［關鍵詞］消弧線圈；柔性補償；單相接地；故障選線

［中圖分類號］TM862 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）10–0101–03

隨著配電網(wǎng)運行方式的日益靈活化，傳統(tǒng)的單相接地故障選線方法因準確性不足、誤判率較高等問題，已難以滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的運行需求。消弧線圈是一種配備鐵心的電感元件，通常被接入電力系統(tǒng)的變壓器中性點與接地網(wǎng)之間，以形成消弧線圈接地系統(tǒng)。在電力系統(tǒng)運行過程中，消弧線圈中沒有電流，而是處于待機狀態(tài)。電網(wǎng)遭遇雷擊或發(fā)生單相電弧性接地故障時，系統(tǒng)的中性點電位會顯著上升，直至接近相電壓的水平。此時，消弧線圈開始產(chǎn)生電感性電流，并與單相接地時產(chǎn)生的電容性故障電流相互抵消，這一過程即為故障電流的補償。經(jīng)過補償后，流經(jīng)故障點的殘余電流會顯著降低，由于電流不足以維持電弧的持續(xù)燃燒，電弧會自行熄滅，從而避免了故障進一步擴大，保障了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。此外，消弧線圈在電磁兼容性測試和試驗中同樣展現(xiàn)出其應用價值。通過阻抗匹配和濾波作用，消弧線圈能夠抑制電路中的電磁干擾，增強電路的穩(wěn)定性和可靠性。在繼電器、變壓器等高頻電路及各類信號線路中，消弧線圈均展現(xiàn)出了其卓越的性能。因此，研究利用消弧線圈對故障電流的柔性補償作用，實現(xiàn)對故障線路的準確識別和定位，能夠為電力系統(tǒng)的故障診斷和定位提供新的思路和方法。

1基于消弧線圈柔性補償?shù)膯蜗嘟拥毓收线x線方法設計

中性點非有效接地方式主要可分為不接地、經(jīng)消弧線圈接地及經(jīng)電阻接地。其中，中性點經(jīng)消弧線圈接地是一種在電力系統(tǒng)中廣泛應用的接地方式，特別適用于高壓電網(wǎng)。這種接地方式的核心是在中性點和大地之間裝設一個帶鐵芯的電感線圈，即消弧線圈。中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相故障示意如圖1所示。

在電力系統(tǒng)中，故障殘余電流的大小受失諧度的影響顯著。若失諧度的值為0，就理論而言可以實現(xiàn)完全補償，是補償度上最為理想的狀態(tài)。但是，在實際情況中，這種完全補償可能導致系統(tǒng)發(fā)生串聯(lián)諧振過電壓，從而帶來安全隱患。若過失諧度的值大于0，即為欠補償狀態(tài)，是指補償感抗大于出線系統(tǒng)的容抗，因此補償后的電感電流小于出線系統(tǒng)電容電流，此時，流過故障點的電流為容性電流。在此狀態(tài)中，如果系統(tǒng)因其他操作導致電容電流減小，還可能誘發(fā)諧振過電壓。若失諧度的值小于0，即為過補償狀態(tài)，是實際情況中最安全且有效的補償方式。該狀態(tài)下消弧線圈不僅能有效消除故障電容電流，還能避免諧振過電壓的產(chǎn)生，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

在復雜的電力系統(tǒng)環(huán)境中，環(huán)境因素的變化對單相接地故障具有顯著影響。特別是接地點的過渡電阻，其值會因環(huán)境條件的差異而有所波動。這種變化進而會導致經(jīng)過消弧線圈補償后的故障點電流表現(xiàn)出不同的特征。因此，在故障選線過程中，研究引入并聯(lián)電阻以改變系統(tǒng)的電力特性，但是這可能使故障點的電流值進一步增加。為了確保故障點電流始終保持在安全標準范圍內(nèi)，研究對并聯(lián)電阻的最優(yōu)值進行計算。并聯(lián)電阻的計算方法如下：

并聯(lián)電阻的選取受到線路電容、系統(tǒng)脫諧度及接地過渡電阻等多重因素的共同影響。因此，在選擇并聯(lián)電阻時，應遵循普適化原則，以確保在各種情況下都能實現(xiàn)理想的補償效果。

基于消弧線圈柔性補償?shù)膯蜗嘟拥毓收线x線方法的研究設計流程如下：模擬或?qū)嶋H發(fā)生單相接地故障，觸發(fā)故障響應機制→投入消弧線圈，利用其對電容電流的補償作用，初步抑制故障電流→設定延時3s，以確保消弧線圈充分發(fā)揮其補償作用，并觀察故障狀態(tài)的變化→判斷故障是否消失，若故障仍然存在，則進入下一步驟→測量系統(tǒng)對地電容電流，以獲取系統(tǒng)當前的電氣參數(shù)→基于測得的電容電流，控制器選擇合適的并聯(lián)電阻值，以進一步優(yōu)化故障電流的補償效果→測量各條線路的零序電流及系統(tǒng)的零序電壓，以獲取關鍵的故障特征信息→對測得的零序電流和零序電壓的幅值和向量進行比較分析，以區(qū)分故障線路與非故障線路→根據(jù)分析結果選擇故障線路，并進行切除操作，同時斷開并聯(lián)電阻，結束選線過程。

2分析驗證

2.1仿真模型搭建與試驗設定

為了驗證基于消弧線圈柔性補償?shù)膯蜗嘟拥毓收线x線方法的適用性，研究利用MATLAB仿真平臺進行了模型構建?；谙【€圈柔性補償?shù)膯蜗嘟拥毓收线x線仿真模型如圖2所示。

當系統(tǒng)遭遇故障時，研究采用具有不同阻值的電阻來確定故障選線，以確保在符合安全電流限制的前提下，研究方法能夠最大化地提取和利用故障時產(chǎn)生的關鍵信息，從而有效地區(qū)分單相接地故障選線。當擴容消弧線圈按照上述補償度進行工作時，投入選線電阻后需確保故障點電流小于10A，以確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

2.2仿真結果分析

當發(fā)生單相接地故障時，研究模型在300Ω、1300Ω和3000Ω選線電阻的零序電流仿真結果如圖3所示。

由圖3（a）可知，當電阻為300Ω時，故障線路的電流顯著增大，最高值達到38A，遠超過10A的安全電流限制，因此不適用于選線。由圖3（b）可知，當電阻增大至1300Ω時，故障電流隨時間增長均保持在10A以下，最高電流為8A，符合安全要求。由圖3（c）可知，當選線電阻為3000Ω時，故障電流也始終低于10A，且最高電流為9A，滿足安全標準。綜上所述，1300Ω和3000Ω的電阻值均能滿足電流安全要求，但考慮到較小的電阻值通常具有更高的經(jīng)濟性，因此經(jīng)綜合分析后，確定1300Ω為消弧線圈柔性補償策略下單相接地故障選線的并聯(lián)電阻最優(yōu)值。

3結束語

研究對基于消弧線圈柔性補償?shù)膯蜗嘟拥毓收线x線方法進行仿真分析，仿真結果顯示，1300Ω和3000Ω的電阻值均能滿足電流安全要求，在綜合考慮安全性和經(jīng)濟性后，研究確定1300Ω為消弧線圈柔性補償策略下單相接地故障選線的并聯(lián)電阻最優(yōu)值。這一研究結果驗證了研究選線方法的可行性，也為實際應用提供了重要的參考依據(jù)。