黃紅宇 楊 靖

（河南油田水電廠，河南 南陽 473132）

河南油田電網以麒麟變電站等三個220kV變電站為供電電源，主要有110kV、35kV、6/10kV三個電壓等級，生產區(qū)域跨臥龍、泌陽等8個（區(qū)）縣，形成了“點多、線長、面廣”的供電系統(tǒng)。隨著油田的滾動式發(fā)展，油田電網的供電半徑越來越大，為了減少線路損耗，全國各油田普遍采用 35kV油井直配線路，將 35kV高壓深入邊遠的負荷中心，再將電壓由35kV直接變?yōu)?.14kV或0.40kV，為油井電動機提供安全的電源。目前河南油田共有17條35kV油井直配線路，當該類線路出線側發(fā)生短路故障時，短路電流較大易引起 35kV母線電壓下降，從而造成非故障線路所帶設備由于低電壓保護動作而發(fā)生甩負荷現象，影響原油生產。

為解決上述問題，在 35kV線路出口采用了串聯(lián)限流電抗器的技術，當線路發(fā)生短路故障時，限制系統(tǒng)短路電流，提高 35kV母線的殘壓。但使用限流電抗器后，所串聯(lián)的限流電抗器由于一直帶電運行，增加了電網的電能損耗，并且影響供電電壓的質量。為減少線路正常運行時限流電抗器所帶來的問題，在油田 35kV油井直配線路應用限流電抗器速投技術。

1 限流電抗器速投技術原理

限流電抗器速投技術的原理是：快速開關和限流電抗器并聯(lián)，線路正常運行時快速開關閉合將限流電抗器短接，限流電抗器不產生損耗；線路發(fā)生短路故障時，快速開關快速分閘開斷，短路電流換流進入限流電抗器回路中，限制系統(tǒng)短路電流?？焖匍_關分閘后會進行一次自動重合閘，若線路短路故障為瞬時性，則快速開關會重合成功，重新將限流電抗器短接，裝置恢復正常運行模式；若線路短路故障為永久性，則快速開關重合閘不成功，限流電抗器繼續(xù)發(fā)揮限制短路電流的作用。

原理如圖1所示。

2 電磁斥力操作機構

限流電抗器速投技術快速開關采用電磁斥力操作機構，這種機構結構簡單、零部件少、可靠性高、分閘時間短（一般在 5ms以內）。電磁斥力操作機構主要組成包括：勵磁線圈、斥力盤、儲能電容（如圖2所示）。

圖1 限流電抗器速投技術原理

圖2 電磁斥力操作機構結構圖

電磁斥力操作機構原理圖如圖3所示，當T導通，預先充電的電容C對合閘（分閘）勵磁線圈放電時，線圈會產生迅速增大的軸向磁場，此時在附近的金屬運動斥力盤會感應出方向與線圈電流相反的渦流，由于金屬運動斥力盤產生的磁場方向與線圈所產生的磁場方向相反，會使兩者之間產生斥力。根據電磁力的特性，在勵磁線圈匝數和電容大小一定的情況下，電磁力可以在1ms內達到50000N以上，從而推動金屬運動斥力盤高速運動，使真空滅弧室內的觸頭閉合（分開）實現開關高速分合。

圖3 電磁斥力操作機構原理圖

3 限流電抗器速投裝置

3.1 限流電抗器速投裝置一次接線

限流電抗器速投裝置一次接線圖如圖4所示。

3.2 限流電抗器速投裝置控制器

1）控制器原理

控制器通過羅氏線圈，監(jiān)視回路電流，當短路電流大于設定值，高速DSP通過專用算法，在2ms內快速精確的預測出三相電流的過零時刻，并在電流過零前發(fā)出動作指令，確保限流開關過零分斷。

圖4 限流電抗器速投裝置一次接線圖

控制器內部主要組織框圖如圖5所示。

圖5 控制器內部組織框圖

圖 5中采集的電流信號經隔離、放大，通過FPGA（可編程邏輯陣列）發(fā)送至DSP（數字信號處理）進行數據處理，并將處理結果返回給 FPGA，FPGA控制快速開關動作；同時FPGA監(jiān)控控制器的數據發(fā)送至DSP，DSP將數據送至后臺子站。

2）控制器接線

控制器與一次系統(tǒng)、后臺的接線圖如圖6所示。

圖6 控制器與一次系統(tǒng)、后臺的接線圖

4 限流電抗器速投裝置參數設計

4.1 限流電抗參數設計

設 35kV母線短路電流為 IK，系統(tǒng)原有短路阻抗為X1：

線路發(fā)生近端短路故障時，母線殘壓會快速下降，當母線殘壓低于60%時，線路上的電動機失壓脫扣，故設定當殘壓為70%U時，串入限流電抗器電抗X?？傻萌缦路匠?/p>

將式（1）代入式（2），得限流電抗器電抗X：

4.2 裝置動作電流值計算

將母線殘壓維持到70%U及以上，因此，根據保證母線殘壓整定裝置的動作定值，計算過程如下：

式中，Xi為系統(tǒng)短路阻抗標幺值；XB為系統(tǒng)最小方式下母線短路阻抗標幺值。

計算得

保證母線殘壓整定公式為

式中，Ij為基準電流。

5 應用效果

裝置在河南油田某35kV油井直配線路中應用，下面通過一次案例來說明裝置的應用效果。

2013年11月29日13∶06∶59該線路66#桿發(fā)生 AC相間短路故障，站內開關過流跳閘，重合成功。限流電抗器在13∶06∶59迅速投入。

電壓變化情況見表1。

表1 電壓變化表

由上表看出，限流電抗器投入后將母線電壓維持在80%U以上（A相電壓為故障前80.0%，C相電壓為故障前84.4%），避免了非故障線路由于低電壓而發(fā)生甩負荷現象。

6 結論

限流電抗器速投技術在油田 35kV油井直配線路的應用，實現了線路發(fā)生短路故障時限流電抗器的快速投切，解決了傳統(tǒng)限流電抗器一直帶電運行所引起的電能損耗的問題。

[1] 崔家佩. 電力系統(tǒng)繼電保護與安全自動裝置整定計算[M]. 北京: 中國電力出版社, 1993.

[2] 王子建, 何俊佳, 尹小根, 等. 基于電磁斥力機構的10kV快速真空開關[J]. 電工技術學報, 2009, 24(11): 68-75.