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 為適應(yīng)供電系統(tǒng)的實(shí)際需要，20世紀(jì)90年代末，采用我國自行研制ZTJD型自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈系統(tǒng)，其自動(dòng)跟蹤監(jiān)測(cè)技術(shù)達(dá)到先進(jìn)水平，運(yùn)行證明其效果良好。 
    ZTJD型自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈系統(tǒng)的構(gòu)成 
    該系統(tǒng)在總結(jié)老式消弧線圈運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，獨(dú)立開發(fā)成功的高新技術(shù)產(chǎn)品，由下列幾個(gè)部分組成見圖1。 
    (1)接地變壓器 
    消弧線圈必須通過中性點(diǎn)接入系統(tǒng)，對(duì)無中性點(diǎn)的角形結(jié)線的電源(如6～10kV系統(tǒng))需配置接地變壓器，目前有油浸式或干式兩種型式，有如下的功能： 
    1）提供有效的中性點(diǎn)，接地變壓器的特點(diǎn)是零序阻抗很小，單相接地時(shí)，零序電壓在接地變上的壓降很小，95％的電壓加到消弧線圈上，具有相當(dāng)好的補(bǔ)償能力，這種變壓器高壓側(cè)繞組由兩段組成，并分別位于不同相的心柱上，如圖 2所示，鐵心柱上的磁勢(shì)為零，匝數(shù)n1=n2。 
    2)接地變的二次可代站用變使用，節(jié)省投資。 
    3)能調(diào)整電網(wǎng)的不對(duì)稱電壓，滿足自動(dòng)調(diào)諧的需要。 
    (2)電動(dòng)式消弧線圈 
    目前有油浸式或干式兩種型式。調(diào)分頭開關(guān)同樣也有兩種型式，對(duì)油浸式消弧線圈配油浸式有載開關(guān)(9～15檔)，對(duì)干式消弧線圈可配空氣式有載開關(guān)和真空式有載開關(guān)(9～19檔)。有載開關(guān)使用在消弧線圈上，以預(yù)調(diào)方式工作是很輕松的，幾乎在空載狀態(tài)下切換，因此工作很可靠。這種消弧線圈的電流調(diào)節(jié)范圍比較寬，一般能達(dá)到1：4(如20～80A)。消弧線圈的二次線圈增多，不但供測(cè)量，而且滿足二次阻尼和注入信號(hào)的要求。 
    (3)微機(jī)控制部分 
    ZTJD型接地補(bǔ)償裝置之所以能夠達(dá)到自動(dòng)跟蹤和自動(dòng)調(diào)諧的目的，主要靠微機(jī)控制器來實(shí)現(xiàn)。主要完成在線檢測(cè)位移電壓、電容電流等參數(shù)，根據(jù)測(cè)量參數(shù)分析判斷，如需調(diào)整，發(fā)出指令進(jìn)行調(diào)整，并有顯示、報(bào)警、遠(yuǎn)送等功能。 
    (4)阻尼電阻及其控制部分 
    調(diào)匝式自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈系統(tǒng)之所以能夠?qū)崿F(xiàn)在全補(bǔ)償狀態(tài)或很小脫諧度下運(yùn)行，關(guān)鍵是在消弧線圈回路串人大功率的阻尼電阻只，以提高電網(wǎng)的阻尼率使諧振點(diǎn)的位移電壓降到15％相電壓以下，所以不必?fù)?dān)心諧振時(shí)會(huì)發(fā)生調(diào)諧過電壓，阻尼電阻在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)串入，防止串聯(lián)諧振，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地時(shí)，快速將其短接以免影響消弧線圈的輸出電流。 
    (5)中性點(diǎn)專用電壓互感器和非線性電阻 
    在6～10kV電纜網(wǎng)絡(luò)，其中性點(diǎn)不對(duì)稱電壓很低，為提高測(cè)量的精度，采用特制的高壓電壓互感器，其二次電壓為200V，以提高檢測(cè)的靈敏度。 
    為增強(qiáng)對(duì)消弧線圈系統(tǒng)內(nèi)過電壓的抑制，在中性點(diǎn)上增設(shè)了特殊設(shè)計(jì)的內(nèi)過電壓保護(hù)器，與消弧線圈并聯(lián)接地，這種接地方式既保留了消弧線圈接地系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)過電壓時(shí)又發(fā)揮小電阻接地限制過電壓的優(yōu)點(diǎn)。 
    有載開關(guān)調(diào)匝式自動(dòng)調(diào)諧式消弧線圈系統(tǒng)的特點(diǎn) 
    與老式消弧線圈系統(tǒng)相比，妥善地解決了自動(dòng)跟蹤自動(dòng)調(diào)諧問題、調(diào)諧內(nèi)過電壓問題、內(nèi)過電壓高的問題以及容量系列少、調(diào)流范圍窄等問題。 
    (1)為能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤自動(dòng)調(diào)諧的工作方式，手動(dòng)調(diào)匝式消弧線圈必須改成自動(dòng)的，將手動(dòng)開關(guān)更換為有載開關(guān)，這樣一方面捉高了開關(guān)調(diào)節(jié)的可靠性，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制打下了基礎(chǔ)，因?yàn)橛休d開關(guān)可以在主控制室自動(dòng)控制遠(yuǎn)方操作，如再配上微機(jī)自動(dòng)控制器，就可實(shí)現(xiàn)消弧線圈的自動(dòng)跟蹤和自動(dòng)調(diào)諧。  
    (2)比較有效地解決了調(diào)諧過電壓問題，老式消弧線圈系統(tǒng)由于自身結(jié)構(gòu)上的限制，當(dāng)消弧線圈的感抗與系統(tǒng)對(duì)地的容抗相等時(shí)，即產(chǎn)生調(diào)諧過電壓，其值的高低與系統(tǒng)對(duì)地不對(duì)稱電壓的高低、電網(wǎng)的阻尼率的高低以及消弧線圈的脫諧度大小有關(guān)，如下式（附1） 
式中 ubd——電網(wǎng)對(duì)地的不對(duì)稱電壓； 
v——消弧線圈的整定脫諧度； 
d——電網(wǎng)對(duì)地的阻尼率： 
uNB——中性點(diǎn)對(duì)地的位移電壓。 
    從上述可知，如電網(wǎng)對(duì)地的不對(duì)稱電壓比較高、阻尼率比較小、消弧線圈的阻抗與電網(wǎng)對(duì)地的容抗相等即V=0時(shí)，位移電壓uNB比較高，可達(dá)到不對(duì)稱電壓的25～50倍，造成三相電壓的嚴(yán)重不對(duì)稱，影響設(shè)備的安全運(yùn)行，其波形如圖3所示，因此老式消弧線圈規(guī)程明確規(guī)定在過補(bǔ)點(diǎn)運(yùn)行圖中的A點(diǎn)，使中性點(diǎn)對(duì)地電壓保持在相電壓的15％以下，嚴(yán)禁在全補(bǔ)狀態(tài)B點(diǎn)運(yùn)行，防止調(diào)諧過電壓的出現(xiàn)，其脫諧度不大于10％，實(shí)際在調(diào)諧時(shí)很難達(dá)到這一要求，一方面離調(diào)諧點(diǎn)比較近，容易出現(xiàn)電壓；另一方面如電網(wǎng)對(duì)地不對(duì)稱，電壓比較高時(shí)這一要求很難達(dá)到，因此實(shí)際調(diào)諧中V達(dá)到20％～30％，甚至達(dá)到40％，這樣消弧線圈系統(tǒng)殘流就比較大，影響消弧線圈效果。為提高消弧線圈的滅弧效果和防止調(diào)諧過電壓的發(fā)生，從提高電網(wǎng)的阻尼率著手，從(1)式可知，增加d，UNB即下降，為此我們?cè)谙【€圈中人為地加入阻尼電阻，即增大電網(wǎng)的阻尼率使UNB下降到規(guī)程允許的15％相電壓以下，這樣即實(shí)現(xiàn)了殘流最小的工作方式，又使諧振點(diǎn)的電壓降到允許的數(shù)值，如圖3中的曲線2。實(shí)施方法如圖4所示：R1為一次阻尼方式，R2為二次阻尼，根據(jù)電網(wǎng)的參數(shù)可單獨(dú)用R1或R2，也可同時(shí)使用。阻尼電阻的確定要根據(jù)電網(wǎng)參數(shù)來選定，可用下式來表示（附2） 
式中 R——需要增加的阻尼電阻值， 
ωL——消弧線圈最小分頭電流的阻抗， 
URB——中性點(diǎn)位移電壓的允許值，15％相電壓： 
ubd——中性點(diǎn)不對(duì)稱電壓值； 
P——消弧線圈的阻尼率，一般為2％～3％。 
    (3)抑制內(nèi)過電壓的效果比較好。從理論上來講，中性點(diǎn)不接地的35kV及以下中壓配電網(wǎng)，內(nèi)過電壓不至于造成設(shè)備的損壞，所以從設(shè)計(jì)上就沒有采取限制，內(nèi)過電壓以及傳遞過電壓等在配電網(wǎng)上時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重地威脅著配電網(wǎng)的安全運(yùn)行。鐵磁諧振過電壓激發(fā)起間歇性弧光過電壓，使PT保險(xiǎn)熔斷，燒毀PT，甚至發(fā)展成“火燒連營”事故，電容電流較大的地方，由單相接地電弧不能熄滅，引起弧光過電壓波及的面比較大，往往造成大面積停電事故。從多次事故分析和現(xiàn)場(chǎng)錄到的事故波形圖分析可知：由于一次事故激發(fā)起幾種內(nèi)過電壓時(shí)，由于波形疊加造成的設(shè)備的薄弱環(huán)節(jié)被擊穿造成事故。因此中壓電網(wǎng)采取一些必要的限制內(nèi)過電壓措施勢(shì)在必行。我們?cè)陂_發(fā)研制自動(dòng)跟蹤自動(dòng)調(diào)諧式消弧線圈時(shí)，從兩個(gè)方面來限制內(nèi)過電壓：一方面從改變參數(shù)人手，中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)易發(fā)生串聯(lián)諧振過電壓，因?yàn)楫?dāng)容抗XC與感抗XL相等時(shí)，即發(fā)生鐵磁諧振過電壓，那么在中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)接入消弧線圈，破壞產(chǎn)生諧振的條件；另一方面在中性點(diǎn)上增設(shè)內(nèi)過電壓保護(hù)器，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)內(nèi)過電壓的保護(hù)，如圖5所示。這種具有非線性電阻性質(zhì)的內(nèi)過電壓保護(hù)器在正常運(yùn)行時(shí)不起作用，是消弧線圈接地系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)內(nèi)過電壓時(shí)，中性點(diǎn)就成為小電阻接地系統(tǒng)，把過電壓的能量釋放了。
這種接地方式既發(fā)揮了消弧線圈接地的優(yōu)點(diǎn)，又發(fā)揮了小電阻接地的優(yōu)點(diǎn)。 
    (4)采用多種在線測(cè)量電容電流的方法，以適應(yīng)不同電網(wǎng)的需要。自動(dòng)跟蹤自動(dòng)調(diào)諧式的消弧線圈系統(tǒng)測(cè)量電容電流的方法尤為重要。只要測(cè)量準(zhǔn)確，才能保證調(diào)諧的準(zhǔn)確，但是由于配電網(wǎng)的情況不一樣，很難用一種方法來適合不同的配電網(wǎng)，所以研究多種的測(cè)量方法，適應(yīng)配電網(wǎng)的不同情況，才能保證調(diào)諧的準(zhǔn)確性。 
    (5)功能完善的微機(jī)控制器滿足電網(wǎng)自動(dòng)化的要求并作為成套裝置的核心。 
    (6)考慮到微電子技術(shù)使用到強(qiáng)電方面的控制，設(shè)置了獨(dú)立的手動(dòng)部分，也就是微機(jī)處在異常狀態(tài)時(shí)，用切換開關(guān)打到手動(dòng)位置，這樣消弧線圈正常運(yùn)行，只不過不能自動(dòng)跟蹤，不會(huì)影響系統(tǒng)的補(bǔ)償。 
    (7)阻尼電阻是解決調(diào)諧過電壓的有效措施，它的可靠性如何直接影響到整套裝置的可靠問題，為此，我公司為提高阻尼部分工作的可靠性，采取了如下措施： 
    1)阻尼電阻在正常時(shí)，接入運(yùn)行，當(dāng)電網(wǎng)接地時(shí)利用真空接觸器快速將其短接，為保證可靠短接，采用零序電壓和零序電流雙套短接措施，而且操作電源一套為直流，另一套為交流，防止短按時(shí)保險(xiǎn)器熔斷。 
    2)電阻結(jié)構(gòu)上采用連續(xù)纏繞，減少接點(diǎn)，而且為提高測(cè)量精度采用無感電阻。 
    3)熱容量大，且耐壓水平較高(達(dá)到20000V)。 
    實(shí)際應(yīng)用存在的問題及措施 
    該系統(tǒng)依然存在些小的問題：①消弧線圈投入運(yùn)行后，原有的零序保護(hù)繼電器很難發(fā)揮作用，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了完善，在該系統(tǒng)加裝了LH諧波方向型單相接地保護(hù)裝置，使該系統(tǒng)不僅可以限制單相接地故障電流在5A以下，而且還可以準(zhǔn)確地判斷出故障線路。②阻尼電阻箱在出廠時(shí)，為雙電源真空開關(guān)控制回路，在正常情況下，防止串聯(lián)諧振；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地時(shí)，快速將其短接，以避免影響消弧線圈出力，假如真空開關(guān)沒有動(dòng)作則需多加幾道措施，一方面增加一組真空開關(guān)以備用；另一方面，增加一組大容量晶閘管，既保證了快速投入／切斷，又增加了一套后備保護(hù)。③該系統(tǒng)在運(yùn)行過程中是相對(duì)獨(dú)立的，其實(shí)際的調(diào)諧過程以及發(fā)生單相接地時(shí)的狀態(tài)很難掌握，為了便于了解，我們要求廠家在原來的基礎(chǔ)上，就軟件、硬件做出些改動(dòng)，要求在單相接地發(fā)生的前后30ms內(nèi)，對(duì)該過程進(jìn)行錄波，利用DSP數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)綜合分析接地暫態(tài)及穩(wěn)態(tài)信號(hào)，便于正確了解事故類型，為安全運(yùn)行提供決策依據(jù)。