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北极星电力网技术频道 作者:佚名 2007/12/27 18:53:05
电力系统单相接地电流自动补偿装置 陈晓宇,郑建勇,聂成新 （东南大学电气工程系，江苏南京210096） 摘要：通常情况下，在中压配电网中，当电网发生单相接地故障时，在接地点会流过较大的全系统对地电容电流，并进而容易引起相间短路，对电网造成很大危害。研制的该装置通过一系列的测量值实时计算出故障时的电网对地电容电流，并通过控制装置调节消弧线圈实现跟踪补偿。经论证本装置能够在较短的时间内将接地电流减至规定的范围内，进而实施完全补偿。关键词：消弧线圈；跟踪补偿；自动控制 1引言长期以来，我国6-10kV中压配电网都是采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式。近年来随着中压配电网容量不断扩大，并且城市配电网大量采用电缆线路代替原来的架空线路，（电缆线路的对地电容约为架空线路的30倍）致使电网对地电容电流大大增加。当中性点不接地时，在接地点将通过全系统的对地电容电流，使非故障相的绝缘破坏进而造成相间短路，对电网造成很大的危害。在中性点经消弧线圈接地方式下，单相接地时通过接地点的总电流为电感电流与全系统电容电流的向量和，即，但因为电网的对地电容电流随电网运行方式的变化而变化，也受环境的影响，要很好地实现对地电容电流的补偿，消弧线圈的电感值应随电容电流的变化而调节，实现最佳补偿。本文介绍的自动跟踪补偿装置可以实时根据测量值采用相应算法计算出电容电流，通过自动控制系统对消弧线圈进行调节，从而将接地残流降至安全范围以内。2装置的组成自动跟踪补偿消弧设备包括消弧线圈本体、控制系统两大部分，消弧线圈本体包括接地变压器，可调消弧线圈和串联电阻，控制部分由单片机及相关芯片组成。2.1消弧线圈部分消弧线圈部分由接地变压器、消弧线圈、串联电阻组成,如图1所示。 一般情况下无消弧线圈的不接地系统发生单相接地短路时易引起其它故障，如相间短路等等，但在正常运行时的不平衡电压一般较小。在加装了消弧线圈以后，发生单相短路时接地电流减小，但在正常运行状态下的系统不平衡电压往往会增加。加装了消弧线圈后在正常运行状态下的系统不平衡电压（即中性点位移电压）为别为电网三相对地电容。对于消弧线圈接地系统来说，一般要求的是脱谐度V越小越有利，但由公式（1）可见，加装了消弧线圈后随着脱谐度V的减小，中性点位移电压UN往往会增加，而且很可能会超出安全范围，因此需要加装串联电阻以减少正常状态下的中性点位移电压。当存在串联电阻时，在正常运行状态下电网的不平衡电压为式（2）中的3C0为线路对地总电容，通过式（1）与式（2）的比较，可见通过接入适当阻值的串联电阻，可以将中性点位移控制在规定的15的范围内，在系统发生单相接地时通过控制系统将串联电阻切除，以取得较好的补偿效果。串联电阻采用漆包镍铬电阻丝绕制而成，电阻值稳定。阻尼电阻太大会使正常运行中调节回路电流太小，不能满足微机输入信号要求，调节灵敏度降低，并且会增加接地残流。2.2自动控制系统硬软件设计2.2.1自动控制系统工作原理a)中性点位移电压的监测在装置中根据UN的变化来判断是否有单相接地。当UN的变化超过一定数值ηUø时,控制系统会自动测量电容电流,然而UN的值受很多因素的影响(如绝缘泄漏的变化,式(1)中各参数的变化等等),在本系统中采用以固定时间间隔采集,分析其变化量,根据测量值若确定其对地电容发生变化则测量电容电流。b)电容电流的实时测量当根据UN的变化值判断发生单相接地时，要实时测量电容电流并据此调节消弧线圈，尽量实施完全补偿。在本装置中采用中性点位移电流相位角法测电容电流。在系统初始化时调节一次档位，根据测量值计算电容电流。在消弧线圈的初始档位测量此时的电流得Ii,电流相位角为θi,再调节一次档位测得此时的电流值Ii 1,电流相位角为θi 1,并测出相电压UΦ，Φ为调节一次档位后电流与电压的夹角。测得的两个相位角代入θ=θi 1-θi中算出两次的相位差［１］。系统中采用富氏短数据窗算法得到相位信号的值。为了实现精确计算，以下计算部分的程序均用C编写，并嵌套在汇编中。 根据输入量由公式（5）计算的电容电流[WTBX]I[WTBZ]C由公式（6）计算脱谐度。c)对地电容电流的补偿当确定为单相接地时，单片机控制系统会立即切除串联电阻，同时根据上面计算部分所得的电容电流值对消弧线[1][2]下一页
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