限流电抗器速投技术在油田配电网的应用

黄红宇 杨 靖

（河南油田水电厂，河南 南阳 473132）

河南油田电网以麒麟变电站等三个220kV变电站为供电电源，主要有110kV、35kV、6/10kV三个电压等级，生产区域跨卧龙、泌阳等8个（区）县，形成了“点多、线长、面广”的供电系统。随着油田的滚动式发展，油田电网的供电半径越来越大，为了减少线路损耗，全国各油田普遍采用 35kV油井直配线路，将 35kV高压深入边远的负荷中心，再将电压由35kV直接变为1.14kV或0.40kV，为油井电动机提供安全的电源。目前河南油田共有17条35kV油井直配线路，当该类线路出线侧发生短路故障时，短路电流较大易引起 35kV母线电压下降，从而造成非故障线路所带设备由于低电压保护动作而发生甩负荷现象，影响原油生产。

为解决上述问题，在 35kV线路出口采用了串联限流电抗器的技术，当线路发生短路故障时，限制系统短路电流，提高 35kV母线的残压。但使用限流电抗器后，所串联的限流电抗器由于一直带电运行，增加了电网的电能损耗，并且影响供电电压的质量。为减少线路正常运行时限流电抗器所带来的问题，在油田 35kV油井直配线路应用限流电抗器速投技术。

1 限流电抗器速投技术原理

限流电抗器速投技术的原理是：快速开关和限流电抗器并联，线路正常运行时快速开关闭合将限流电抗器短接，限流电抗器不产生损耗；线路发生短路故障时，快速开关快速分闸开断，短路电流换流进入限流电抗器回路中，限制系统短路电流。快速开关分闸后会进行一次自动重合闸，若线路短路故障为瞬时性，则快速开关会重合成功，重新将限流电抗器短接，装置恢复正常运行模式；若线路短路故障为永久性，则快速开关重合闸不成功，限流电抗器继续发挥限制短路电流的作用。

原理如图1所示。

2 电磁斥力操作机构

限流电抗器速投技术快速开关采用电磁斥力操作机构，这种机构结构简单、零部件少、可靠性高、分闸时间短（一般在 5ms以内）。电磁斥力操作机构主要组成包括：励磁线圈、斥力盘、储能电容（如图2所示）。

图1 限流电抗器速投技术原理

图2 电磁斥力操作机构结构图

电磁斥力操作机构原理图如图3所示，当T导通，预先充电的电容C对合闸（分闸）励磁线圈放电时，线圈会产生迅速增大的轴向磁场，此时在附近的金属运动斥力盘会感应出方向与线圈电流相反的涡流，由于金属运动斥力盘产生的磁场方向与线圈所产生的磁场方向相反，会使两者之间产生斥力。根据电磁力的特性，在励磁线圈匝数和电容大小一定的情况下，电磁力可以在1ms内达到50000N以上，从而推动金属运动斥力盘高速运动，使真空灭弧室内的触头闭合（分开）实现开关高速分合。

图3 电磁斥力操作机构原理图

3 限流电抗器速投装置

3.1 限流电抗器速投装置一次接线

限流电抗器速投装置一次接线图如图4所示。

3.2 限流电抗器速投装置控制器

1）控制器原理

控制器通过罗氏线圈，监视回路电流，当短路电流大于设定值，高速DSP通过专用算法，在2ms内快速精确的预测出三相电流的过零时刻，并在电流过零前发出动作指令，确保限流开关过零分断。

图4 限流电抗器速投装置一次接线图

控制器内部主要组织框图如图5所示。

图5 控制器内部组织框图

图 5中采集的电流信号经隔离、放大，通过FPGA（可编程逻辑阵列）发送至DSP（数字信号处理）进行数据处理，并将处理结果返回给 FPGA，FPGA控制快速开关动作；同时FPGA监控控制器的数据发送至DSP，DSP将数据送至后台子站。

2）控制器接线

控制器与一次系统、后台的接线图如图6所示。

图6 控制器与一次系统、后台的接线图

4 限流电抗器速投装置参数设计

4.1 限流电抗参数设计

设 35kV母线短路电流为 IK，系统原有短路阻抗为X1：

线路发生近端短路故障时，母线残压会快速下降，当母线残压低于60%时，线路上的电动机失压脱扣，故设定当残压为70%U时，串入限流电抗器电抗X。可得如下方程

将式（1）代入式（2），得限流电抗器电抗X：

4.2 装置动作电流值计算

将母线残压维持到70%U及以上，因此，根据保证母线残压整定装置的动作定值，计算过程如下：

式中，Xi为系统短路阻抗标幺值；XB为系统最小方式下母线短路阻抗标幺值。

计算得

保证母线残压整定公式为

式中，Ij为基准电流。

5 应用效果

装置在河南油田某35kV油井直配线路中应用，下面通过一次案例来说明装置的应用效果。

2013年11月29日13∶06∶59该线路66#杆发生 AC相间短路故障，站内开关过流跳闸，重合成功。限流电抗器在13∶06∶59迅速投入。

电压变化情况见表1。

表1 电压变化表

由上表看出，限流电抗器投入后将母线电压维持在80%U以上（A相电压为故障前80.0%，C相电压为故障前84.4%），避免了非故障线路由于低电压而发生甩负荷现象。

6 结论

限流电抗器速投技术在油田 35kV油井直配线路的应用，实现了线路发生短路故障时限流电抗器的快速投切，解决了传统限流电抗器一直带电运行所引起的电能损耗的问题。

[1] 崔家佩. 电力系统继电保护与安全自动装置整定计算[M]. 北京: 中国电力出版社, 1993.

[2] 王子建, 何俊佳, 尹小根, 等. 基于电磁斥力机构的10kV快速真空开关[J]. 电工技术学报, 2009, 24(11): 68-75.