自动跟踪补偿调容式消弧线圈

金黎，吴欣西安森宝电气工程有限公司摘要：自动跟踪补偿调容式消弧线圈成套装置是通过投切消弧线圈二次侧的电容器来改变其感抗的大小。对二次侧电容器进行编码，可作到宽范围，跨越式快速调节。控制器采用高速

PC104 工控机为核心，能快速，准确计算出系统对地电容电流的大小，并带有选线功能，在模拟试验和现场应用中取得了理想的效果。关键词：消弧线圈调容式自动跟踪补偿工控机Abstract: The capacitance-adjusting type of arc- suppressing coil that have the function of automatic tracking and compensating adjusts reactance by switching the capacitances of capacitors that paralleled the low voltage side of the arc-suppressing coil .Encoding to second side capacitors , the regulation may be realized speedily in the broad range with the leaping -over style. The controller adopts PC 104 embed industrial computer as the core, is able to calculate out exactly and speedily the electric current size of systematic earth capacitor and has the function of choosing fault current line. The effect of simulated test and field test of the controller is rather ideal . Key words: arc- suppress ing coil; capacita nc—djust ing type; automatic track ing and compensating; embed industrial computer

0 引言

随着国内6?66kV配电网不断扩大，电缆线路也逐年增加，使得系统对地电容电流越来越大，消弧线圈在系统中的作用也越来越重要。消弧线圈可以有效地补偿系统线路对地电容电流的大小，在发生单相接地故障时，减小了故障点的残流，达到自然熄弧的目的，避免了单相接地扩大为相间短路，降低了人身伤亡和设备损坏的可能性。

3-10KV 不直接连接发电机的系统和35KV、66KV 系统，当单相接地故障电容电流不超过下列数值时，应采用不接地方式；当超过下列数值又需在接地故障条件下运行时，应采用消弧线圈接地方式。

（1）3-10KV 钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路构成的系统和所有35KV 、66KV 系统、10A。

（2）3-10KV 电缆构成系统30A。目前国内运行的消弧线圈主要有：调匝式，调气隙式，直流偏磁式等。调匝

式和调气隙都存在调节范围窄，动作缓慢。直流偏磁式虽然克服了这以缺点，但是晶闸管移相控制会给系统带来了大量的谐波污染，此外，与其他几种调感方式相比较，成本高。【1】

1 调容式消弧线圈的组成及补偿原理

1．1 调容式消弧线圈的结构组成基于电力系统对消弧线圈成套装置的要求不断提高，西安森宝电气工程有限公司独立研制了一种调容式消弧线圈成套设备，如图1 所示（虚线以下为成套装

置，虚线以上为系统）。

1# B, 2# B为Z型接地变压器的特点为零序阻抗小，一次侧设有无励磁分

接开关用于调节不平衡度。它能引出中性点接消弧线圈，二次侧一般带站用电。

1# XH ，2# XH 为消弧线圈串接在接地变压器的中性点上，电容器柜消弧线圈并联

1 # R , 2# R 为阻尼电阻接于消弧线圈于大地之间，用来限制系统谐振过电压。用于本装置工作在靠近谐振位置，阻尼电阻串接其中可以起到消除谐振过电压，使中性点位移电压小于系统相电压的 15%。

1# PT , 2# PT 为中性点电压互感器用于采集中性点位移电压， 1# CT , 2# CT 为中性点电流互感器用于采集中性点电流，为计算电容电流提供参数。

控制器及控制屏安装于变电站室内。

图1调容式消弧线圈系统原理图

1. 2 调容式消弧线圈调感原理

调容式消弧线圈如图2所示，有一次侧和二次侧两组电感线圈，通过调节二次侧并列电容器的大小，改变二次侧电感，从而改变一次测电感值。 C1，C2， C3, C4, C5大小分别以C ，2C ，4C ，8C ，16C 排列，其中C 为C1的大小。这样，就为5路电容器编码，一共可以有 00000?11111, 32级档位。由于使用动作时间为毫秒级的真空接触器投切电容器，故调容式消弧线圈不但拥有很宽的调节范围，并且其响应速度快，克服了传统消弧线圈不能越级调节的困难。电容器在二次侧工作，降低了电容器的电压等级，大大降低了生产成本。其等效电路如图3所示。

图2消弧线圈结构原理图

如图3所示为以电感，电容并列支路，其对外等效阻抗 X 为： 1 j L jg j L j C

因为，，L 均为常数，令「2L 二

M ，画出(1)式函数曲线如图4所示。当 C (0, 1/M )式时，阻抗值X>0，成感性，此时X 值随C 值的增大而增大，随 C 值的减小而减小。当C 值趋近于1/M 时，C 值的改变会引起X 的剧烈变化，故在这个区间内，电容电流的计算值相对误差会稍大一些。

1. 3

自动跟踪补偿原理

在图5的等效回路中，考虑的是零序回路的参数【2】，所以导线的相间电容、改善功率因数用的电容器组、电网内负载变压器及其有功负荷不起作用。因为它们都是接在相间的。由于消弧线圈一般工作在谐振位置，故在消弧线圈与地之间串接阻尼电阻，来降低品质因数。控制器在计算电网电容电流时，忽略消弧线圈的等值损耗电导及对地电容的泄露电导。调谐时，先测量当前档位时流过消弧线圈的电流i 1,然后调节消弧线圈的档位，测量新的电流i 2并计算其相对于的相位差9。根据两档位的电抗之差和9的关系，可以计算出对应档位时的脱谐度。

图5 一次系统等效电路图

j L 1 - 2LC (1) 图3消弧线圈等效电路图

图4 (1)式函数曲线

bd (2)

式中，R 为等效回路的等值电阻，Xc 为系统对地容抗，Xn i , Xn 2分别为消弧线圈两次档位时的感抗。在每次换档由于时间很短，可认为中性点不平衡电压 Ubd 不发生变化，上两式相除得：

I l _ R j(X n2 -XC) |. 一 R j(X ni - Xc) 1

2 由于

11 - kcosv jksi nv

（ 5） I 2

式中k ，二分别为两次测量电流幅值之比和相角差。将（4）式代入（5）式, 分别对

实部，虚部列方程得系统对地容抗：当系统对地容抗发生改变时，同理可推导出新的对地容抗:

X c2 二 X n (1 - M) MX C1 (8)

式中X C 1,X C 2为系统对地容抗变化前后的对地容抗值。

控制器可根据式（6），（8）自动测得系统对地容抗，以此为判据调整消弧线圈到相应档位，达到自动跟踪补偿的目的。

3 控制器的设计

3. 1控制器硬件结构

本装置控制器采用PC104嵌入式CPU 模块为核心，可以运行DO 操作系统，为编写软件提供了很大的便利。板载显卡，并带有串行口，并行口，为其远动控制及功能扩展提供了前提条件。看门狗为连续不间断工作提供了良好保障。

A/D 转换模块AD1612，通过PC104栈接器与CPU 模块相连，可以组成一个高性能的数据采集与控制系统。它有16个单端或8个差分模拟输入通道，24路可编程数字量I/O ,精度为土 0.5%。每1.25毫秒对外部信号采样一次，一个周波可米16点，然后对米样点进行FFT ，可得到测量量的幅值和相角。

通过PC104栈接器再连接一块IR104输入输出模块。它拥有20路继电器（可读写）和20路光耦（只读），通过光耦可获得外部开关量信号，通过对继电器编程控制，对外输出开关量信号。

控制器还提供良好的人机对话界面，装有大屏汉显液晶，打印机，和工业小键盘。用户可十分方便的观察和操作。

3. 2软件流程

控制器软件直接在DO 操作系统TC 环境下编写。软件采用模块化设计，可移植性高。图 5为程序主流程图。另外程序中还有液晶显示模块，打印控制模块，响应键盘模U bd

(3)

式中

X C X n2 — MX

n1 1 -M

k - cos (6)

(7)

块等。

图5 程序主流程图

4 结论西安森宝公司独立研制的调容式自动跟踪补偿消弧线圈采用预调谐式，响应速度快，调档范围宽，计算准确。并带有RS232 RS48通讯接口，能实现遥信，遥测，遥控，遥调，能够满足变电站无人值班，少人职守的要求。带有接地选线功能，发生单相接地故障时为运行人员提供了有利的指导依据。一台控制器可控制两台消弧线圈。目前已在西安子午峪变电站运行10个月，效果良好。参考文献：

【1】电力行业标准DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》,1997【2】解广润电力系统过电压北京：水利电力出版社，1985