周 銳，夏俊雅，鄭安豫，侯宜祥

(1.安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽合肥市包河區(qū)包河大道56號(hào) 230051；2.中國(guó)建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)安徽有限公司，安徽合肥市包河區(qū)望江東路60號(hào) 230051；3.安徽省電力公司培訓(xùn)中心，安徽合肥市包河區(qū)包河大道56號(hào) 230051)

我國(guó)35kV及以下配電網(wǎng)系統(tǒng)多采用中性點(diǎn)非有效接地方式，其中中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式應(yīng)用廣泛。對(duì)該種系統(tǒng)，單相接地故障最為常見(jiàn)，發(fā)生單相接地時(shí)，接地電容電流由中性點(diǎn)消弧線(xiàn)圈電抗器補(bǔ)償。采用消弧線(xiàn)圈限制了接地電流的大小，減少恢復(fù)電壓，使電弧容易熄滅，避免電弧重燃，減少對(duì)電路危害[1]。消弧線(xiàn)圈并聯(lián)阻尼可以有效抑制中性點(diǎn)電壓偏移[2-3]，發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)切除阻尼，并將消弧線(xiàn)圈調(diào)制到完全補(bǔ)償狀態(tài)[4-5]。只有準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)地電容電流才能確定消弧線(xiàn)圈調(diào)諧的量，保證補(bǔ)償效果。該種接地方式有效減少故障電流危害。我國(guó)電網(wǎng)系統(tǒng)，對(duì)中性點(diǎn)非有效接地方式，發(fā)生單相接地故障時(shí)允許短時(shí)運(yùn)行2h[6]，這樣可以減少停電時(shí)間，提高供電可靠性。

目前廣泛采用的對(duì)地電容電流檢測(cè)方法有極值法[7]、注入信號(hào)法[8]、阻抗三角形法[9]、偏置法[10-11]等。注入法需要向系統(tǒng)注入諧波，通過(guò)在二次側(cè)(例如TV二次側(cè))注入諧波調(diào)諧測(cè)量對(duì)地電容電流。根據(jù)注入信號(hào)的不同，測(cè)量分為掃頻法，單頻法，雙頻法，三頻法等方法，以上方法諧波會(huì)對(duì)系統(tǒng)及測(cè)量造成影響，且存在測(cè)量復(fù)雜，諧波頻率選取對(duì)測(cè)量結(jié)果影響較大，設(shè)備復(fù)雜等問(wèn)題[12-13]。阻抗法、極值法等需要對(duì)參數(shù)多次調(diào)解(阻抗法需要至少2次調(diào)節(jié)，極值法需要多次調(diào)節(jié))，達(dá)到全補(bǔ)償狀態(tài)，這些方法一是需要對(duì)消弧線(xiàn)圈反復(fù)調(diào)節(jié)，對(duì)設(shè)備造成損害；二是需要系統(tǒng)達(dá)到全補(bǔ)償狀態(tài)，某些元件諧振對(duì)系統(tǒng)有一定影響；三是精度的保證則需要考慮多種因素的影響，例如阻抗法測(cè)量精度與電網(wǎng)波動(dòng)、消弧線(xiàn)圈分接頭設(shè)置、阻抗三角形角度等因素有關(guān)，除此之外還要考慮系統(tǒng)不平衡度較低的情況下，消弧線(xiàn)圈端電壓較小，測(cè)量值的非線(xiàn)性失真問(wèn)題。偏置法采取加偏置電容或者偏置電阻，加入的偏置元件會(huì)影響測(cè)量的精度和電網(wǎng)的安全。

文中對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈(帶阻尼繞組)接地系統(tǒng)，提出一種基于變阻尼的零序電流測(cè)量中性點(diǎn)對(duì)地電容電流方法。該方法測(cè)量初始狀態(tài)流過(guò)中性點(diǎn)電流(即3倍零序電流)的幅值和相角，改變阻尼后，再次測(cè)量流過(guò)中性點(diǎn)電流的幅值和相角。根據(jù)兩次測(cè)量得到的電流幅值和相角，計(jì)算系統(tǒng)失協(xié)度，最終計(jì)算系統(tǒng)對(duì)地電容電流。該方法中需要測(cè)量的信號(hào)即流過(guò)中性點(diǎn)電流值獲取容易，可以直接從中性點(diǎn)電流互感器，即零序電流互感器得到，也可以采用數(shù)字式處理方法將A相、B相、C相電流值疊加。該方法不用考慮消弧線(xiàn)圈端電壓較低造成的非線(xiàn)性失真，以及TV的變換誤差，不需要調(diào)節(jié)消弧線(xiàn)圈分接頭，只需要改變消弧線(xiàn)圈阻尼，對(duì)系統(tǒng)影響較小。通過(guò)Matlab軟件仿真驗(yàn)證該方法的可行性，該方法測(cè)量信號(hào)容易得到，方法簡(jiǎn)單，對(duì)系統(tǒng)影響小，實(shí)用性高、精度高，對(duì)工程測(cè)量有實(shí)際借鑒意義。

1 測(cè)量原理與參數(shù)選擇

1.1 基本原理

圖1 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地基本原理圖Fig.1 Basic principle diagram of neutralpoint grounding through arc suppression coil

(1)

(2)

圖2 電壓源到電流源變換圖Fig.2 Transformation diagram from voltage source to current source

(3)

帶入(1)式得到：

(4)

(5)

(5)式除以(4)式：

(6)

化簡(jiǎn)(6)式得到：

(7)

化簡(jiǎn)(7)式等號(hào)右邊實(shí)部為G∑，虛部為jYLC。

從而計(jì)算得到系統(tǒng)對(duì)地電容值：

(8)

(9)

化簡(jiǎn)(7)式得到實(shí)部為

(10)

化簡(jiǎn)(7)式得到虛部為：

(11)

測(cè)量改變電阻前后中性點(diǎn)電流的幅值和相角，根據(jù)(9)式可以計(jì)算得到a、b、c、d的值，帶入(11)式計(jì)算得到失協(xié)度YLC，帶入(8)計(jì)算得到對(duì)地電容的值。以往的算法多采用電壓信號(hào)，電壓信號(hào)對(duì)大小有要求，且電壓互感器的誤差較大，當(dāng)中性點(diǎn)電壓偏移較小，消弧線(xiàn)圈端電壓過(guò)小，容易產(chǎn)生非線(xiàn)性失真，測(cè)量誤差大，以上計(jì)算采用電流信號(hào)誤差小，容易獲取，測(cè)量誤差小，解決了電壓信號(hào)的測(cè)量誤差問(wèn)題。

1.2 參數(shù)的選擇

根據(jù)1.1的測(cè)量的基本原理，改變中性點(diǎn)接地電阻大小，測(cè)量改變電阻前后流過(guò)中性點(diǎn)電流即3倍的零序電流就可以計(jì)算出系統(tǒng)對(duì)地電容電流的大小。該方法中，選擇中性點(diǎn)電抗和電阻的值對(duì)測(cè)量及單相接地后可以正確的跟蹤補(bǔ)償至關(guān)重要。電阻和電抗的值選擇需要滿(mǎn)足兩個(gè)條件：(1)脫諧度在±5%以?xún)?nèi)；(2)保證中性點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間電壓偏移不超過(guò)相電壓額定電壓的15%。脫諧度控制在±5%以?xún)?nèi)是為了使消弧線(xiàn)圈盡可能處在全補(bǔ)償?shù)闹C振狀態(tài)，同時(shí)又要避免諧振帶來(lái)的中性點(diǎn)過(guò)電壓，所以規(guī)定電壓偏移不超過(guò)15%。

2 仿真計(jì)算

在Matlab中搭建實(shí)驗(yàn)電路如圖3所示。該系統(tǒng)采用我國(guó)配電網(wǎng)常用電壓等級(jí)10kV配網(wǎng)，共有出線(xiàn)4條，其中L1、L2為架空線(xiàn)路，L3、L4為電纜線(xiàn)路，長(zhǎng)度分別為10km、15km、20km、10km，由于換位不充分，L1的A相多2km。各輸電線(xiàn)路采用π型等值電路，參數(shù)設(shè)置如表1所示?？偭阈螂娙轂?.52×10-5F，諧振電感設(shè)置為0.67H。如需跟蹤補(bǔ)償可以在L1上設(shè)置故障。仿真中控制B1，B2，改變R1、R2的參數(shù)，分別設(shè)置中性點(diǎn)接地電阻由1kΩ變到0.3kΩ和20kΩ變到0.5kΩ，在示波器3中讀取改變電阻前后中性點(diǎn)電流的幅值和相角，如表2所示。將結(jié)果帶入(9)式計(jì)算a、b、c、d的值(例如當(dāng)接地電阻由1kΩ變到0.3kΩ時(shí)，a、b、c、d的值分別為1.994，2.273，1.169，1.574)。帶入(11)式計(jì)算失協(xié)度的值分別為5.09×10-5，5.72×10-5最后根據(jù)公式(8)得到總對(duì)地電容分別為1.521×10-5F，1.53×10-5F計(jì)算結(jié)果如表2所示，與實(shí)際總電容值1.52×10-5F相符，滿(mǎn)足測(cè)量要求?；陔娏髁康淖冏枘釡y(cè)量對(duì)地電容方法簡(jiǎn)單，實(shí)用、可用于實(shí)時(shí)測(cè)量，對(duì)工程測(cè)量有實(shí)際借鑒意義。

圖3 實(shí)驗(yàn)仿真電路Fig.3 Experimental simulation circuit

表1 配電系統(tǒng)參數(shù)

表2 算例結(jié)果

3 結(jié)論

文中提供了改變中性點(diǎn)電阻(消弧線(xiàn)圈并聯(lián)電阻)，測(cè)量改變電阻前后通過(guò)中性點(diǎn)的電流的幅值和相角即零序電流的幅值和相角，計(jì)算失協(xié)度，從而計(jì)算經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地配電網(wǎng)的電容的方法。該方法有以下特點(diǎn)：

(1)不需要反復(fù)調(diào)節(jié)消弧線(xiàn)圈、不需要設(shè)置接地故障、也無(wú)需加諧波信號(hào)，偏置設(shè)備，避免了諧波污染、人為設(shè)置電路故障，測(cè)量電路簡(jiǎn)單，只需要調(diào)節(jié)一次電阻就可以精確測(cè)量對(duì)地電容值，可用于實(shí)際工程。

(2)測(cè)量信號(hào)容易得到，測(cè)量信號(hào)采用中性點(diǎn)流過(guò)的電流即零序電流，容易得到。相對(duì)于其他常用的采用電壓信號(hào)的方法，避免因?yàn)殡妷夯ジ衅鞯膫鞲姓`差，中性點(diǎn)電壓偏移過(guò)低，測(cè)量非線(xiàn)性失真等引起的測(cè)量不準(zhǔn)問(wèn)題；也避免了電壓過(guò)高鐵心飽和引起諧振過(guò)電壓?jiǎn)栴}。

(3)改變消弧線(xiàn)圈電阻而非電抗來(lái)測(cè)量對(duì)地電容電流。該過(guò)度過(guò)程短暫，對(duì)系統(tǒng)影響較小。推導(dǎo)出對(duì)地電容電流的電流法，對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)帶阻尼繞組消弧線(xiàn)圈接地的配電網(wǎng)系統(tǒng)提供了新的不對(duì)稱(chēng)短路的測(cè)量依據(jù)。