李 亮 黃建明

（大唐國際河北風(fēng)電開發(fā)有限公司，河北 承德 067000）

電網(wǎng)及廠礦企業(yè)的中壓系統(tǒng)，大部分為中性點(diǎn)不（非）直接接地（即小電流接地）系統(tǒng)。這種系統(tǒng)在發(fā)生單相接地時(shí)，電網(wǎng)仍可帶故障運(yùn)行一定時(shí)間，這就大大降低了運(yùn)行成本，提高了供電系統(tǒng)的可靠性，但當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地電容電流很大，如果接地電弧發(fā)展為間歇性的熄滅與重燃，往往會(huì)引起弧光接地過電壓，危及電氣設(shè)備的絕緣，給供用電設(shè)備造成了極大的危害。如果接地電弧不能可靠熄滅，弧光接地過電壓可能會(huì)引發(fā)其他非故障相的絕緣破壞，就會(huì)迅速發(fā)展為相間短路，引起線路跳閘，供電中斷。

防止這種危害的方法之一就是在中性點(diǎn)和地之間串接一個(gè)電抗器，這個(gè)電抗器也就是通常所說的消弧線圈。它能有效的減少接地點(diǎn)電流，從而達(dá)到自動(dòng)熄滅電弧的目的。

偏磁式消弧線圈自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償系統(tǒng)，可準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)測(cè)量電網(wǎng)對(duì)地電容電流，并對(duì)電網(wǎng)接地電容電流實(shí)施快速自動(dòng)補(bǔ)償，并可有效地抑制弧光接地過電壓危害。

1 偏磁式消弧線圈的工作原理

1.1 普通消弧線圈工作原理

普通消弧線圈接地系統(tǒng)等效電路如圖1所示，中性點(diǎn)N接入消弧線圈，系統(tǒng)正常時(shí)，其中性點(diǎn)對(duì)地電位為零，沒有電流通過消弧線圈，線圈也沒有電壓，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生A相接地故障時(shí)，中性點(diǎn)產(chǎn)生對(duì)地電位，此電壓施加在消弧線圈兩端，此時(shí)IL通過消弧線圈和接地點(diǎn)，接地點(diǎn)通過電流IDC超前中性點(diǎn)電壓 90°，IL與IDC相位相反（相差 180°），如果適當(dāng)選擇消弧線圈L值的大小，可使通過故障點(diǎn)電流為 0，即接地電容電流IDC全部被消弧線圈電感電流IL所補(bǔ)償，從而達(dá)到使電弧熄滅的目的。

圖1 普通消弧線圈接地系統(tǒng)等效電路

1.2 偏磁式消弧線圈工作原理

偏磁式消弧線圈自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償控制系統(tǒng)采用交流線圈內(nèi)布置一個(gè)磁化鐵心段，通過施加直流勵(lì)磁電流改變鐵心的磁導(dǎo)，從而實(shí)現(xiàn)電感的連續(xù)可調(diào)。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí)，該系統(tǒng)能瞬間調(diào)整電感，補(bǔ)償接地電容電流。該系統(tǒng)電控?zé)o級(jí)連續(xù)、靜態(tài)可調(diào)，具備優(yōu)良的技術(shù)性能。

圖2所示為偏磁式消弧線圈原理框圖，其基本原理是利用施加直流勵(lì)磁電流，改變鐵心的磁阻，從而達(dá)到改變消弧線圈電抗值的目的，它可以帶高壓，迅速調(diào)節(jié)電感值。在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，不施加勵(lì)磁電流，將消弧線圈調(diào)整到遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)的狀態(tài)，避免串聯(lián)諧振過電壓的產(chǎn)生，而無須阻尼電阻，同時(shí)實(shí)時(shí)檢測(cè)電容電流的大小，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，瞬間調(diào)節(jié)消弧線圈，實(shí)施最佳補(bǔ)償。

圖2 偏磁式消弧線圈原理框圖

2 偏磁式消弧線圈的組成及技術(shù)參數(shù)

2.1 偏磁式消弧線圈的組成

偏磁式消弧線圈自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償控制系統(tǒng)由3部分組成，即接地變壓器、偏磁式消弧線圈、微機(jī)控制柜。其中，接地變壓器和消弧線圈可以為干式也可以為油浸式（在有中性點(diǎn)的電網(wǎng)中，不需要接地變壓器），微機(jī)控制柜為標(biāo)準(zhǔn)屏體，屏體上裝有自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償控制器、儀表盤、整流設(shè)備等。

2.2 35kV偏磁式消弧線圈補(bǔ)償電流（見表1）

表1

3 風(fēng)電場(chǎng)偏磁式消弧線圈的實(shí)際應(yīng)用

3.1 風(fēng)場(chǎng)中性點(diǎn)系統(tǒng)（偏磁式消弧線圈）電氣接線圖、電氣主接線圖（見圖3）

圖3 中性點(diǎn)系統(tǒng)（偏磁式消弧線圈）電氣接線圖

3.2 風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)情況簡(jiǎn)介

風(fēng)電場(chǎng)220kV升壓站采用風(fēng)機(jī)——機(jī)組變壓器單元接線方式，每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)經(jīng)一臺(tái)升壓變（2.35MVA），將機(jī)端電壓由0.66kV升至35kV，之后經(jīng)6回35kV集電線路送至匯集站35kV母線，再通過1號(hào)主變（150MVA）升壓至220kV后，以單回220kV線路接入系統(tǒng)。

圖4 風(fēng)電場(chǎng)電氣主接線圖

風(fēng)電場(chǎng)35kV架空線路69.508km，架空線路電容電流8.028A；35kV系統(tǒng)電纜4.96km，電容電流17.36A；故 35kV系統(tǒng)單相接地的電容電流為25.388A?；谝陨戏治觯L(fēng)電場(chǎng)35kV系統(tǒng)中性點(diǎn)的接地方式，采用了普通消弧線圈的接地方式。該風(fēng)場(chǎng)是于2011年12月08日變電站及35kV帶電，12月30日風(fēng)機(jī)線路開始帶電運(yùn)行。

3.3 風(fēng)電場(chǎng)安裝偏磁式消弧線圈前的故障事件

1）2012年02月06日22時(shí)53分，35kV系統(tǒng)出現(xiàn)間歇性接地報(bào)警；次日12時(shí)38分，1號(hào)所用變高壓側(cè)346開關(guān)跳閘，風(fēng)機(jī)三線313開關(guān)避雷器爆炸。

2）2012年04月08日23時(shí)19分32秒，1號(hào)所用變、SVC裝置、風(fēng)機(jī)一線至風(fēng)機(jī)六線接地報(bào)警；23時(shí)20分59秒，1號(hào)所用變超溫保護(hù)動(dòng)作，1號(hào)所用變高壓側(cè)346開關(guān)、低壓側(cè)401開關(guān)跳閘。風(fēng)機(jī)六線316開關(guān)過流Ⅱ、Ⅲ段保護(hù)動(dòng)作跳閘，導(dǎo)致12臺(tái)風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)。

3）2012年04月12日04時(shí)03分52秒，風(fēng)電場(chǎng)35kV風(fēng)機(jī)二線312開關(guān)過流I段保護(hù)動(dòng)作跳閘；04時(shí)04分28秒，風(fēng)電場(chǎng)35kV風(fēng)機(jī)六線316開關(guān)過流Ⅱ、Ⅲ段保護(hù)動(dòng)作跳閘，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)二線、風(fēng)機(jī)六線的26臺(tái)風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)。

4）2012年04月13日18時(shí)26分26秒，風(fēng)電場(chǎng) 35kV風(fēng)機(jī)一線 311開關(guān)過流Ⅱ、Ⅲ段保護(hù)動(dòng)作跳閘，故障錄波器顯示35kV母線電壓Uc突變量起動(dòng)；18時(shí)26分26秒風(fēng)電場(chǎng)35kV風(fēng)機(jī)四線314開關(guān)過流I段保護(hù)動(dòng)作跳閘，故障錄波器顯示35kV母線電壓Uc突變量起動(dòng)，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)一線、風(fēng)機(jī)四線共23臺(tái)風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)。

5）2012年04月14日02時(shí)22分27秒，風(fēng)電場(chǎng)35kV風(fēng)機(jī)六線316開關(guān)過流Ⅱ、Ⅲ段動(dòng)作跳閘，故障錄波器顯示35kV母線電壓Ub突變量起動(dòng)，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)三線27號(hào)至31號(hào)、風(fēng)機(jī)五線50號(hào)60號(hào)，16臺(tái)風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)。

6）2012年05月10日14時(shí)05分11秒，故障錄波器顯示220kV母線電壓3U0電壓突增量起動(dòng)，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)一線、風(fēng)機(jī)二線、風(fēng)機(jī)四線、風(fēng)機(jī)五線、風(fēng)機(jī)六線，五條風(fēng)機(jī)線共計(jì)29臺(tái)風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)。

3.4 風(fēng)電場(chǎng)安裝偏磁式消弧線圈后的情況

2012年5月12日，技術(shù)人員到站上進(jìn)行技術(shù)改造，將普通消弧線圈接地方式升級(jí)為偏磁式消弧線圈自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償?shù)男‰娏鹘拥胤绞健?月17日，技改工作完成，將系統(tǒng)投入運(yùn)行。

在2012年的雷雨季節(jié)即6月1日至9月30日四個(gè)月的時(shí)間里，風(fēng)電場(chǎng) 35kV系統(tǒng)遭受雷擊，消弧線圈正確動(dòng)作有統(tǒng)計(jì)的是6次，未發(fā)生開關(guān)跳閘、風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)事件。具體動(dòng)作數(shù)據(jù)見表2。

表2 6月1日至9月30日消弧線圈動(dòng)作統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)論

風(fēng)電場(chǎng)安裝偏磁式消弧線圈后，沒有發(fā)生一次因接地故障使線路開關(guān)跳閘的事故。即使是在2012年11月3日、4日華北北部遭遇暴雪襲擊的惡劣氣候條件下，其他風(fēng)電場(chǎng)均發(fā)生了接地故障，致使風(fēng)機(jī)線路開關(guān)跳閘，而本風(fēng)電場(chǎng)依然平穩(wěn)運(yùn)行，全部機(jī)組均在網(wǎng)。

近一年的設(shè)備試運(yùn)行和改造，通過前后運(yùn)行情況的對(duì)比，我們不難得出結(jié)論：偏磁式消弧線圈具有穩(wěn)定可靠、調(diào)節(jié)精度高、調(diào)節(jié)范圍大的特點(diǎn)，能夠滿足風(fēng)電場(chǎng)35kV系統(tǒng)接地設(shè)備安全運(yùn)行的要求。

[1] 要煥年,曹梅月.電力系統(tǒng)諧振接地[M].2版.中國電力出版社, 2001.

[2] 王鴻雁,何湘寧.消弧線圈自動(dòng)調(diào)諧原理的分析[J].繼電器, 2002(4).

[3] 李潤(rùn)先.中壓電網(wǎng)系統(tǒng)接地實(shí)用技術(shù)[M].中國電力出版社, 2001.

[4] 李季春,消弧線圈裝置的發(fā)展和應(yīng)用[J].煤炭工程,1997(9).