刘味果，吴水峰，袁培，由凯

(国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南 长沙 410007)

不同变电站高漏抗式消弧线圈并列运行的研究

刘味果，吴水峰，袁培，由凯

(国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南 长沙 410007)

文章首先阐述了消弧线圈站站并列存在的技术问题，然后通过理论计算和软件仿真对站站并列问题进行了分析，并提出了基于过程分析的高漏抗式消弧线圈解决站站并列的技术方案，并通过试验室的试验验证了该方案的可行性。

高漏抗式消弧线圈；环网供电；谐振接地；并列运行

随着城市供电网络的不断发展，以及对供电可靠性要求的提高，原来的T型辐射式配电网络越来越不适应电网的发展，近年来大力发展了城市电网手拉手的环网供电方式〔1，2〕。环网供电方式的增加，在某些情况下 (如检修、负荷转移等)会导致出现不同变电站的消弧装置并列运行。配电网发生单相接地时，无论是采用单台消弧线圈补偿还是多台消弧线圈分散补偿，对于补偿流过接地点的电容电流效果是一样的〔3，4〕。而实现消弧线圈站站并列运行的控制装置应具有以下2个功能:首先，装置应具备辨识不同变电站的消弧线圈是否处于并列运行状态的功能；其次，在确定消弧线圈站站并列运行后，装置应具备协调消弧线圈测量系统电容电流的功能，并能自动分配补偿容量〔5〕。

站站并列的第1项关键技术在于辨识消弧线圈是否处于并列运行状态，同一个变电站内的 “辨识”可以通过采集母联开关的辅助节点即可识别该变电站内的消弧线圈是否并列。而不同变电站的母线并列往往是通过站间联络线连接，有时可能是通过变电站之间的开关站连接，此时 “并列辨识”可以通过调度控制法或载波通信法来实现，或者消弧线圈控制装置具有过程分析功能，自动辨识消弧线圈并列运行的状态。

站站并列的第2项关键技术在于协调测量系统电容电流，不同站的消弧线圈并列后，对任意1台消弧线圈来说，其测量时零序回路中不仅包括系统对地电容，还包括另1个变电站消弧线圈本体参数，因而消弧线圈之间应具有通信功能以获得对方的型号参数，另外2台消弧线圈需具备良好的协调控制功能，以避免相互测量影响。

文中以高漏抗式消弧线圈为例〔6〕，提出了基于过程分析的消弧线圈站站并列技术，并通过试验室的试验验证了该技术方案的可行性。

1 基于过程分析的站站并列辨识及实现

1.1 过程分析辨识方法

高漏抗式消弧线圈测量配电网系统电容电流通常采用位移电压法，即在系统正常运行时改变晶闸管触发角调节消弧线圈电感，计算调节前后消弧线圈的电压电流变化得到系统对地容抗。假定消弧线圈调节的前后其电压、电流分别为U1，I1和U2，I2，由于消弧线圈的电感调节时间很短，可以认为调节前后系统是不变的，则系统三相对地容抗Xc为

为了研究高漏抗式消弧线圈测量配电网系统电容电流时零序电压波形特征，用PSCAD仿真工具对电容电流测量过程进行了仿真分析。图1是仿真位移电压法测量时，调节消弧线圈电感引起零序电压变化的典型波形图。仿真试验中，在0.5 s时改变晶闸管触发角，引起零序电压上升，电压上升并经过短时振荡后波形趋于稳定。在1.0 s时停止触发晶闸管，电容电流测量时间为500 ms，随之零序电压振荡衰减恢复至测量前电压。图2是根据图1零序电压波形计算得到的零序电压有效值，该图中有效值曲线更为清晰地说明了测量电容电流时电压从U1到U2的变化过程。由于高漏抗式消弧线圈具备快速动态调节的特性，因而可以通过控制器任意改变电压幅值和测量跟踪时间，这一特征是实现消弧线圈站站并列的技术基础。

图1 零序电压 (测量电容电流时)

图2 零序电压有效值 (测量电容电流时)

通过监测零序电压并识别其它消弧线圈测量时引起零序电压的变化，从而有效地解决消弧线圈站站并列问题，按照上述设想文中提出了基于过程分析的消弧线圈站站并列技术。

为说明过程分析方法，给出了下面2个定义:

跟踪时间Tg:消弧线圈触发晶闸管导通到停止触发的时间间隔；

跟踪电压Ug:消弧线圈调节电感后引起零序电压升高的有效值，计算跟踪时间内的电压平均值获得。

跟踪电压和跟踪时间是消弧线圈测量系统电容电流时，零序电压变化过程中最基本的2个参数。消弧线圈控制器采用定时测量系统电容电流的方法并实时监测零序电压的变化，当本身未测量电容电流时而零序电压出现波动，并符合特定规律的跟踪电压和跟踪时间，则可以判断此时零序电压变化是由配电网中其它并列的消弧线圈测量电容电流引起的，因此该过程分析方法能够辨识消弧线圈状态。不同容量的消弧线圈设定不同的跟踪时间，如表1所示。通过监测零序电压的跟踪时间可以方便获得与之并列的消弧线圈容量参数，由于相同容量消弧线圈其内部参数是一样的，通过识别容量即能获得并列的消弧线圈基本参数。因而，可以基于识别跟踪时间，以一种简单的方式实现消弧线圈型号参数信息的相互通信。

表1 跟踪时间设定表

1.2 系统电容电流的协调测量

上一节介绍了基于过程分析的消弧线圈站站并列辨识方法，通过分析并列的消弧线圈测量电容电流引起的零序电压变化来进行并列状态识别，在并列的2台消弧线圈都识别出并列状态后，都采用一致的定时间隔测量系统电容电流，即保证任何时间只有其中1台消弧线圈在测量电容电流。定时间隔测量电容电流方式有2个作用:1)避免2台消弧线圈同时测量电容电流的相互干扰；2)作为2台消弧线圈并列状态解除的判据，即一旦在一定时间隔内没有监测到并列的消弧线圈跟踪电压变化，则判断并列状态解除。

在2台消弧线圈站站并列后，如从其中1台消弧线圈A1的高压端看入，根据戴维南定律系统零序回路可以用图 3表示。位移电压法测量公式(1)仍然适用，只是此时A1测量得到的容抗为系统对地容抗与消弧线圈A2阻抗的并联值。由于高漏抗式消弧线圈在晶闸管不导通时其基波阻抗呈现容性，通过跟踪时间可以获知并列消弧线圈的容量。一定容量消弧线圈的基波等效电容是确定的，所以A1测量的电容值减去A2等效电容值即得到系统三相对地电容值。通过测量得到系统电容电流后，可以按照其各自容量成正比分配补偿2台消弧线圈电流大小。

图3 站站并列时零序回路等效图

1.3 跟踪电压混叠及识别方法

在识别2台消弧线圈并列状态前，如果1台消弧线圈正在测量系统电容电流，此时并列的另1台消弧线圈也进行跟踪测量，则会造成跟踪电压混叠现象。图4为跟踪电压混叠时的典型仿真波形。如图所示，A1，A2消弧线圈在同一配网并列运行，在0.5 s时A1消弧线圈改变晶闸管导通角测量电容电流，使得零序电压升高；0.7 s时A2消弧线圈也触发晶闸管导通，使得A1和A2消弧线圈的跟踪电压叠加在一起，1.0 s时A1消弧线圈停止触发晶闸管，零序电压降低，1.2 s时A2消弧线圈也停止触发晶闸管，零序电压振荡衰减后恢复测量前电压。电压混叠后，无法准确测量系统电容电流，此外也使得零序电压波动不符合特定的跟踪电压和跟踪时间规律，需要采取措施进行识别。

图4 跟踪电压混叠仿真波形

图5 中显示了跟踪电压混叠时零序电压的有效值，可以看出该电压有效值呈台阶式增加，且恢复到测量前电压的时间延长；而比较图2在没有出现跟踪电压混叠时，消弧线圈调节电感3—4周波后零序电压幅值变化很小并趋于稳定。根据零序电压这一特征可以识别出跟踪电压混叠情况。

图5 零序电压有效值 (跟踪电压混叠时)

如果并列的2台消弧线圈在同一时间测量电容电流，则此时仅从零序电压波形上很难区分出是由电压混叠引起的，还是由单台消弧线圈测量电容电流造成的。为了避免电压混叠现象对并列状态辨识以及测量电容电流的影响，可以对2台可能出现并列的消弧线圈设置不同的测量电容电流的定时间隔。这样即使某一时刻出现了电压混叠，由于各自定时间隔的不同，则下一次测量电容电流时可避免同时测量。

2 软件控制流程

在配电网正常运行时，消弧线圈控制器实时采样零序电压波形，间隔半个工频周波计算一次零序电压的有效值，从而得到间隔10 ms的零序电压有效值序列。基于过程分析的消弧线圈站站并列技术是通过识别有效值序列的变化规律来实现的，基本软件控制流程示意图如图6所示，软件控制流程可分为3个阶段。

图6 软件流程图

阶段一:并列辨识。控制器实时监测零序电压，在本台消弧线圈不测量电容电流时监测到零序电压有效值序列变化规律符合特定波形特征，则判断与对方消弧线圈并列运行，并由跟踪时间Tg确定对方容量。符合特定波形的特征判据有2点:跟踪时间符合表1设定的时间；根据跟踪时间内的电压平均值得到跟踪电压Ug，且跟踪时间内电压与Ug的误差小于10%Ug。如出现电压混叠情况，则本次跟踪电容电流结果无效。

阶段二:并列运行控制。确定站站并列后，2台消弧线圈按规定时间间隔交替测量电容电流，根据容量大小分配补偿容量。

阶段三:并列解除。规定时间间隔内无法检测到并列消弧线圈的跟踪变化，则确定站站并列解除，消弧线圈恢复单独运行控制。

3 试验研究

为了研究基于过程分析的消弧线圈站站并列技术的可行性，在高压试验室进行模拟试验，试验接线图如图7所示。由于试验室只有一段母线，为模拟站站并列试验，1台10 kV/500 kVA的消弧线圈A1直接接入模拟电网，另外1台同容量的消弧线圈A2通过高压开关K接入电网，通过开关K的分合来模拟站站并列的解除与发生。

试验中的消弧线圈测量电容电流过程的典型零序电压波形如图8所示，图9是零序电压有效值波形，图中▲表示每隔10 ms计算得到的零序电压有效值，可以看到试验波形与仿真结果是一致的。

由于变电站的消弧线圈测量电容电流间隔时间一般为数分钟，为了试验方便，设定消弧线圈A1测量电容电流间隔时间为10 s，设定A2跟踪电容电流间隔时间为11 s，它们的跟踪时间Tg都为500 ms，A1与A2并列运行时设定相互间隔6 s测量电容电流。图10是试验室模拟消弧线圈站站并列试验波形，该图是根据录波器记录的零序电压计算得到的电压有效值波形。从图10中可以看出，在消弧线圈未并列运行时，A1每隔10 s测量一次系统电容电流；在闭合开关K投入A2后2台消弧线圈并列运行，在T0时刻A2测量系统电容电流，A1根据零序电压波形特征识别出与A2并列，在下一次测量时改变了跟踪电容电流的时间间隔；随后A2也识别出并列运行状态，可以看到A1与A2识别出并列运行后它们间隔测量电容电流的时间变为6 s。从多次试验结果来看，基于过程分析的控制算法能够准确识别消弧线圈站站并列状态的发生和解除，能有效地实现2台消弧线圈站站并列运行。

4 结论

1)零序电压波形能够反映消弧线圈运行状态，通过对测量电容电流时零序电压的变化过程分析可以识别出消弧线圈并列运行。文中设计了基于消弧线圈跟踪时间来传递其容量参数的方法，仿真试验都验证其具有可行性。

2)通过试验，验证了基于过程分析的控制算法能够准确识别消弧线圈站站并列状态，应用该方法能够解决2台高漏抗式消弧线圈站站并列问题。

〔1〕要焕年，曹梅月.谐振接地技术新发展 〔J〕.中国电力，2000，33(10):55-57.

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〔3〕杨晓辉，蔡旭，陈守聚.基于过程分析实现的电网过电压故障辨识 〔J〕，河南电力，2008(2):8-11.

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〔5〕刘味果，李彦明，何红.不同变电站自动跟踪补偿消弧装置并列运行探讨 〔J〕.高压电器，2008，44(4):338-341.

〔6〕陆国庆，姜新宇，等.高短路阻抗变压器式自动快速消弧系统—配电网中性点新型接地方式的实现 〔J〕.电网技术，2000，24(7):25-28.

Study on parallel operation of high-leakage impedance arc suppression coils in different power substations

LIU Wei-guo，WU Shui-feng，YUAN Pei，YOU Kai
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

The parallel operation technology of arc suppression coils is discussed in the paper，and the key issues concerning parallel operation are pointed out by theoretical calculation and software simulation.Based on process analysis，the method for parallel operation of arc suppression coils in different substations is introduced and analyzed.Also it is validated through laboratory tests.

high-leakage impedance arc suppression coil；ring network power supply；resonance grounding；parallel operation

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.02.001

TM86

A

1008-0198(2015)02-0001-04

2014-10-14