消弧线圈在35kv电网中的运行方式研究[1].doc

消弧线圈在35kV电网中的运行方式研究赵启兵1 刘渝根2 田建华3 （1 鹤壁供电公司，鹤壁458000 2重庆大学电气工程学院高压系 重庆 4000443郑州电力高等专科学校 郑州450004）摘要：我们知道，对于山区35kV电网，由于线路换位不充分，导致线路三相对地电容不对称。本文通过大量现场实测和分析发现，若按正常补偿度整定消弧线圈档位后，电网正常运行时三相电压出现严重不平衡，甚至产生虚幻接地。当增大消弧线圈补偿度后，虽然可改善三相电压不平衡度，但在雷击引起线路单相接地时，会因消弧线圈补偿度过大使接地点工频电弧不易熄灭，消弧线圈不能有效发挥熄灭电弧的作用，从而导致线路雷击跳闸率居高不下。针对此问题，本文提出了一种适合于山区35kV电网的中性点新型运行方式。该方式既保证了电网正常运行时三相电压平衡，又充分发挥了消弧线圈的消弧作用。为此本文对这种中性点的新型运行方式的暂态过程进行了大量数值计算，得出了暂态过程中过电压和冲击电流的水平。研究表明这种中性点的新型运行方式对提高山区35kV电网运行水平和减低线路雷击跳闸率是有效和可行的。关键词： 35kV电网 中性点运行方式 消弧线圈中图分类号：TM0 引言35kV电网是我国城市近郊及农网中重要的等级电网。我们知道，由于受地理条件限制，这类电网线路绝大多数不进行换位处理（或换位不充分）,造成三相对地电容不对称，从而使电网三相电压不平衡。若按正常补偿度整定消弧线圈，三相电压不平衡度可能加剧，甚至导致电网无法正常运行。当增大消弧线圈补偿度后，虽然可改善电网正常运行时三相电压不平衡度，但雷击引起线路单相接地时，因消弧线圈补偿度过大，使接地点工频电弧不易熄灭，消弧线圈不能有效发挥熄灭电弧的作用，线路雷击跳闸率无法降低。本文在通过大量现场实测和数据分析计算的基础上，提出了一种适合于山区35kV电网中性点的新型运行方式，它既能保证电网正常运行时三相电压平衡又能充分发挥消弧线圈熄灭线路单相接地工频续流电弧，从而消除单相接地故障的作用。本文对这种中性点的新运行方式的暂态过程和可行性进行了研究。1 传统运行方式下，35kV电网运行存在的问题我们知道，规程允许35kV线路可不进行换位。如此，往往存在三相对地电容不对称1。当35kV线路总长超过100km时电容不对称情况更为显著。表1为重庆电力公司35kV麒麟坝变电站线路总长120km单相接地电容电流实测结果2,表2为三相对地电容计算值。表1 单相接地电容电流实测值Tab.1 short circuit current of single phase-to-ground faultISAISBISC12.2A12.8A12.8A表2 三相对地电容计算值Tab.2 capacity values of three phasesCACBCC0.664F0.602F0.661F从而得到电网中性点采用绝缘运行方式时的三相电压值(表3)表 3 中性点绝缘运行方式三相电压值Tab.3 voltage values of three phasesUAUBUC20.57 kV20.85 kV19.92 kV通过实测及计算显示：1)当电网中性点采用绝缘运行方式时，三相电压最大不平衡度约为4.5%，符合电网正常运行要求。 2)当电网采用中性点经消弧线圈（以消弧线圈XDJ550/35为例）接地运行方式时，本文通过计算可知：电网正常运行时消弧线圈不同档位即不同补偿度下中性点位移电压及三相电压不平衡度约在5%-96%之间（如表4）。表4 中性点经消弧线圈接地时中性点位移电压及三相电压不平衡度Tab4 the calculating results after compensation of suppressing coil消弧线圈档位消弧线圈电感值（H）中性点位移电压（U）三相电压最大不平衡度（%）5.11.1596.74.730.35537.24.350.15124.63.970.09814.53.640.07210.83.330.0618.43.060.0536.82.810.0425.62.570.0314.6表中U相电压的有效值3) 当电网单相接地时,投入消弧线圈（以XDJ550/35为例）。选择消弧线圈不同档位即采用不同补偿度对接地电弧电流的补偿情况不同（如表5）。表 5 消弧线圈补偿单相接地电容电流的结果Tab.5 the results after compensation of suppressing coil in single phase-to-ground fault消弧线圈档位消弧线圈电感值（H）补偿以后的接地点残余电流（A）补偿度%5.10.41.6%4.731.56.6%4.352.115.3%3.973.526.1%3.644.937.3%3.336.649.8%3.068.262.5%2.8110.178.1%2.5712. 293.8%一般而言,消弧线圈整定必须同时兼顾三个原则2：有合适的补偿度，一般应控制在5%10%以内； 对于35kV系统，经消弧线圈补偿后的单相接地电流即残流应控制在310A以内； 系统带消弧线圈正常运行时，中性点位移电压规程规定小于15% U，考虑到三相电压的平衡，小于5% U为宜。当电网在带消弧线圈运行时，从兼顾电网三相电压平衡和中性点位移电压整定原则考虑，消弧线圈补偿档位应选档(表1)。而从消弧线圈补偿单相接地电流整定原则考虑，消弧线圈应选档位或档位(表2)。由此可以看出，对于山区35kV电网由于三相对地电容不对称，消弧线圈的整定几乎不能兼顾正常运行时三相电压的平衡和单相接地时消弧线圈的消弧作用。这样就给电网的正常运行和降低线路雷击跳闸率带来了相当的困难。2 中性点新型运行方式下的暂态过程分析2.1 中性点新型运行方式根据我国电力系统运行有关规程, 特别是中性点绝缘运行方式下电网可以带单相接地故障运行0.5-2小时的规定, 本文在大量现场实验和对电网运行中暂态过程数值模拟计算的基础上, 通过对中性点新型运行方式下可能出现的过电压和冲击电流水平以及可行性的研究, 提出了一种适合于山区35kV电网中性点的新型运行方式。该方式利用中性点绝缘运行方式下电网三相电压不平衡度最小的特点, 在电网正常运行时采用中性点绝缘运行方式，从而有效保证三相电压的平衡。当电网因雷击引起线路单相接地时, 通过对电网三相电压和中性点电压等参数的检测, 利用自动投切装置快速投入已经正常整定的消弧线圈, 消弧线圈的投入将迅速熄灭单相接地短路电流电弧从而消除单相接地故障。在检测到单相接地故障已经消除后, 利用自动投切装置退出消弧线圈将电网恢复到正常运行时的中性点绝缘运行方式，其操作流程如图1所示。图1 电网中性点新型运行方式操作示意图Fig.1 block diagram of operation消弧线圈自动投切装置原理图如图2所示。 图2 消弧线圈自动投切装置原理图Fig.2 Technological process如此本新型运行方式既能保证电网正常运行时三相电压平衡，又能充分发挥消弧线圈有效熄灭单相接地电弧消除单相接地故障的作用, 从而提高了山区35kV电网运行水平和防雷水平, 降低线路雷击跳闸率, 减少电网停电事故。2.2消弧线圈投切暂态过程计算中性点新型运行方式数值模拟计算等值图34如图3所示。图3单相接地补偿电网等值接线图Fig.3 equivalent calculating circuit of compensation grids 图3中Rs电源内电阻；Ls电源内电抗；L消弧线圈的调谐电感；Ca、Cb、Cc电网各相对应对地电容；K单相接地短路点；S消弧线圈的投切开关2.2.1投入消弧线圈暂态过程计算图4图7为模拟故障点两次燃熄弧5后投入消弧线圈故障相、健全相和中性点上的电压。电网A相在10ms时刻燃弧，30ms时刻重燃，并在重燃后投入消弧线圈。图8为消弧线圈冲击电流，35ms时刻为电流最大值时刻。图4 投入消弧线圈后A相过电压曲线Fig.4 fault phase over-voltage curve图5 投入消弧线圈后B相过电压曲线Fig.5 B phase over-voltage curve 图6投入消弧线圈后C相过电压曲线Fig.6 C phase over-voltage curve 图7投入消弧线圈后中性点过电压曲线Fig.7 neutral point over-voltage curve图8消弧线圈冲击电流曲线Fig.8 the current of the suppressing coil2.2.2切除消弧线圈暂态过程计算图9退出消弧线圈故障相过电压曲线Fig.9 fault phase over-voltage curve图10 退出消弧线圈后B相过电压曲线Fig10 B phase over-voltage level curve 图11 退出消弧线圈C相过电压曲线Fig11 C phase over-voltage curve 图12退出消弧线圈中性点过电压曲线Fig.12 neutral point over-voltage curve 由图9图12，电网在2.00s时刻退出消弧线圈，由EMTP输出结果得到退出消弧线圈时三相电压和中性点最大电压值分别为1.30pu和0.30pu。2.3不同相单相短路计算结果不同相单相短路对应的电网过电压最大值和消弧线圈电流的最大值如表6。表6 不同相单相短路过电压值倍数和冲击电流值Tab.6 the calculating results after compensation of suppressing coil in different single phase-to-ground fault短路相别健全相过电压倍数中性点过电压倍数消弧线圈电流最大值A相2.89pu2.10pu27.4 AB相2.81pu2.09pu19.5 AC相2.88pu2.10pu23.7 A新型中性点运行方式因消弧线圈的投入和切除会引起电网电磁振荡, 考虑了诸多影响因素的大量数值模拟计算结果表明，暂态过程中并不会引起超过中性点绝缘运行或经消弧线圈接地运行的35kV电网中的过电压和过电流。3结论 山区35kV电网由于三相对地电容不对称情况，存在电网在带消弧线圈运行时不能同时兼顾消弧线圈补偿度的整定和电网三相电压平衡度的整定。如果满足正常运行时三相电压平衡度后,当雷击引起线路单相接地时，往往消弧线圈过补偿度过大,从而不能熄灭单相接地电弧电流, 最终导致雷击跳闸率偏高。 为兼顾带电网正常运行时三相电压的平衡和单相接地时消弧线圈的消弧作用，本文提出一种适合于山区35kV电网的中性点新型运行方式, 即电网正常运行时采用中性点绝缘运行方式，保证电网三相电压的平衡，在电网因雷击发生单相接地故障后投入消弧线圈，充分消弧线圈熄灭单相接地故障的作用，接地故障消除后退出消弧线圈恢复正常运行时的中性点绝缘运行方式。 大量研究结果表明，在中性点新型运行方式的暂态过程中可能出现的故障相、健全相和中性点电压最大值分别不超过2.60pu、2.89pu和2.10pu，电网过电压水平均在电网绝缘配合的允许范围内。 消弧线圈在整个暂态过程中可能承受的过电压最大值和过电流最大值分别为2.10pu和27.4A，因此可以利用负荷开关配以自动操作装置完成投入和退出操作。 研究表明，本文提出的中性点新型运行方式在消弧线圈投切引起的暂态过程中不会出现幅值很高的过电压和冲击电流，消弧线圈的自动投切也是可以实现的。因此中性点的新型运行方式对提高电网运行水平和降低线路雷击跳闸率都是极有工程价值的。主要参考文献:1 粱曦东，陈昌豫，周远翔. 高电压工程. 北京：清华大学出版社，2002年5月2 袁涛，刘渝根，陈先禄.山区35kV防雷值得注意的一个问题. 重庆：重庆大学学报，第25卷第7期3 解广润主编. 陈慈萱，方瑜，电力系统过电压.武汉：水利电力出版社，1985年6月4 周守昌主编. 电路原理（上册）. 北京：高等教育出版社，1999年5 要焕年，曹梅月.电力系统谐振接地.北京：中国电力出版社，2000年8月作者简介：赵启兵 男，大专学历，工程师，主要从事电力工程施工技术及管理 ，联系电话题负责人：刘渝根，男，研究生学历，硕士，副教授，主要从事电力系统过电压及接地技术研究。联系电话课题无基金资助。Study of Suppressing Coils operation method in 35kV grids（1.ZHAO Qi-bing1 Liu-YuGe2 Tian Jian-Hua3）(1.Hebi Power Supply Company 2 Henan Power Grid Construction Management. Company , 3 College of Electrical Engineering Chongqing University,4 Zhenzhou Electric Power College）英文摘要：This article proposes a new neutral point operation method as neutral insulation in static state and suppressing coil grounding in fault ,then EMTP simulation acts. It can be used in 35KV power distribution systems to improve above operations by many calculations of the static process with new method, and reach the data of voltage & current in this static process. The study shows it is availableto improve the operation of 35KV power distribution system & reduce the ratio of tripping operation by lightning stroke.The unbalanced nature of 35kV distribution system due to capacity values gives difficult in neutral point operation, which can not meet the demand of voltage bal