一種全控型消弧線圈接地系統(tǒng)的研究.pdf

1、我國中壓配電網大多采用中性點經消弧線圈接地方式。當發(fā)生單相接地故障時，由于消弧線圈的電感與線路對地電容發(fā)生并聯(lián)諧振，因此消弧線圈的感性電流可以補償故障電流中的容性成分。從而使接地點電流減小以熄滅電弧，抑制電弧重燃，因此也被稱為諧振接地系統(tǒng)。消弧線圈是諧振接地系統(tǒng)中的核心設備，從其誕生就一直備受爭議，迄今仍是本領域的研究熱點與難點。本文分析了消弧線圈接地系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀（包括消弧線圈的結構、調諧方法、故障選線及定位方法等），指出目前消弧線圈

2、接地系統(tǒng)中存在的主要問題。為解決這些問題，本文設計了一種利用全控型器件控制、具有新型拓撲結構的消弧線圈，并提出相應的調諧、故障選線及定位方法。本文從理論分析、試驗分析、仿真分析等方面對全控型消弧線圈接地系統(tǒng)進行了驗證。論文的主要成果如下：
　　第一，本文提出一種利用全控型電力電子器件控制的新型消弧線圈。該拓撲結構由特殊的三繞組變壓器、雙向開關、電抗器以及濾波器等組成。三繞組變壓器的第1繞組接電網中性點或者人工構造的中性點，流進第1

3、繞組的電流即為消弧線圈工作電流；多組雙向開關組合成開關陣列，陣列的輸入端與第2繞組相連接，而陣列的輸出端接電抗器；第3繞組接濾波器，作為濾除高次諧波的通路。采用脈寬調制（Pulse Width Modulation，PWM）信號控制雙向開關的導通與關斷，改變流過電抗器的電流及第2繞組電流的大小，從而達到調節(jié)第1繞組電流（即全控型消弧線圈的工作電流）大小的目的。根據(jù)電路原理，從變壓器的一次側（即中性點處）看進去，整個消弧線圈的等效感抗也隨

4、之發(fā)生了改變。因此，控制雙向開關導通與關斷就可以達到調節(jié)消弧線圈等效感抗的目標。該消弧線圈響應速度快、調節(jié)范圍寬。與相控式消弧線圈相比，該消弧線圈所產生的諧波階次更高，更容易濾除。該研究成果已經申請專利。
　　第二，針對全控型消弧線圈的特點，本文提出兩點法與故障期間調諧相結合的綜合調諧方法。其要點是：在電網正常運行時測量對地電容大小并折算成相應的消弧線圈感抗值，當發(fā)生單相接地故障后按照該值進行補償，以保證消弧線圈快速響應。如果故障

5、期間電網運行方式發(fā)生改變，引起線路對地電容發(fā)生變化，那么啟動故障期間調諧方法進行調諧。針對目前故障期間調諧研究很少的情況，在負序電流法研究的基礎上，本文提出并證明了在單相接地故障期間，各條饋線的“負序電流增量和”也可以有效跟蹤接地點故障電流的變化，即當負序電流增量和最小時，接地點故障殘流也達到最小。使用饋線“負序電流增量和”這一特征量的優(yōu)點是無需判斷故障饋線、避免系統(tǒng)不平衡電壓的影響以及彌補了兩點法不能在故障期間調諧的缺陷。
　　

6、第三，通過計算、比較各條饋線的名義過渡電阻值，本文提出一種辨識串聯(lián)諧振與單相接地故障的方法。該方法的理論依據(jù)是：單相接地故障時，故障饋線的接地點存在過渡電阻，計算得到的名義過渡電阻即為正常的過渡電阻。而發(fā)生串聯(lián)諧振時并不存在過渡電阻，那么根據(jù)計算得到的名義過渡電阻實際是線路的泄露電阻，該值遠遠超過正常的過渡電阻值。據(jù)此，可以辨識串聯(lián)諧振。
　　第四，消弧、故障選線、故障定位的一體化是消弧線圈接地系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。全控型消弧線圈的顯著

7、特點之一是改變雙向開關導通與關斷的順序，可以合成特定頻率的電流信號。即，全控型消弧線圈既可以作為信號發(fā)生器，又可以作為信號注入設備使用。這為集成消弧、故障選線、故障定位等功能提供了物質基礎。本文首先分析了利用全控型消弧線圈產生注入信號的機理，闡述了過渡電阻對注入信號分布的影響，并據(jù)此提出了注入信號頻率的選取原則。最后提出基于全控型消弧線圈的注入信號法以解決故障選線、故障定位等問題。
　　第五，本文使用PSCAD/EMTDC軟件搭建