10 kV中压系统消弧线圈并联运行控制系统

韩翔，张旭，周鸿

（国网芜湖供电公司，安徽 芜湖 241000）

10 kV中压供电系统的特点是电缆数量多，因此电容电流很大。随着供电系统规模的不断扩大，越来越多的系统采用中性点经消弧线圈接地方式[1]。当变电站多条母线并列运行时，多套消弧线圈将处于并联状态，具体包括2种情况：1）同一个变电站内部多段母线并联运行时；2）2个变电站母线通过线路上的联络开关合环运行时。并联运行的消弧线圈如果不进行合理的控制，将出现电压波动甚至出现异常过电压，危害供电系统的安全运行[3]。目前，系统都是根据运行经验人工对并联运行的消弧线圈进行干预，不仅耗费时间长，而且可靠性较低。因此，对系统多个消弧线圈并联运行的控制技术进行研究具有重要意义。

本文针对消弧线圈的运行特点，提出了多台消弧线圈并联运行的自动控制技术。在计算电容电流时，应首先将所有从消弧线圈投入并联前的电感电流，然后调节主消弧线圈，从而保证计算的准确性。在电容电流计算结束后，应根据消弧线圈的容量，按比例分配电感电流，以均衡变电站各个消弧线圈的负载。本技术成熟、可靠，现场的实际运行充分证明了技术的实用性。该技术不仅适用于变电站内部消弧线圈的并联运行控制，也适用于不同变电站之间消弧线圈的并联运行控制。

1 站内消弧线圈并联运行控制方案

1.1 设置主消弧线圈和从消弧线圈

对于站内消弧线圈的并联运行，按照容量大小设置主消弧线圈优先级，选择容量大的消弧线圈作为主消弧线圈，其他消弧线圈为从消弧线圈，这样设置的目的是尽量利用主消弧线圈完成电容电流的计算。

1.2 电容电流的计算

消弧线圈并联运行后，主消弧线圈控制器实时监测母线中性点位移电压变化情况，以此作为控制器是否需要调谐的判据。当位移电压变化超过定值后，主消弧线圈首先向其他从消弧线圈发出命令，各个从消弧线圈立即将电感电流调节到并列前的目标值。这样做的目的是使从消弧线圈补偿一部分电容电流，保证主消弧线圈的容量距离谐振点不远，电容电流计算更加准确。

本控制方案采用中性点位移电压法测量系统对地电容电流[6-8]。系统正常运行时，电压谐振回路如图1所示，其中，X0为主消弧线圈电抗；X1～Xn为n个从消弧线圈电抗；XC∑为系统对地容抗；E觶0为系统不平衡电压；U觶0为中性点位移电压。

图1 电压谐振回路Fig. 1 Voltage resonance loop

对于中性点位移电压法，首先，主消弧线圈控制从消弧线圈（消弧线圈1～n）投入上次调谐完成其需投入的指定容量（此时K1～Kn闭合），以使主消弧线圈能在系统谐振点附近调节（但要避免串联谐振），然后，断开开关K0，测得中性点位移电压U′0；最后，闭合开关K0，主消弧线圈投入指定的电感L0，此时主消弧线圈的电抗为X0，再次测得中性点位移电压U″0，得

进而系统对地电容电流:

其中，UN为接地相相电压有效值。

1.3 消弧线圈补偿电流的分配

在电容电流计算结束后，应根据消弧线圈的容量，按比例分配电感电流，以均衡各个消弧线圈的负载。

这样分配的目的是尽量均匀地分配补偿容量，避免系统发生单行接地故障时，部分消弧线圈过热；而网络开环运行时，部分消弧线圈过补偿运行，部分消弧线圈欠补偿运行；同时，可最大限度利用消弧线圈的容量。

2 站间消弧线圈并联运行控制方案

对于站间消弧线圈的并联运行，控制原则是运行于供电系统中央变电站的并联控制策略。将电网内所有并联运行的消弧线圈根据容量进行排序，选择容量最大的消弧线圈作为主消弧线圈，其他为从消弧线圈。

各个不同变电站并联的消弧线圈电气量通过SCADA系统送至中央变电站的实时数据库。中央变电站能实时监控配电网中各段母线的运行状态，当需要进行自动调谐时，通过前文所述的方法协调控制主消弧线圈和从消弧线圈，测量系统电容电流，并且合理分配所有消弧线圈的容量。系统结构如图2所示。

图2 系统结构Fig. 2 System structure

3 运行实例

本控制方案运行于西山煤电集团屯兰110 kV变电站的6 kV系统，该系统一次系统接线如图3所示，变电站为单母线两分段接线，两段母线经断路器接入开闭站，分别设为I段、II段、III段母线。其中I段母线原来就配置有一台消弧线圈，由于补偿容量不够，需在II段、III段母线分别增设一台消弧线圈。

消弧线圈容量按照本段对地电容电流大小选取，消弧线圈容量及档位信息如表1所示。

系统初始运行方式（运行方式一）为：QFD、QF1、QF2闭合，I段、II段、III段消弧线圈并联运行。1号消弧线圈为主消弧线圈，调谐后测得系统对地电容电流为112.4 A，过补偿度设为10%，则需补偿的容量为123.64 A，调谐完成后容量分配如表2所示。

图3 一次系统接线图Fig. 3 Primary system wiring diagram

表1 消弧线圈容量及档位信息Tab. 1 Arc-suppression coil capacity and gear information

表2 消弧线圈容量分配（运行方式一）Tab. 2 Arc-suppression coil capacity assignment（operation mode 1）

当系统改变运行方式，设为运行方式二：QFD、QF1断开，QF2闭合，系统分开为2个网络，I段消弧线圈独立运行；II段、III段消弧线圈并联运行。按照控制方案，I段消弧线圈重新调谐，测得本段电容电流为53.2 A，需补偿的容量为58.52 A；II段、III段消弧线圈中，3号消弧线圈为主消弧线圈，测得网络对地电容电流为78.5 A，需补偿的容量为86.4 A。调谐完成后容量分配如表3所示。

表3 消弧线圈容量分配（运行方式二）Tab. 3 Arc-suppression coil capacity assignment（operation mode 2）

从运行结果来看，本控制方案在精确调谐的基础上，合理分配补偿容量，很好地完成了优化目标。

4 结论

本文提出了变电站消弧线圈并联运行的控制技术，控制技术不仅计算电容电流准确，而且能够合理分配电感电流，以均衡各个消弧线圈的负载。本文提出的控制技术已投入运行，并取得了良好的控制效果。

[1] 要焕年，曹梅月. 电力系统谐振接地[M]. 北京: 中国电力出版社，2000.

[2] 邓玲慧，王志新. 消弧线圈单相接地故障选线方法研究[J]. 电网与清洁能源，2012，28（9）: 20-24.DENG Linghui，WANG Zhixin. Research on fault line selection of single-phase earth fault through extinction coil[J]. Power System and Clean Energy，2012，28（4）:31-34（in Chinese）.

[3] 陈忠仁，吴维宁，张勤，等. 自动调谐式消弧线圈的并联运行方式[J]. 电力自动化设备，2005，25（7）: 93-95.CHEN Zhongren，WU Weining，ZHANG Qin，et al. Parallel operation modes of automatic tuning arc-suppression coils[J]. Electric Power Automation Equipment，2005，25（7）: 93-95（in Chinese）.

[4] 方景辉，赵扉，周海滨.消弧线圈主从并联运行方式下的综合控制方案[J]. 电力系统保护与控制，2009，37（21）:59-61.FANG Jinghui，ZHAO Fei，ZHOU Haibin. A synthetical scheme for the primary and secondary parallel operation mode of arc-suppression coil[J]. Power System Protection and Control，2009，37（21）: 59-61（in Chinese）.

[5] 徐玉琴，陈晓科，江一，等. 35 kV配电网消弧线圈并联运行探讨[J]. 电力自动化设备，2003，23（3）: 75-77.XU Yuqing，CHEN Xiaoke，JIANG Yi，et al. Optical control of parallel operation arc-extinction coils in 35 kV distribution system[J]. Electric Power Automation Equipment，2003，23（3）: 75-77（in Chinese）.

[6] 陈忠仁，吴维宁，陈家宏，等. 自动调谐式消弧线圈测量跟踪问题的研究[J]. 继电器，2004，32（18）: 24-28.CHEN Zhongren，WU Weining，CHEN Jiahong，et al.Study of measuring and tracing of arc-suppression coil with automatic tuning[J]. Relay，2004，32（18）: 24-28（in Chinese）.

[7] 朱少林，谢聿琳，叶立行.调谐方式对并联运行的影响[J].电力系统及其自动化学报，2006，18（1）: 82-85.ZHU Shaolin，XIE Yulin，YE Lixing. Effect of automatic tuning mode principle on parallel operation of src-suppression coil[J]. Proceedings of the CSU-EPSA，2006，18（1）:82-85（in Chinese）.

[8] 李嗣明，何婧，张熙军，等. 消弧线圈投入后引起系统电压不平衡原因分析及解决方法[J]. 电力系统保护与控制，2008，36（24）: 124-128.LI Siming，HE Jing，ZHANG Xijun，et al. Causing analysis and design solution of system voltage’s unbanlance when ARC-suppression coil goer line[J]. Power System Protection and Control，2008，36（24）: 124-128 （in Chinese）.

[9] GRIFFEL D，LEITLOFF V.A new deal for safety and quality on MV networks[J]. IEEE Trans on Power Delivery，1997，12（4）: 1428-1433.

[10] MAZON A J，ZAMORA I，ZABALA L，et al. First resonant neutral grounding implantation in spanish distribution system[C]// IEEE Porto Power Tech. Conference，Portugal，2001: 101-107.