关于电力系统配电网中性点接地方式, 世界各国有着不同的观点及运行经验, 因此各个国家, 甚至同一国家的不同城市, 配电网中性点接地方式都不尽相同, 主要根据各自配电网的运行经验和传统来确定。中性点经电阻接地技术作为传统的中性点接地技术以往在欧美国家中被广泛采用。20世纪初, 中性点消弧接地技术首先出现在德国, 经过近百年的发展, 尤其是消弧线圈自动跟踪补偿技术出现后, 该项技术取得了飞速的发展, 表现出了巨大的优越性, 得到了越来越多的工程技术人员的认可, 近年来, 欧美一些主要发达国家也在逐步地改造原有中低压配电网, 推广消弧接地技术。目前, 国内配电网中主要采用消弧线圈接地运行方式, 这种运行方式在国内配电网中占据主导地位。
中性点经消弧接地方式可以有效地减少单相接地时接地点的故障电流, 还可以显著降低故障相电压的恢复速度, 减小电弧重燃的可能性。与其它中性点接地方式相比, 该方式供电可靠性高, 单相接地故障时, 可带故障运行2小时。还能限制非故障相工频电压的升高, 且不存在中性点不稳定过电压的情况。所以消弧接地方式是中压配电网中性点接地方式的一种重要形式。随着电网规模的不断扩大以及电网间联系的日益紧密, 消弧线圈成套设备联机运行是消弧技术发展的必然趋势, 也是近年来消弧领域比较活跃的课题之一。针对部分项目对消弧成套设备并联运行的要求, 笔者对消弧线圈并联运行模式进行了一些研究, 本文就消弧成套设备联机运行模式作一个介绍。
注:其中R1、R2表示一、二号消弧成套设备阻尼电阻, X1、X2表示一、二号消弧线圈接入档位的电抗。
注:其中U01、UO2为两个系统中性点电压, 需要注意的是:U01、UO2虽然接近但却不一定相等。R1、R2表示一、二号消弧成套设备阻尼电阻;X1、X2表示一、二号消弧线圈接入档位的电抗, XC为系统总的对地电容。
注:其中R1表示一号消弧成套设备阻尼电阻;X1表示一号消弧线圈接入档位的电抗, ZP表示图5虚线框内部分的等效戴维南阻抗。
1 消弧线圈联机运行的基本原理
母联开关闭合后, 1#、2#母线连成一体, A、B、C三相电压和相位相等。当线路发生单相接地时, 以A相接地为例 (如图1) , O1、O2点电压升至相电压, B、C相电压上升为线电压。B、C两相通过对地电容、接地点构成回路, 产生电容电流IC。两套消弧线圈投入运行以后, A相分别通过消弧线圈、接地点形成回路, 两套消弧成套设备补偿电流IL1、IL2之和产生一个由A相流入地的感性电流IL, 电动势为-UA。UBA+UCA=-3UA, 近似考虑B、C两相线路对地电容相等, 则IC等效于一个由A相流入地的容性电流, 电动势为-3UOA, 所以IC、IL相位相差180°, 从而消弧线圈能够对接地点电容电流进行补偿。
2 理论分析
分列运行时, 对于1#, 2#消弧线圈来说, 分属于两个独立的系统, 各自完成对本段母线电容电流的补偿, 互相间不存在干扰。各自能够满足补偿要求。两套设备各自独立控制, 完成计算、补偿、控制功能。
联机运行目前有两种方式:一是两台消弧线圈, 其中一台人为固定在某一档位, 另一台进行自动计算, 根据接入的母联节点判定是否处于联机运行状态。这种方式的优点:方式简单可靠。缺点:需人工干预, 特别母联的运行方式对操作人员要求较高, 且需要事先确定固定消弧的大致档位, 不宜太高也不宜太低, 是一个经验值, 同时电流估算时间间隔比较复杂。二是采两台消弧分为主从机, 主从机之间通过串口通讯来交换当前的运行状态数据, 依靠程序流程控制, 由主机计算电容电流, 并根据当前情况, 自动分配两段的补偿电流, 并得出主从机各自的档位, 从机接收主机发来的命令, 进行调档。这种方式属于全自动控制, 不需人工干预, 能够自动跟踪线路的电容电流。
注:其中R2表示二号消弧成套设备阻尼电阻;X2表示二号消弧线圈接入档位的电抗;ZP表示虚线框内部分的等效戴维南阻抗, 为并联总阻抗。
联机运行时, 为了避免两套甚至多套消弧成套设备孤立地计算和调节造成计算、调节的相互影响, 造成计算、控制紊乱, 需要将其中一套消弧线圈 (假设为2#) 设定为从机, 手动控制, 调至某一固定档位 (补偿固定的电容电流) ; (如图2)
另外一套消弧线圈 (假设为1#) 设定为主机, 完成自动跟踪、计算、调节。接地发生时, 2#消弧线圈提供固定补偿电流, 1#消弧线圈补偿其余补偿电流。母联开关再次断开时, 两套消弧线圈回复单机运行状态, 各自自动跟随系统中的电容电流, 进行补偿。
系统正常运行时的情况如图2所示, 现在分析两套消弧成套设备联机运行时的模型。当母联开关闭合时, 两套电网连接在一起, 成为一体, 这时系统对地电容为两个系统单机情况的系统对地电容之和。
母联闭合后系统的零序回路如图3所示, 接下来一个比较关键的问题在于如何将图3等效成更为简洁的形式, 利用戴维南定理, 经过分析、简化, 得到如图4所示的模型。其中ZP为系统总对地电容与二号消弧成套设备并联的总阻抗, 也即:如图5所示两个部分等效。利用串、并联阻抗转换公式可以得到回路总电阻和并联部分电抗表达式
计算时利用与单机运行计算相同的算法, 即利用复数圆上电压相量的几何关系, 可以列写出方程 (3) 、 (4) 。其中, RC表示回路总电阻;X11表示一号消弧线圈调档前接入档位的电抗, X12表示一号消弧线圈调档后接入档位的电抗;XP表示并联部分容抗的绝对值;U0是戴维南等效电源。I11是调档前一号消弧线圈中点电流, I12是调档后一号消弧线圈中点电流。联立二元一次方程组, 能够计算出回路总电阻、并联部分的总电抗如式 (5) 、 (6) , 并联部分的总电抗就对应 (2) 式的模值。
联立 (3) 、 (4) 可以解出RC、XP
令计算得到的XP等于 (2) 式的模值, 即:
2号消弧成套设备阻尼电阻R2为2#中性点串入的阻尼电阻大小, X2为2#消弧线圈接入档位的感抗值。XP由 (6) 式计算的结果代入, 于是得到一个关于XC的一元二次方程,
该一元二次方程的系数分别为:
计算出该一元二次方程的系数后, 代入一元二次方程根的表达式 (8) , 得到XC的两个代数解, 其中有一个是不合理的, 将其舍去, 由此可得到XC的的最终结果。
3 现场实践
2009年4月26日江苏盐城城南变进行了一次两段母线的接地实验, 并利用思源电气生产的消弧设备进行了分列运行和联机运行的测试计算。试验测试方案如下。
(1) II段母线测量电容电流和中性点电压。
(2) II段母线带消弧线圈测量Ig、Ixh、Uo、Ur、三相电压。
(3) I段母线测量电容电流和中性点电压。
(4) I段母线带消弧线圈测量Ig、Ixh、Uo、Ur、三相电压。
(5) 母联合闸后, 1#主机、2#从机, 测量Ig、Ixh、Uo、Ur、三相电压。
(6) 母联合闸后, 2#主机、1#从机, 测量Ig、Ixh、Uo、Ur、三相电压。 (如表1)
联机数据记录如下。
(1) 相电压和线电压分别为:6.00kV、5.99kV、5.97kV、10.38kV。
(2) 联机电容电流=26.80+42.00=68.80 (A) 。
(3) 电容电流和残流误差分析 (如表2) 。
(4) 实验结论如下。
(1) 实验数据与自动跟踪补偿装置调谐器根据模型计算出来得结果基本吻合, 能够很好地实现消弧成套设备联机运行的工作方式。
(2) 数据采集时间对计算结果有较大影响, 接地开始时电压、电流数据不是很稳定, 建议记录数据避开接地后1s的数据 (假设时间超过1s) 。
(3) 较大的从机阻尼电阻对计算精度有一定影响, 从机的阻尼电阻不宜很大, 甚至可以不接从机阻尼电阻。
4 结语
通过本文的分析和盐城城南变的接地实验 (消弧分列和联机运行) 的结果可以看到通过前述的模型转换能够较好的建立联机运行条件下合成系统电容电流与中性点电压、中性点电流采样值的数学关系, 通过适当的调整可以做到消弧成套设备在单机或联机运行条件下都能够正常工作, 很好地适应了消弧成套设备并联运行的需求。
摘要：中性点经消弧接地方式可以有效地减少单相接地时接地点的故障电流, 还可以显著降低故障相电压的恢复速度, 减小电弧重燃的可能性。
关键词：中性点,消弧线圈,消弧并列和联机运行