一种消弧装置补偿功能校验方法研究

摘要：阐述了电网系统电容电流的测量方法，以及其在变电站10kV母线应用中对消弧装置补偿功能的校验技术。通过分析电容电流的3种测量技术：最大中性点位移电压法，信号注入法和阻抗三角形法，结合变电站实际工况，提出了一种创新校验方法。该方法通过构建模拟电路，施加已知电容和电压，利用消弧线圈控制装置测量电容电流，并与理论值比对，有效验证了测量精度与自动调档功能。经10所变电站实测验证，该方法能准确识别补偿准确度低和档位切换异常问题，对保障电网安全运行具有重要意义。

关键词：电容电流消弧装置校验电网安全

ResearchonaVerificationMethodforCompensationFunctionofArc-SuppressionDevices

QIANYufeng

YangzhouPowerSupplyBranchofStateGridJiangsuElectricPowerCo.，Ltd.，Yangzhou，JiangsuProvince，225000China

Abstract：Thisarticleelaboratesonthemeasurementmethodofcapacitivecurrentinthepowergridsystemandtheverificationtechnologyforthecompensationfunctionofarc-suppressiondevicesintheapplicationof10kVbusbarsinsubstations.Byanalyzingthreemeasurementtechniquesforcapacitivecurrent：maximumneutralpointdisplacementvoltagemethod，signalinjectionmethod，andimpedancetrianglemethod，combinedwiththeactualworkingconditionsofsubstations，aninnovativeverificationmethodisproposed.Thismethodconstructsasimulatedcircuit，appliesknowncapacitanceandvoltage，usesanarc-suppressioncoilcontroldevicetomeasurethecapacitancecurrent，andcomparesitwiththetheoreticalvalue，effectivelyverifyingthemeasurementaccuracyandautomaticgearshiftingfunctionThroughactualtestingandverificationin10substations，thismethodcanaccuratelyidentifyissuessuchaslowcompensationaccuracyandabnormalgearswitching，whichisofgreatsignificanceforensuringthesafeoperationofthepowergrid.

KeyWords：Capacitivecurrent;Arc-suppressiondevice;Verification;Powergridsafety

近年来，随着电网的规模也在不断扩大，变电站内系统的电容电流也在逐渐增加。为了避免由于电容电流过大导致在发生单相接地时产生较大的电弧放电事故，我国中压配电网大多采用中性点经消弧线圈接地方式。当发生单相接地故障时，由于消弧线圈的电感与线路对地电容发生并联谐振[1]，因此，消弧线圈的感性电流可以补偿故障电流中的容性成分，从而使接地点电流减小，以熄灭电弧，抑制电弧重燃。但是，现阶段的变电修试专业缺乏相关的设备和手段对消弧线圈补偿功能进行检验[2-3]。本文对消弧装置的工作原理和电容电流的测量方法进行了分析，结合变电站电网系统实际情况，提出了一种对于消弧装置补偿功能校验的方法。

1电容电流测量方法

1.1最大中性点位移电压法

中性点电压UN的大小与系统的脱谐度的大小有关。当脱谐度等于0时，中性点电压UN达到最大值，此时，消弧线圈的感抗与线路对地容抗相等。根据这一原理，可以自动调节消弧线圈的合适档位，方法如下。测量消弧线圈在各个档位系统中性点电压UN、中性点电流IN的大小，当补偿的电抗与对地容抗相等时，即

此时，系统为纯阻性，中性点电压UN达到最大值UNmax，所对应的档位即为全补偿（或者接近全补偿）位置。消弧线圈控制系统再根据过补偿的原则，选定合适的预调档位。

但是，当不对称电压很小时，在谐振点附近时，中性点电压变化比较小，从而导致比较大的误差。另外，采用这种方法的消弧线圈需要增加阻尼电阻，否则会导致串联谐振过电压。

1.2信号注入法

信号注入法主要分为恒频注入和变频注入。恒频注入法即在电网正常运行时向电网注入某一种频率的电流信号，通过测量注入的信号产生的零序压降，计算得到系统的电容电流。变频注入法是指向电网注入变频电流信号，找出谐振频率，无需测量消弧线圈的任何参数。

无论是注入恒定频率，还是注入一系列的频率，信号注入法存在一个共同的问题，即需要专门的信号发生装置，并且信号大小受到信号发生装置和注入设备功率的限制。

1.3阻抗三角形法

阻抗三角形法应用于消弧线圈串联阻尼电阻接地系统，利用阻尼电阻R与系统，对地容抗和消弧线圈感抗组成的阻抗三角形关系进行对地电容大小的测量，如图1所示。

在不对称电压下，在线调节消弧线圈的2个档位（电抗值分别为XL1和XL2）。图1中，R为阻尼电阻，补偿后的总阻抗为Z1、Z2，两者之间的夹角为θ，Z2与R之间的夹角为φ，根据对应公式，即可计算出系统的对地容抗。在计算过程中，当电阻值R过小时，得到的容抗XC存在很大的误差，所以，这种方法仅适用于串联阻尼电阻的调匝式消弧线圈。

2线路系统分析

针对变电站内10kV母线运行情况，在没有配置消弧线圈时，可以简化为如图2所示的等效电路。

图2中，UA、UB、UC为系统的三相电压，CA、CB、CC为三相线路分别的等效对地电容，O为系统的中性点，O1点为接地点。

当系统需要配置消弧线圈时，相当于在图2位置的O点增加一个接地的消弧装置，如图3所示。

中性点电压Uoo1具有零序电压的性质，它和CA、CB、CC及L组成的等效电路可以用戴维南等效定理得到：等效电路中的等值电压等于不接入负载L时的开路电压，即为中性点电压Uoo1；等效内阻为电源短路后从O点观察的等效阻抗，即为A、B、C三相对地电容并联之后的等效容抗，记为C1，得到的等效电路如图4所示[4]。

图4中，R1为消谐器与线路电阻组成的等效电阻，可以看出，电压为中性点电压的恒压源，Uoo1的内阻为A、B、C三相对地电容并联之后的等效容抗C1，所以，在实际运行中，C1与L和R1为串联关系。

3补偿功能检验方法

现拟定一种检测消弧线圈控制屏柜的电容电流测量结果的验证方法。

从上述的系统分析中得到结论：C1与L和R1为串联关系，将消弧线圈的与接地变高压侧线圈断开，接入一个可调电容值的电容C0（用于模拟线路中的杂散电容），并在电容上施加大小为5～20V的交流电压（模拟系统中性点的位移电压），效果如图5所示。

由于模拟的电容量和中性点位移电压都已知，系统中的电容电流也可以确定，通过测量结果和已知数据的对比，评价消弧线圈控制装置测量的准确性[5]。

该装置也可对消弧装置的自动调档功能进行验证：在消弧装置控制屏上将消弧线圈的补偿档位调至最小，打开自动调档功能，在接入的校验装置上变更接入电容的大小，观察消弧装置的动作情况。如果消弧装置能正确调节档位，则证明该消弧装置的档位调节功能正常[6]。

4方法应用

利用上述方法对10所变电站的消弧装置进行校验，统计结果如表1所示。

由表1中可以看出，10所变电站中，3号变电站和6号变电站的补偿准确度相较于其他变电站的准确度较差，8号变电站的档位切换功能异常。经检查后，发现该消弧装置的传动齿轮损坏。因此，使用该方法进行变电站消弧装置的补偿功能校验，可以较为准确地验证消弧装置的补偿准确度和档位切换功能的好坏。

5结语

本文通过对多种电容电流测量原理的分析和实际系统等效电路的研究，提出了一种用于校验消弧线圈补偿功能的方法。该方法可以较为有效地检测出变电站消弧装置补偿功能的异常，找出消弧装置补偿功能的缺失。目前，该方法的研究还处于起步阶段，以该方法为原理的检测设备仍在研制当中，后续的研究将围绕检测手段的智能化展开，以填补变电修试专业在消弧装置补偿功能校验方面的空白。

参考文献

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