(jìn)而計(jì)算出系統(tǒng)的電容電流。此系統(tǒng)下，計(jì)算方法較單臺(tái)消弧線圈設(shè)備復(fù)雜。

各母聯(lián)開(kāi)關(guān)閉合后，系統(tǒng)零序回路如圖2所示，其簡(jiǎn)化等效電路圖如圖3所示：其中，Uo′，Uo1′，Uoi′，…，Uon′為各消弧支路的不平衡電壓；R表示主消弧成套設(shè)備阻尼電阻；L，L1，…，Li，…，Ln表示各消弧線圈，Cs為系統(tǒng)總的對(duì)地電容。在并列運(yùn)行的消弧系統(tǒng)中，由于從設(shè)備均為固定式消弧線圈，其電感保持不變（L1～Ln不變），調(diào)檔改變主設(shè)備消弧線圈的電感量（L變化），主設(shè)備消弧控制器通過(guò)采集到系統(tǒng)電氣量的變化計(jì)算出系統(tǒng)的電容電流。

利用戴維南定理將電路圖3中的虛線框內(nèi)的部分轉(zhuǎn)化為圖4虛線框內(nèi)所示的等效戴維南電路，轉(zhuǎn)化為電源與阻抗的串聯(lián)，其中，Zp=jXCs//jXLp′（XCs表示系統(tǒng)電容的容抗，XLp′表示各從設(shè)備消弧線圈并聯(lián)感抗），滿(mǎn)足下面的關(guān)系：

圖2 多臺(tái)消弧線圈聯(lián)機(jī)運(yùn)行零序回路圖

圖3 多臺(tái)消弧線圈聯(lián)機(jī)運(yùn)行零序等效電路

于是得到

圖4 多臺(tái)消弧線圈聯(lián)機(jī)運(yùn)行等效戴維南電路

式中，XLp′=XL1//…XLi…//XLn，由圖 3 可得回路中的電壓相量關(guān)系式（3）

圖5 簡(jiǎn)化零序等效電路單位圓圖

當(dāng)計(jì)算電容電流時(shí)，改變主設(shè)備消弧線圈電抗量，根據(jù)主設(shè)備消弧線圈中性點(diǎn)電流幅值和相角的變化求解對(duì)地電容電流，其相量圖如圖5所示，R表示回路總電阻（近似等于主設(shè)備阻尼電阻阻值）；XL1表示主設(shè)備消弧線圈調(diào)檔前的電抗，XL2表示主設(shè)備消弧線圈調(diào)檔后的電抗；XP表示并聯(lián)部分容抗的絕對(duì)值；U0是戴維南等效電路電源；I11是調(diào)檔前主設(shè)備消弧線圈中點(diǎn)電流，I12是調(diào)檔后主設(shè)備消弧線圈中點(diǎn)電流；θ為改變前后電流的相角差。

根據(jù)相量圖5可列出二元一次方程組

由于方程中僅XCs是未知量，所以求解解上述一元二次方程即可得到XCs。

根據(jù)上面求解得到的XCs，最后可得系統(tǒng)的電容電流

綜上，能夠?qū)崿F(xiàn)多臺(tái)消弧線圈聯(lián)機(jī)運(yùn)行情況下系統(tǒng)電容電流的計(jì)算，并通過(guò)控制器調(diào)節(jié)主消弧線圈檔位實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障電流的補(bǔ)償。

在中性點(diǎn)補(bǔ)償系統(tǒng)的分析中，是把電網(wǎng)等效為三相對(duì)地電容來(lái)處理的，分析中不可能，也沒(méi)有必要了解詳細(xì)的電網(wǎng)內(nèi)部是如何結(jié)構(gòu)、如何出線、環(huán)網(wǎng)、兩端供電或是鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的，在分析中僅僅將電網(wǎng)視為一個(gè)黑盒，最后將其等效為三相對(duì)地電容來(lái)進(jìn)行分析和計(jì)算，因此分析這個(gè)問(wèn)題時(shí)電網(wǎng)是環(huán)網(wǎng)或是鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)不會(huì)對(duì)結(jié)論造成影響。

2 分散補(bǔ)償?shù)膬?yōu)缺點(diǎn)

2.1 優(yōu)點(diǎn)

這種方式能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)容性電流補(bǔ)償，在故障情況下，電網(wǎng)分解成幾個(gè)部分時(shí)，有消弧線圈的局部網(wǎng)絡(luò)仍然可以在其容量范圍內(nèi)獨(dú)立補(bǔ)償，保持良好的運(yùn)行狀態(tài)。

由于分布補(bǔ)償，每個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)的消弧線圈、接地變壓器容量不用做得很大，這樣更有利于設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造和安全運(yùn)行。

分布式補(bǔ)償可以實(shí)現(xiàn)消弧線圈互為備用，當(dāng)一臺(tái)固定消弧線圈退出運(yùn)行時(shí)，由于其容量有限，對(duì)系統(tǒng)的影響不大。

2.2 缺點(diǎn)

補(bǔ)償范圍的上限及下限均被抬高，若切除一條大型負(fù)載線路，可能導(dǎo)致消弧線圈容量大大超過(guò)系統(tǒng)電容的容量。

并聯(lián)的固定消弧線圈容量不宜過(guò)大，可能導(dǎo)致補(bǔ)償電流下限太高，出現(xiàn)大量過(guò)補(bǔ)償?shù)那闆r。

3 結(jié)論

采用固定式消弧線圈補(bǔ)償，是一種靈活的補(bǔ)償方式，應(yīng)根據(jù)本地實(shí)際情況，選取合適的參數(shù)，才能夠達(dá)到預(yù)期的效果。對(duì)于系統(tǒng)電容的容量太大，已經(jīng)超出單臺(tái)大容量消弧線圈的補(bǔ)償能力，宜采用分散補(bǔ)償?shù)姆绞健?/p>

固定式消弧線圈分散補(bǔ)償通常適用于較大電網(wǎng)，系統(tǒng)電容電流比較大，單套消弧線圈容量不足的情況。 通過(guò)分布式補(bǔ)償?shù)姆绞?，將一套或多套固定消弧線圈分布于不同的補(bǔ)償點(diǎn)作為從機(jī)，起到固定補(bǔ)償?shù)男Ч?，另設(shè)一套自動(dòng)補(bǔ)償消弧線圈作為主機(jī)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)諧。系統(tǒng)電容量增加，繼續(xù)增加分散補(bǔ)償點(diǎn)就可以了。

由于分布式固定消弧線圈的存在，系統(tǒng)的等值阻尼率和等值脫諧度增加了。實(shí)際上，由于安裝在變電所的自動(dòng)跟蹤消弧線圈在測(cè)量系統(tǒng)的電容電流時(shí)，測(cè)到的是固定消弧線圈和系統(tǒng)總電容相并聯(lián)后的等值容抗所對(duì)應(yīng)的電容電流，即等值的電容電流。這種情況與變電所兩臺(tái)消弧線圈并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的情況十分類(lèi)似。因此從消弧線圈運(yùn)行的角度是沒(méi)有什么問(wèn)題的。由于等值電容電流減小，在脫諧度較小時(shí)，系統(tǒng)的位移電壓可能會(huì)升高。由于系統(tǒng)電容電流較大時(shí)電纜的比例較大，系統(tǒng)的不平衡電壓較低，即使有所放大也不會(huì)高于10%的相電壓。

考慮到系統(tǒng)運(yùn)行情況的復(fù)雜性，在分散安裝固定式的消弧線圈時(shí)應(yīng)考慮以下問(wèn)題：固定式消弧線圈應(yīng)安裝在系統(tǒng)局部電容電流比較大的地方，最好安裝在環(huán)網(wǎng)柜附近。應(yīng)有專(zhuān)用的開(kāi)關(guān)用于固定消弧線圈的投切，采用熔斷器作為固定式消弧線圈的保護(hù)時(shí)應(yīng)采用三相同時(shí)脫扣的熔斷器，防止出現(xiàn)非全相運(yùn)行的情況。由于固定式消弧線圈安裝在線路上，應(yīng)有專(zhuān)門(mén)的防雷措施防止固定式消弧線圈受雷擊而損壞。

環(huán)網(wǎng)柜成為供電的末端并有可能帶著固定式消弧線圈投切時(shí)，與固定式消弧線圈并聯(lián)的局部供電系統(tǒng)的電容電流應(yīng)不小于固定消弧線圈的容量。

在有手拉手的網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用時(shí)，應(yīng)統(tǒng)籌考慮拉手的兩個(gè)系統(tǒng)對(duì)固定消弧線圈的要求。由于一個(gè)變電所所管轄的供電區(qū)域中，電容電流的分布比較復(fù)雜，安裝的固定式消弧線圈臺(tái)數(shù)不宜太多，4～5臺(tái)以下為好。一般，對(duì)于10 kV系統(tǒng)而言，單臺(tái)固定式消弧線圈的補(bǔ)償電流在20～35 A為宜，具體可視安裝的局部系統(tǒng)的電容電流的大小而定。帶有固定式消弧線圈的系統(tǒng)，其變電所安裝的自動(dòng)跟蹤消弧線圈的容量應(yīng)足夠大，防止因最大容量的固定式消弧線圈退出運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)處在欠補(bǔ)償狀態(tài)。其調(diào)節(jié)范圍也應(yīng)考慮到最大或最小容量的固定式消弧線圈退出運(yùn)行時(shí)運(yùn)行方式的變化。