一種全控型消弧線圈接地系統(tǒng)的研究.pdf

1、我國中壓配電網(wǎng)大多采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于消弧線圈的電感與線路對地電容發(fā)生并聯(lián)諧振，因此消弧線圈的感性電流可以補(bǔ)償故障電流中的容性成分。從而使接地點(diǎn)電流減小以熄滅電弧，抑制電弧重燃，因此也被稱為諧振接地系統(tǒng)。消弧線圈是諧振接地系統(tǒng)中的核心設(shè)備，從其誕生就一直備受爭議，迄今仍是本領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)與難點(diǎn)。本文分析了消弧線圈接地系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀（包括消弧線圈的結(jié)構(gòu)、調(diào)諧方法、故障選線及定位方法等），指出目前消弧線圈

2、接地系統(tǒng)中存在的主要問題。為解決這些問題，本文設(shè)計(jì)了一種利用全控型器件控制、具有新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的消弧線圈，并提出相應(yīng)的調(diào)諧、故障選線及定位方法。本文從理論分析、試驗(yàn)分析、仿真分析等方面對全控型消弧線圈接地系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證。論文的主要成果如下：
　　第一，本文提出一種利用全控型電力電子器件控制的新型消弧線圈。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由特殊的三繞組變壓器、雙向開關(guān)、電抗器以及濾波器等組成。三繞組變壓器的第1繞組接電網(wǎng)中性點(diǎn)或者人工構(gòu)造的中性點(diǎn)，流進(jìn)第1

3、繞組的電流即為消弧線圈工作電流；多組雙向開關(guān)組合成開關(guān)陣列，陣列的輸入端與第2繞組相連接，而陣列的輸出端接電抗器；第3繞組接濾波器，作為濾除高次諧波的通路。采用脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulation，PWM）信號控制雙向開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷，改變流過電抗器的電流及第2繞組電流的大小，從而達(dá)到調(diào)節(jié)第1繞組電流（即全控型消弧線圈的工作電流）大小的目的。根據(jù)電路原理，從變壓器的一次側(cè)（即中性點(diǎn)處）看進(jìn)去，整個(gè)消弧線圈的等效感抗也隨

4、之發(fā)生了改變。因此，控制雙向開關(guān)導(dǎo)通與關(guān)斷就可以達(dá)到調(diào)節(jié)消弧線圈等效感抗的目標(biāo)。該消弧線圈響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)范圍寬。與相控式消弧線圈相比，該消弧線圈所產(chǎn)生的諧波階次更高，更容易濾除。該研究成果已經(jīng)申請專利。
　　第二，針對全控型消弧線圈的特點(diǎn)，本文提出兩點(diǎn)法與故障期間調(diào)諧相結(jié)合的綜合調(diào)諧方法。其要點(diǎn)是：在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)測量對地電容大小并折算成相應(yīng)的消弧線圈感抗值，當(dāng)發(fā)生單相接地故障后按照該值進(jìn)行補(bǔ)償，以保證消弧線圈快速響應(yīng)。如果故障

5、期間電網(wǎng)運(yùn)行方式發(fā)生改變，引起線路對地電容發(fā)生變化，那么啟動(dòng)故障期間調(diào)諧方法進(jìn)行調(diào)諧。針對目前故障期間調(diào)諧研究很少的情況，在負(fù)序電流法研究的基礎(chǔ)上，本文提出并證明了在單相接地故障期間，各條饋線的“負(fù)序電流增量和”也可以有效跟蹤接地點(diǎn)故障電流的變化，即當(dāng)負(fù)序電流增量和最小時(shí)，接地點(diǎn)故障殘流也達(dá)到最小。使用饋線“負(fù)序電流增量和”這一特征量的優(yōu)點(diǎn)是無需判斷故障饋線、避免系統(tǒng)不平衡電壓的影響以及彌補(bǔ)了兩點(diǎn)法不能在故障期間調(diào)諧的缺陷。
　　

6、第三，通過計(jì)算、比較各條饋線的名義過渡電阻值，本文提出一種辨識串聯(lián)諧振與單相接地故障的方法。該方法的理論依據(jù)是：單相接地故障時(shí)，故障饋線的接地點(diǎn)存在過渡電阻，計(jì)算得到的名義過渡電阻即為正常的過渡電阻。而發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)并不存在過渡電阻，那么根據(jù)計(jì)算得到的名義過渡電阻實(shí)際是線路的泄露電阻，該值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常的過渡電阻值。據(jù)此，可以辨識串聯(lián)諧振。
　　第四，消弧、故障選線、故障定位的一體化是消弧線圈接地系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。全控型消弧線圈的顯著

7、特點(diǎn)之一是改變雙向開關(guān)導(dǎo)通與關(guān)斷的順序，可以合成特定頻率的電流信號。即，全控型消弧線圈既可以作為信號發(fā)生器，又可以作為信號注入設(shè)備使用。這為集成消弧、故障選線、故障定位等功能提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。本文首先分析了利用全控型消弧線圈產(chǎn)生注入信號的機(jī)理，闡述了過渡電阻對注入信號分布的影響，并據(jù)此提出了注入信號頻率的選取原則。最后提出基于全控型消弧線圈的注入信號法以解決故障選線、故障定位等問題。
　　第五，本文使用PSCAD/EMTDC軟件搭建