消弧电抗器自动跟踪的调谐技术

消弧电抗器自动跟踪的调谐技术

　　1 引 言

　　尽管近年来我国输配电网络的中性点经低电阻、高电阻接地方式有所增多，但中性点不接地和经消弧电抗器接地目前仍占城市配电网接地方式的主流。随着城市的发展和供电负荷的增加，网络对地的电容电流，c猛增，当 超过一定限度时，中性点不接地必须改为消弧电抗器接地，我国电力工业部部颁标准对此已有明确规定。中性点经消弧电抗器接地的电力网(简称电网)最大的特点是能够利用消弧电抗器产生的感性电流，对电网电容电流 进行补偿，减小接地故障点的电流，使电弧易于自熄，并在自熄后不易重燃，避免事故的扩大。然而在调谐不当的情况下，此类电网不但难以发挥快速熄弧的优势，反而暴露出过电压幅值大、中性点位移电压高等弊端。因此，对其调谐技术的研究已成为确保电力系统安全运行的当务之急。

　　2 消弧电抗器自动调谐技术

　　对消弧电抗器进行调谐，旨在使接地残流不大于限定值，中性点位移电压不超过15%相电压，并最大可能地抑制各种过电压现象。上述目的都与电网脱谐度y有关。y定义为与接地残流。

　　2.1 现有调谐方法的技术特点分析

　　对消弧电抗器的调谐就是对参数 的调谐，传统的调谐方法都是利用 的定义，即首先测量出， ，然后再调谐， 至合适的值，藉此将 控制在允许范围内。然而两大因素一直制约着电网自动监测和调谐的实现：一是缺乏， 的实时测量设备;二是现有的一些自动调谐装置在设计原理上存在缺陷。因此，我国目前仍有为数不少的变、配电站还在沿用手动方式进行调谐，操作繁琐且无法实现，，.对， 的跟踪补偿，不利于电网的安全运行。近年来，有关 的一些新的测量方法 相继被报道，就目前已经形成产品的几种自动调谐装置而言，由于都是以位移电压曲线法、位移电压极值法作为设计原理，调谐机构动作频繁，响应时间偏长。位移电压曲线法适用于调匝式消弧电抗器。以式(1)为调谐依据，测量， 时需要2次切换分接头。位移电压极值法适用于电感量连续可调的消弧电抗器，以式(3)为调谐依据，认为当中性点位移电压达到最大值时， =0，此时电网处于谐振态。这种调谐方法看似合理，实则不然，一方面是由于在谐振点附近位移电压变化很小，且受电网电压波动影响严重，谐振点需经多次比较方能找到，调谐过程中同样需要多次启动调谐机构;另一方面是由于自动调谐装置中一般都串有阻尼电阻，使得位移电压达到峰值时， ≠0，即发生了“位移电压峰点偏移”。采用这种调谐方法的电网一旦发生单相接地故障并将阻尼电阻短接后，故障点的弧隙恢复电压上升速度和残流不为零，严重时将达不到熄弧的目的。

　　针对上述不足，本文提出了一种不需要借助调谐机构的操作而能直接测量，和的方法，并采取多种技术措施实现了测量过程与电网运行两者之间的互不干扰。

　　2.2 电网实时监测及跟踪调谐新方法

　　由式(1)可以推出本文用于测量 的计算式：

　　式(4)表明，只要测出，即可求得，由此避免了对，的先行测量;反之，在已知的前提下可直接计算出。

　　谐振频率与电网对地总分布电容(C +c+C )和电感L之间有如下关系：

　　对于主变侧为Y接线的电网，消弧电抗器可直接与其中性点相连，此时式(5)、(6)中的 即为消弧电抗器的电感;对于主变侧为△接线的电网，则需用z型接地变压器引出中性点后再与消弧电抗器相连，此时 应为消弧电抗器的电感与z型接地变压器零序等值电感之和。设电网希望达到的脱谐度为 ，则补偿电流的预调值为

　　3 谐振频率测量系统的设计与实现

　　3.1 电路结构及原理分析

　　对于一个同时包含了电感和电容的电路来说，发生谐振的标志是其电压与电流同相位。那么，只要在某一频率下测出电路中电压与电流的相位差为零，则该频率即为谐振频率.厂v。

　　is为扫频电流源;R为取样电阻;L为消弧电抗器;N为电网中性点或Z型接地变压器中性点。测量过程在电网正常运行时进行。系统启动后，发出一系列有效值为1 A、频率为20～80 Hz、频率递进值为±0.1 Hz的正弦信号，该信号从消弧电抗器上的零序电压互感器(PT)低压侧注入;同时，R两端电压 和 低压侧两端电压 被送入微机中作相位分析。当微机在，的某一频率下测出两者同相位时，则将， 当前的频率判断为.厂v。纯阻性元件R是为了便于相位分析而特意设计的，以利用其电压与电流同相的特性，从而将 与电路电流的相位分析转化为与 的相位分析。由式(4)以及20～80 Hz的扫频范围可知，本系统可在[一156% ，84%]区间内对 进行实时监测和跟踪调谐;测量值的基本误差仅为±0.64% ;其误差是由.厂v传递的，频率递进值为±0.1 Hz的前提下，的测量误差不大于1.0% 。

　　3.2 几项独特的技术保障措施

　　一种称为“附加电源法”的Y参数测量方法在文献[4]中曾经被提及，并被认为是不可行的，原因在于无法解决中性点位移电压与附加电源之间的矛盾。“附加电源法”也是在 低压侧附加了一个激励，通过对电流、电压相位关系的调整来进行调谐。但其选择了在消弧电抗器回路( 高压侧)进行相位检测的方式。不可避免地会受到中性点位移电压的干扰，同时干扰了电网的运行。

　　本文采取以下3项措施实现了测量工作与电网运行之间的互不干扰：①改变传统做法，将参数的测量工作从 高压侧转至低压侧进行;②考虑到中性点位移电压感应到 低压侧后仍然不够小，通常为十几位，设计为由一个电压源(电压有效值为300 V)与一个限流电阻(300 D./300 W)串联组成，这样既保证了扫频电流仍为1 A，又使得位移电压产生的工频电流仅为0.05 A左右，远远小于扫频电流，降低了位移电压的影响;③在信号输入电路中设计了一个可有效滤除50 Hz工频分量的有源陷波电路，进一步消除了位移电压的干扰。陷波电路具有如下的输入/输出特性：

　　分别为输入与输出信号。当输入信号的频率f=50.0 Hz时，k=0;当f=(50.0±1.0)Hz时，k=0.8;当.厂在49～51 Hz范围之外时，k 1。

　　这样，位移电压 在信号输入电路中已被滤除，不会影响 与 的相位分析结果，从而保证了 的测量精度。如果不考虑 的影响，那么附加激励， 也就不必过大。经过严格的理论计算后，本文取为1 A。1 A的电信号感应到消弧电抗器回路后仅为毫安级的电流量，对电网不会产生影响。根据本文原理设计而成的测量装置已在邯郸阜阳电站1号、2号配电网(10 kV) 参数的现场实测中获得成功。

　　4 测量及调谐方法的适用场合

　　消弧电抗器可分为电感连续可调型和不连续可调型两类。消弧电抗器的接地方式则包括无阻接地和有阻接地两种形式，其中有阻接地又有与阻尼电阻串联和并联之分。本文提出的， 实测技术和 的测量及调谐方法适用于上述任何一种情况。设计的微机测控系统可与消弧电抗器的调谐机构和电力系统的保护设备配合，为电网在正常运行状态下的自动跟踪补偿和单相接地故障下的紧急保护提供有效的技术保障。