2020年高短路阻抗变压器分析论文

高短路阻抗变压器分析报告提出了一种新的配电网中性点接地方式：当发生瞬时单相接地故障时，采用自动跟踪消弧线圈实现快速补偿；当发生非瞬时单相接地故障时，可以正确选择故障线路并跳闸。提出了高短路阻抗变压器式可控电抗器的基本结构和原理。利用该原理成功研制的高短路阻抗变压器式自动快速消弧系统具有伏安特性线性度好、响应速度快、电流从零到最大无级连续调节、补偿效果好、对系统适应性强等优点。是实现新型接地方式的理想设备。关键词：配电网消弧线圈可控电抗器晶闸管短路阻抗1新的接地方法配电网中性点接地方式的选择关系到电力系统的安全可靠运行，是城乡电网建设中必须重视的一个重要问题。但长期以来，这个问题一直没有得到令人满意的解决。随着电网的不断发展，当电容电流小于一定值时，越来越少的电网允许有不接地的中性点。大多数配电网的中性点用低电阻或消弧线圈接地。虽然低电阻接地避免了系统的过压问题，但跳闸率太高，无法满足日益增长的供电可靠性要求，尤其是在架空线路和电缆混合的配电网络中。同时，单相接地时的巨大接地电流会使地电位升高，严重时超过安全值，可能对通信线路、低压电器和人身安全产生不利影响。这是这种方法的固有缺陷。随着配电系统和电信网络的日益共存，敏感元件(计算机、电子控制、电力电子等)的数量越来越多。)被用户使用，以及国际标准中对低压设备耐压要求的降低，低电阻接地方式的不可克服的缺陷越来越为社会所不能容忍。特别是当电缆的使用逐渐增加，电网迅速扩大，导致电容电流大幅增加时，很难在满足过电压要求的同时将单相接地故障电流限制在远小于两相短路电流，即采用低电阻接地方式非常不经济。因此，低电阻接地方式不仅适用于以架空线路为主的农业网络，也越来越适用于以电缆为主、容量不断扩大的城市网络。该自动跟踪消弧线圈接地方法避免了因接地故障电流过大而引起的一系列问题，并能在不影响供电的情况下自动消除暂态接地故障1，2。但是，规程规定线路单相接地允许故障运行2h，要求系统绝缘水平高，因此一些进口设备(尤其是电缆)受到威胁。同时，故障电流持续时间长不仅不利于人身安全，而且容易将非瞬时接地故障扩大为相间短路(尤其是电缆)。随着架空线路逐渐被电缆取代，传统的消弧线圈接地方式不再适用于单相接地，这种方式不会因瞬时和非瞬时故障而跳闸。配电网中性点新的接地方式是：当发生瞬时单相接地故障时，利用自动跟踪消弧线圈实现快速补偿，使故障电流小于一定值，电弧自动熄灭，使系统继续正常运行而不停止供电；当发生非瞬时单相接地故障时，可以正确选择故障线路并跳闸，而不影响其他非故障线路的正常运行；同时，保证单相接地故障的持续时间小于10s，使系统的绝缘水平与低阻接地3相同。这种接地方式的实现不仅要配备可靠、准确、快速响应的小电流接地选线装置和相应的跳闸装置，还必须有高质量的自动跟踪补偿装置。主要要求是：消弧线圈伏安特性线性度好、响应快、大范围连续调节、补偿效果好等。现有类型的自动跟踪补偿消弧线圈，包括4型转弯调节型、5型气隙调节型、6型DC偏置型、7型电磁阀、8型电容调节型和9、10型等，都存在一定的缺点，不能同时满足上述要求。这也是目前消弧线圈应用受到限制的原因。本文介绍的由高短路阻抗变压器电抗器组成的新型自动快速消弧系统能够满足上述要求，使上述接地方式成为可能。2自动快速消弧系统的主要部件该系统主要由高短路阻抗变压器式消弧线圈和控制器组成。同时，采用小电流接地选线装置作为配套设备。2.1具有高短路阻抗的变压器型消弧线圈消弧线圈是一种新型变压器式可控电抗器。初级和次级绕组之间的短路阻抗非常大(高达100%或更大)，次级绕组被晶闸管短路。通过调节晶闸管的导通角来调节次级绕组中的短路电流，从而实现电抗值的可控调节。原理和结构如图1所示。整个装置中设置了一个特殊的滤波电路，吸收晶闸管通断时产生的谐波，使电抗器输出工频电流。当晶闸管的触发角给定时，工作线圈输出的基波电流为：在公式中，Iom是晶闸管在额定电压下完全导通时流经工作线圈的电流有效值。消弧线圈不需要调整匝数，铁芯不需要有气隙，不需要复杂的直流回路和任何机械传动装置，结构非常简单，与普通变压器相同。由于电抗值是通过调节晶闸管来调节的，所以消弧线圈的响应速度非常快，可以实现从零到额定电流的无级连续调节。此外，消弧线圈的独特优势在于，用于补偿的电感不是变压器的激励阻抗，而是短路阻抗，从而确保在整个电压范围内具有良好的伏安特性。测量结果如图2所示。这一优势对于可控消弧线圈非常重要，因为在单相接地的情况下，中性点电压随接地阻抗而变化，而在高阻接地的情况下，中性点电压较低，最多可升至相电压的1.1倍。如果消弧线圈的伏安特性是非线性的，则消弧线圈输出的补偿电流将成为中性点电压的非线性函数，因此，利用额定电压下消弧线圈对应的电流外推或内插其它电压下的电流，将产生较大的剩余电流。考虑到零序电容测量的不准确性，接地剩余电流仍有可能超过规定的允许值。对于分级消弧线圈(例如，转弯调节型、容量调节型等。)，还有差分电流，可能更糟。2.2新控制器控制器是系统的核心，负责实时跟踪测量系统的电容电流，及时向系统输入或提取补偿电流，并跳闸接地故障线路。控制器在测量过程中采用“启发式”方法，并采用两次测量方法来保证系统电容电流测量的准确性。在测量过程中，系统远离谐振区域，因此即使不使用阻尼电阻，中性点电压也不会上升到危险区域。硬件和软件采用多重滤波和自动距离跟踪技术，可消除谐波干扰，保证全量程测量精度。在软件设计中，对系统中可能出现的各种现象(如重复接地故障等)有适当的对策。)，特别是在抗干扰方面，采用了多种技术。除了传统的“看门狗”之外，还设计了超时检测技术。即使在死状态下，“看门狗”也能正常工作，以确保整个系统在设定时间内恢复正常。当设备因人为误操作退出运行时，可在设定时间内自动切换到运行状态。补偿方式可以是欠补偿、过补偿和全额补偿。由于装置响应迅速，不需要预调谐，从而避免了串联谐振可能引起的危险过电压。同时，跳闸接口也设置为跳闸接地故障线路。它有一个信息传输接口，可以将相应的信息从无人值守变电站传输到远程调度站。控制系统的人机界面友好。它采用液晶显示，全中文操作。正常测量时，实时显示系统接地次数、中性点电压、电流、时间和系统运行状态。该控制器还具有优异的抗电磁干扰性能，在干扰环境下仍能长时间正常工作。2.3配套设备小电流接地选线装置该装置向系统注入一个固定频率的信号，利用安装在变电站内的检测器检测接地线路返回的电磁波的原理，选择接地故障线路。该装置科学合理，可靠性高，响应速度快。3自动快速消弧系统的主要性能和特点该系统的工业样机已在10.5千伏电压下完成了全面的系统仿真和现场测试，并已在变电站投入运行。模拟测试布线如图3所示。测试内容包括10kV单相金属接地、电弧接地和高阻接地等典型故障。模拟系统的电容电流从零到额定值。测量的典型波形如图4所示。试验数据统计表明，剩余流量小于6A，大多数情况下剩余流量小于3A。该系统的主要优点是：(1)在短响应时间接地故障发生(或解除)后，补偿电流可在5毫秒内输入(或退出)，故障电流可在60毫秒内降至非常小的剩余电流值。图4(b)是典型的动作过程。(2)在无接地故障的情况下，它可以在远离谐振点的区域工作，因此不必担心串联谐振过电压问题，也不必设置阻尼电阻，不仅提高了安全性和可靠性，而且简化了设备。(3)补偿状态可以随意改变，因为输出电流确实是无级连续可调的，所以可以在欠补偿、过补偿或全补偿状态下实现。(4)对配电网适应性强，每10秒跟踪一次配电系统的变化，不会对系统造成不利影响。调整范围可从零调整到额定值的优点，使其适用于变电站不同发展阶段对消弧线圈容量的不同需求。240接地故障和相应信息的记录容量可以清楚地了解故障状态，并且多个系统可以仅用一个控制器并行运行，从而降低成本。同时，系统还具有正确选择接地故障线路和实现跳闸的功能。结论采用可控消弧线圈补偿电容电流可以自动消除暂态单相接地故障，实现非暂态单相接地故障选线和跳闸，是配电网中性点较好的接地方式。由单片机组成的快速自动消弧系统2克莱拉耶普，杰斯通普，克莱门特姆。熄灭无干扰故障-补偿自清除故障J。传输与分配世界，1997年，第8期。徐莹。城市配电网中性点接地方式和绝缘水平。中国电力科学7尹忠东，程