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1、补偿电网阻尼率及脱谐度的分析陈陈忠忠仁仁 1 , 2 ,吴吴维维宁宁 2 ,陈陈家家宏宏 2 ,张张勤勤 2(1. 中国地质大学 地球物理与空间信息学院 ,湖北 武汉430074; 2. 国家电网公司 武汉高压研究所 ,湖北 武汉430074 )摘摘 要要 :阻尼率和脱谐度是补偿电网的两个重要参数 ,针对运行中出现的相关问题 ,从中性点位移电压 、 三相电压不平衡度以及残流的有功分量 、 无功分量等方面 ,分析了阻尼率和脱谐度对补偿电网运行特性的影响 ,给 出了合理配置阻尼率和脱谐度的公式 ,分析认为 ,采用非线性电阻将增大残流的有功分量 ,不利于电弧的熄灭 ;在保证残流小于规程允许范围内的前
2、提下 ,适当增大脱谐度 ,可改善三相电压不平衡度 ,有利于补偿电网的运行 。应用这些研究成果也解决了实际运行中出现的一些相关问题 。关关键词键词 :补偿电网 ;消弧线圈 ;阻尼率 ;脱谐度中中图图分分类类号号 : T M 727文文献献标识码标识码 : B文章文章编编号号 : 100129529 ( 2005) 03 20044 203Ana ly sis of dam p i n g ra te an d ou t2of2re sonan ce degree of com pen sa t ion n e tworkCH EN Z hong 2ren1, 2 , W U W ei2n ing
3、2 , CH EN J ia2hong2 , ZHAN G Q in2(1. Ch ina U n iv . of Geo sc ience s, W uhan 430074, Ch ina;2. W uhan H igh Vo ltage R e sea rch In stitu te, W uhan 430074, Ch ina)A b stra c t:D amp ing ra te and ou t2of2re sonance degree a re two impo rtan t p a ram e te rs of comp en sa tion ne t wo rk. To so
4、 lve the re levan t p rob lem s encoun te red in op e ra tion, the effec ts of damp ing ra te and ou t2of2re sonance degree on the op e ra2 tion cha rac te ristic of the comp en sa tion ne t wo rk we re ana lyzed from the a sp ec ts of neu tra l2po in t d isp lacem en t vo ltage, degree of unba lanc
5、e of the vo ltage s on th ree p ha se s and the ac tive and reac tive componen ts of re sidua l cu rren t . The fo r m u la s fo r p rop e rly configu ring the damp ing ra te and ou t2of2re sonance degree we re given. A fte r ana lyzing it is con2 side red tha t the adop tion of the non2linea r re s
6、istance w ill re su lt in the inc rea se of the ac tive componen t of the re sidua l cu rren t wh ich is d isadvan tageou s to the a rc supp re ssion; in the p re requ isite tha t the re sidua l cu rren t is kep t be low the lim ita tion sp ec ified by the code, app rop ria te inc rea se in ou t2of2
7、re sonance degree w ill i mp rove the degree of unba lance of the vo ltage s on th ree p ha se s and is benefic ia l to the comp en sa tion ne two rk op e ra tion. Som e re levan t p rob lem s en2coun te red in ac tua l op e ra tion can be so lved th rough app lying the se re sea rch ach ievem en ts
8、 .Key word s: comp en sa tion ne two rk; a rc supp re ssion co il;damp ing ra te; ou t2of2re sonance degree补偿电网的 2 个重要参数阻尼率和脱谐度 ,不仅决定了中性点位移电压的大小 、 三相对地电 压的平衡度 ,而且还决定了接地残流的大小以及 间歇性电弧的弧隙恢复电压的上升速度 ,电网运行中出现的三相电压不平衡 、 虚幻接地 、 残流过大等 ,都和这 2个参数有关 1 。的等效电导 gR 与电容电纳的比值 ,即 。 ( 3 g + gL + gR )d = d0 + dL + dR(C
9、)式中C 线路对地总电容 。 通常 ,架空线路的 d0 约为 3 % 5 % ,绝缘积 污受潮时可增大到 10 % ;电缆线路的 d0 约为 2 % 4 % ,绝缘老化时 ,也可增至 10 % ; d0 与导线的 排列位置无关 , 当电网一定时 , 其值一定 。 dL 很 小 ,一般可以忽略 。 而 dR 的大小由阻尼电阻 R 决定 。 R 既可和 消弧线圈串联 ,也可和消弧线圈并联 。前者对电 阻的热控量和短接开关的绝缘等级要求低 ,设备1补补偿电偿电网网阻尼阻尼率率分析分析1. 1 补补偿偿电电网阻尼网阻尼率率定定义义补偿电网的阻尼率 d 定义为 : 线路对地泄漏 电导 3 g、 消弧线圈
10、绕组自身电导 gL 与电容电纳年来了配合接地故障选线的要求 ,也有采用并联( 2 ) 接地残流电网单相接地时 ,阻尼率决定了接地残流中 有功分量的大小 ,关系到接地电弧能否可靠熄灭 。 对于预调式消弧线圈 ,串联的阻尼电阻在单 相接地时迅速地被短接掉 ,残流的有功分量 Ida和 接入随调式消弧线圈的情况相同 ,主要为线路的 泄漏电导 3 g (消弧线圈绕组的电导很小 ,忽略 )所产生的有功分量 Ida0 5 % IC 。 如果系统的阻尼率较大 ,则残流的有功分量 就很可观了 ( 5 % IC ) 。随调式消弧线圈可把残流的无功分量做到近似为 0 ,这时残流主要为有功 分量组成 ;预调式消弧线圈
11、残流的无功分量和脱谐度有关 ,如系统的阻尼率较大 ,则残流的有功分 量几近于无功分量 ,计算残流时必须加以考虑 ,不 应再被忽略 。 近年来 ,有人提出用非线性电阻取代线性电 阻 , 认 为 非 线 性 电 阻 不 用 短 接 开 关 , 相 对 可电阻的情况 2 3 。 2种方式 d 的计算有所不同 ,R 对于并联方式 : dR = 1 / (CR ) 对于串联方式 , 要将其化为等值的并联形式 , 考虑到消弧线圈补偿时 , 通常 L 1 /C, 此时阻 尼率 dR R / (L )对于已定电网 , 线路泄漏电导已定 , 故 d0 为 一定值 ,因此阻尼电阻阻值的大小可以改变补偿电网总的阻尼
12、率 。1. 2 阻阻尼尼率率对补偿对补偿电电网运行特网运行特性性的影响的影响 ( 1 ) 位移电压和三相不平衡电压22中性点位移电压 U0 = KC E / v + d 在电网结构确定后 ,不对称度 KC 和相电压E 均为定值 , 增加阻尼率 d 可以降低位移电压 U0 ,在全补偿位置或者调谐过谐振点时 (脱谐度 v =0 ) , 增加阻尼率可有效抑制线性谐振过电压 , 还 可消耗铁磁谐振的能量 , 对铁磁谐振过电压也有 一定的限制作用 。随调式消弧线圈一般不装阻尼电阻 , 阻尼率 相对较小 , 平时运行在远离谐振点的位置 , 脱谐度 很大 , 一般不会出现上述问题 4 5 , 但在调谐测量
13、时就有可能出现位移电压过大的情况 , 尤其是对于不对称度较大而阻尼率又较小的电网 。所以 , 随调式消弧线圈的调感测量要十分小心 , 尽量选 取位移电压较小的位置进行测量 , 以免引起线性谐振和虚幻接地 。 预调式消弧线圈一般在谐振点附近运行 , 脱 谐度小 , 阻尼率对电网的运行起着重要的作用 。对于不对称度较大的电网 , 增加阻尼率可降低位 移电压 , 减小三相电压不平衡度 , 有利于电网的运 行 , 还可避免虚幻接地的产生 , 特别是采用谐振法测量原理的消弧线圈 , 为保证在调感过谐振点时 不产生线性谐振过电压和避免引起虚幻接地 , 必 须保证系统有大小合适的阻尼率 , 一般可通过改 变
14、阻尼电阻的阻值以配置系统的阻尼率来解决 。 如河南信阳宝石桥变电站 10 kV 电网 ,在安 装一台消弧装置后 ,三相电压出现了严重的不平衡 ,且经常报 (虚幻 )接地信号 ,令值班人员头疼 。 经检查发现 ,消弧线圈过谐振点时的位移电压为960 V ,超过了 15 %相电压 ( 860 V )的绝缘监察动 作值 ,将阻尼电阻由原来的 20 增加到 40 后 ,最大位移电压降到 600 V ,消除了虚幻接地 ,三相 电压不平衡度也得到了明显的改善 1 。 6 7 靠。但非线性电阻在接地时阻值并不为零 ,一般在数 左右 ,这就增大了残流的有功分量 ,不利于电弧的熄灭 。 以非线性电阻在 10 k
15、V 电网补偿电流为 50 A 时的阻值 R = 5 为例 ,所产生的残流的有功分 量为 IdaR 4. 2 % IC 。总的残流有功分量为 :Ida = Ida0 + IdaR 9. 2 % IC 。 这将导致全 接地电流幅值的较大增加 ,不利于电弧的熄灭 。 实际上 ,线性电阻运行的可靠性可通过多种 途径达到 ,其一是保证热容量的选取符合要求 ;现 在已经有了不锈钢绕成的电阻带 ,散热面积大 ,在 大电流情况下 5 s内发热不损坏 , 短接开关有足 够的时间动作 ,同时也降低了对开关响应速度的 要求 ;其 二 是 增 加 后 备 保 护 , 在 主 开 关 (交 流 驱动 )之外 ,增加了过
16、流保护 (直流驱动 ) ,即使在变 电站交流电源失电的情况下 ,也能保证阻尼电阻 可靠的切除 。1. 3 补偿电补偿电网网阻尼率阻尼率的的确定确定 电网一定时 ,阻尼率 d0 一定 , 但预调式消弧 线圈可以通过改变阻尼电阻的阻值来改变整个系 统的阻尼率 , 这就涉及到阻尼电阻的合理配置问 题 。按照规程要求 , 正常运行时的中性点位移电压不得超过相电压的 15 % 。 一般情况下 , 架空线路不对称度 KC 的值通度是 可以 大于 10 % 的 8 ; 若阻 尼 率配 置得 小 一些 , 则脱谐度可以取得更大一些 。通常认为脱谐 度应不大于 10 %的看法 , 并无理论和实践上的依 据 。相反 , 脱谐度在满足残流要求的前提下 , 适当 大
