姜鐵衛(wèi)，楊 銳，夏 磊

（國(guó)電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京211106）

殘流增量法在調(diào)匝式消弧線圈接地系統(tǒng)中的可行性分析

姜鐵衛(wèi)，楊 銳，夏 磊

（國(guó)電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京211106）

通過分析調(diào)匝式消弧線圈運(yùn)行中任意兩檔之間的級(jí)差電壓變化特征，對(duì)采用殘流增量法接地故障選線原理的可行性進(jìn)行分析論證。首先在低壓模擬環(huán)境中對(duì)比理論計(jì)算和實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)，驗(yàn)證采用理論方法計(jì)算級(jí)差電壓的可行性，最后以實(shí)際工程應(yīng)用為例，分析其級(jí)差電壓變化情況，為該方法實(shí)際應(yīng)用提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

殘流增量法；調(diào)匝式消弧線圈；故障選線

隨著城鎮(zhèn)化的大力推進(jìn)，城鎮(zhèn)配電網(wǎng)規(guī)模越來越大，發(fā)生單相接地時(shí)接地電容電流較大，熄弧困難，弧光過電壓造成的危害越來越嚴(yán)重［1］，為了提高供電可靠性，其中性點(diǎn)接地方式也逐步改為消弧線圈接地方式。根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司設(shè)備招標(biāo)情況，目前以調(diào)匝式消弧線圈應(yīng)用最為廣泛，占比達(dá)90%以上［2］。對(duì)于消弧線圈接地的電網(wǎng)，其選線保護(hù)完全不同于不接地電網(wǎng)，其難度更大。文獻(xiàn)［3，4］中總結(jié)了當(dāng)前應(yīng)用于諧振接地系統(tǒng)的各種選線原理，以注入法應(yīng)用效果較好，其中殘流增量法通過故障時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)消弧消弧線圈的補(bǔ)償度，為故障選線提供明顯的突變量，保證了選線的準(zhǔn)確可靠。調(diào)匝式消弧線圈補(bǔ)償度的調(diào)節(jié)需要依靠有載分接開關(guān)調(diào)檔來實(shí)現(xiàn)，但其通常只在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)進(jìn)行動(dòng)作，完成電容電流的調(diào)諧計(jì)算功能，發(fā)生接地故障后一般不允許調(diào)檔動(dòng)作［5］，因此應(yīng)用殘流增量法實(shí)現(xiàn)消弧線圈接地系統(tǒng)的故障選線功能，首先必須對(duì)故障情況下調(diào)檔的可行性進(jìn)行分析和驗(yàn)證。

1　殘流增量法介紹

殘流增量法是一種基于自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈的單相接地故障選線方法［3］。其基本原理是在發(fā)生接地故障后，微調(diào)消弧線圈的補(bǔ)償度，引起接地點(diǎn)殘流發(fā)生變化，而該殘流只反映在故障線路的零序電流中，因此通過比較各條線路零序電流在調(diào)節(jié)前后的變化就可確定故障線路。目前實(shí)際應(yīng)用中的自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈以調(diào)匝式消弧線圈為主，調(diào)匝式消弧線圈微調(diào)補(bǔ)償度的方法通過有載分接開關(guān)改變消弧線圈的抽頭實(shí)現(xiàn)的，而有載分接開關(guān)通常按照正常運(yùn)行的電網(wǎng)狀態(tài)設(shè)計(jì)，因此在發(fā)生接地故障后，需要分析有載分接開關(guān)調(diào)節(jié)的限制因素。

2　故障調(diào)檔限制因素分析

目前應(yīng)用中的消弧線圈成套設(shè)備包含消弧線圈本體、阻尼電阻、有載分接開關(guān)、調(diào)諧控制器以及相關(guān)附件，如圖1所示。正常運(yùn)行時(shí)調(diào)諧控制器通過有載分接開關(guān)實(shí)現(xiàn)消弧線圈抽頭的選擇，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電容電流測(cè)算功能。

圖1　消弧線圈成套設(shè)備

2.1有載開關(guān)調(diào)檔原理

通常消弧線圈與有載開關(guān)大多采用中部調(diào)壓方式，消弧線圈繞組分為上下2個(gè)分別帶有抽頭的2個(gè)繞組，其對(duì)應(yīng)抽頭通過有載分接開關(guān)實(shí)現(xiàn)檔位的選擇［6］，如圖2所示。

圖2　中部調(diào)壓方式示意圖

為了減少檔位切換過程中由于不同抽頭間的壓差導(dǎo)致觸頭產(chǎn)生電弧，影響觸頭壽命，首先通過一過渡電阻與將要切換的檔位連接，同時(shí)對(duì)操作彈簧進(jìn)行儲(chǔ)能，然后依靠彈簧快速將觸頭從原檔位切換至目的檔位。

2.2故障調(diào)檔限制因素

有載開關(guān)調(diào)檔主要受限于級(jí)差電壓和最大電流調(diào)節(jié)范圍，電網(wǎng)正常運(yùn)行中性點(diǎn)只有很小的不平衡電壓，因此消弧線圈輸出的電流也很小，一般都在有載開關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)范圍內(nèi)。電網(wǎng)發(fā)生接地故障后圖1中的阻尼電阻迅速被切除，理論上消弧線圈兩端的電壓為系統(tǒng)相電壓，此時(shí)級(jí)差電壓和消弧線圈輸出電流與正常運(yùn)行時(shí)相比有較大變化，由于有載開關(guān)最大調(diào)節(jié)電流按照消弧線圈最大輸出電流設(shè)計(jì)，因此電流肯定滿足。但是故障時(shí)級(jí)差電壓是否滿足有載分接開關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)需要進(jìn)行分析驗(yàn)證，這也是決定殘流增量法選線原理是否能夠應(yīng)用的關(guān)鍵。

3　故障調(diào)檔級(jí)差電壓分析

如前所述，調(diào)匝式消弧線圈實(shí)際為帶抽頭的電抗器，這里假設(shè)共有N檔，那么根據(jù)電磁感應(yīng)定律，當(dāng)消弧線圈處于n檔時(shí)，第n檔和第n-1檔的級(jí)差電壓ΔUn-1為：

第n檔和第n+1檔的級(jí)差電壓ΔUn+1為：

式（1，2）中：Un為消弧線圈處于第n檔時(shí)消弧線圈兩端電壓；Nn為消弧線圈第n檔的消弧線圈匝數(shù)；Nn-1為消弧線圈第n-1檔的消弧線圈匝數(shù)；Nn+1為消弧線圈第n+1檔的消弧線圈匝數(shù)。

由于實(shí)際消弧線圈銘牌上的參數(shù)為額定電壓下每一檔的電流值，所以對(duì)于式（1）和式（2）需要轉(zhuǎn)為電流形式，設(shè)第n檔的電流值為In，則：

式（3）中：UN為消弧線圈額定電壓；Ln為第n檔的電感值；ω為角頻率。

式（3）中Ln為：

式（4）中：μ為磁芯磁導(dǎo)率；s為磁芯截面積；l為磁芯磁路長(zhǎng)度。

對(duì)于特定的消弧線圈均為常數(shù)，那么整理式（1—4）可得：

式（5）和式（6）即為第n檔與相鄰2個(gè)檔位的級(jí)差電壓，實(shí)際應(yīng)用中需要計(jì)算每一檔與相鄰兩檔之間的級(jí)差電壓，驗(yàn)證其最大級(jí)差電壓是否滿足有載分接開關(guān)的級(jí)差電壓。

4　故障調(diào)檔級(jí)差電壓驗(yàn)證

4.1驗(yàn)證方法說明

為了驗(yàn)證上文所述級(jí)差電壓分析的正確，可以按照如下步驟進(jìn)行驗(yàn)證：

（1）首先根據(jù)消弧線圈的參數(shù)，應(yīng)用式（5）和式（6）中的方法計(jì)算級(jí)差電壓值；

（2）然后實(shí)測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，且在每一個(gè)檔位下模擬金屬性接地故障，測(cè)量運(yùn)行檔位與前、后檔位的級(jí)差電壓值；

（3）對(duì)比分析上面步驟（1）和步驟（2）的2組數(shù)據(jù)，驗(yàn)證第2節(jié)所述理論分析方法是否可行。

由于實(shí)際運(yùn)行中電網(wǎng)一般不可能進(jìn)行步驟 （2）的操作，因此本文通過搭建低壓模擬環(huán)境進(jìn)行分析驗(yàn)證。

4.2低壓模擬驗(yàn)證

在220 V低壓條件搭建測(cè)試環(huán)境，其消弧線圈15檔，額定電壓為220 V，補(bǔ)償電流1.78～15.64 A，有載分接開關(guān)級(jí)差電壓為300 V，通過理論計(jì)算和實(shí)際測(cè)試記錄各檔位級(jí)差電壓，如表1所示。

表1　級(jí)差電壓實(shí)測(cè)與理論計(jì)算值

由表1可見，理論值與實(shí)測(cè)值的變化趨勢(shì)一致，多數(shù)檔位下2者的數(shù)值差別不大，因此理論計(jì)算值具有參考意義，可以作為實(shí)際運(yùn)行中的方案論證依據(jù)。

4.3實(shí)際工程應(yīng)用分析

以實(shí)際工程為例，對(duì)其故障調(diào)檔的可行性進(jìn)行理論分析。上海松江某35 kV變電站相關(guān)參數(shù)如表2、表3所示。

表2　消弧線圈參數(shù)

表3　有載分接開關(guān)參數(shù)

根據(jù)第3節(jié)中的理論計(jì)算方法，結(jié)合該工程的實(shí)際參數(shù)，計(jì)算相關(guān)級(jí)差電壓，如表4所示。

表4　級(jí)差電壓理論計(jì)算

由表4可見，級(jí)差電壓的變化范圍為164.74～629.68 V，最小值為164.74 V（從13檔調(diào)至14檔的情況下），最大值為629.68 V（從第2檔調(diào)至第1檔的情況下），該工程中有載開關(guān)的級(jí)差電壓要求不大于600 V，因此除了第1檔與第2檔之間的級(jí)差電壓超出范圍外，其余各檔均滿足該參數(shù)的要求。實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果閉鎖不滿足故障調(diào)檔的檔位，保證設(shè)備的安全運(yùn)行。

5　結(jié)束語

本文對(duì)基于調(diào)匝式消弧線圈的殘流增量法故障選線原理實(shí)際可行性進(jìn)行了論證分析。首先分析了在故障情況下消弧線圈動(dòng)作的限制因素，即消弧線圈任意兩檔間的級(jí)差電壓需要滿足有載分接開關(guān)的設(shè)計(jì)要求，其次分析消弧運(yùn)行中任意兩檔之間的級(jí)差電壓變化與相應(yīng)檔位輸出電流之間的關(guān)系，并在低壓模擬環(huán)境中對(duì)比理論計(jì)算和實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)，驗(yàn)證理論分析級(jí)差電壓方法的可行性，為該方法實(shí)際應(yīng)用提供理論和實(shí)踐依據(jù)，最后以實(shí)際工程為例，分析了其級(jí)差電壓變化情況，在級(jí)差電壓不滿足的檔位可以閉鎖故障調(diào)檔功能。

［1］顏建國(guó)，平少勛.弧光接地過電壓的分析方法探討［J］.江蘇電機(jī)工程，2012，31（2）：62-64.

［2］國(guó)家電網(wǎng)公司.國(guó)家電網(wǎng)公司變電項(xiàng)目2015年第六批貨物集中招標(biāo)—消弧線圈［EB/OL］.（2015-11-16）http：//ecp.sgcc.com. cn/html/project/014001001/8990000000000073019.html.

［3］程 路，陳 喬.小電流接地系統(tǒng)單相接地選線技術(shù)綜述［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（18）：219-224.

［4］張 明，劉建政，梅紅明，等.諧振型電網(wǎng)單相接地故障消弧及選線研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2011，30（1）：36-40.

［5］國(guó)家電網(wǎng)公司.10～66 kV消弧線圈管理規(guī)范［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2006：4-6.

姜鐵衛(wèi)（1987），男，陜西富平人，工程師，研究方向?yàn)榕潆娋W(wǎng)故障檢測(cè)研究與設(shè)備研發(fā)；

楊銳（1984），男，江蘇揚(yáng)州人，工程師，研究方向?yàn)榕潆娋W(wǎng)接地系統(tǒng)及故障識(shí)別技術(shù)；

夏磊（1988），男，江蘇揚(yáng)州人，工程師，研究方向?yàn)榕潆娋W(wǎng)接地系統(tǒng)及故障識(shí)別技術(shù)。

Feasibility Analysis of Residual Current Increment for Fault line Detecting in Multi-tap Arc-suppression Coil Grounding System

JIANG Tiewei，YANG Rui，XIA Lei
（NARI Technology Co.Ltd.，Nanjing 211106，China）

This paper studies the feasibility of residual current increment for fault line detecting by analyzing the differential voltage between two stalls of multi-tap arc-suppression coil.Firstly，the differential voltages in the low voltage simulation model of theoretical calculating and from the practical measuring are compared to verify the feasibility of theoretical arithmetic for differential voltage calculation.Then，taking an actual engineering as an example，the change of differential voltage is analyzed，which provides a theoretical and practical basis for practical application of residual current increment.

residual current increment；multi-tap arc-suppression coil；fault line detecting

TM76

B

1009-0665（2016）04-0064-03

2016-03-12；修回日期：2016-04-20