近年來(lái)，隨著城市電網(wǎng)的發(fā)展和配電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，電纜線路的增加，配電網(wǎng)對(duì)地電容電流也大幅度增加，如果從接地方式的角度來(lái)考慮限制電容電流，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地就是******的選擇［1］。消弧線圈的補(bǔ)償效果與其脫諧度有很大關(guān)系，調(diào)諧適當(dāng)?shù)南【€圈才能達(dá)到理想的效果，而電網(wǎng)是要發(fā)生變化的，從而其單相接地電容電流隨之變化，這就需要人們根據(jù)電網(wǎng)的變化來(lái)調(diào)整消弧線圈的補(bǔ)償電流。這種工作不僅比較繁瑣，而且在很多場(chǎng)合下人工很難及時(shí)準(zhǔn)確地調(diào)諧消弧線圈，所以實(shí)現(xiàn)消弧線圈的自動(dòng)調(diào)諧是非常必要的［2］。?

2消弧線圈自動(dòng)調(diào)諧原理的分析

    目前，已提出的自動(dòng)調(diào)諧原理大體上可分為六類(lèi)：諧振法、相位移法、電容電流間接檢測(cè)法、附加電源法、模型法和注入信號(hào)法。下面詳細(xì)分析各種調(diào)諧原理。?

2.1諧振法

大容量開(kāi)關(guān),消弧柜

式中：UN為投入消弧線圈后的中性點(diǎn)不平衡電壓；

      KC為電網(wǎng)的不平衡度，UΦ為電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的相電壓；

      v為電網(wǎng)的脫諧度，d為電網(wǎng)的阻尼率。

    一個(gè)電網(wǎng)的不平衡度和阻尼率是一定的，所以由上式可以知道，UN的大小僅由脫諧度決定。當(dāng)v=0時(shí)，UN為******值，此時(shí)，接地電流為最小，為純阻性電流。諧振法的原理就是通過(guò)調(diào)節(jié)消弧線圈的電感值，使UN達(dá)到******。該調(diào)節(jié)原理不用考慮電網(wǎng)的不平衡電壓是因?yàn)殡娋W(wǎng)對(duì)地電容不相等造成的。還是因?yàn)榻^緣泄漏電阻不相等造成的，也不用考慮相位關(guān)系。

    進(jìn)一步討論式(1)，并對(duì)v求導(dǎo)得：

大容量開(kāi)關(guān),消弧柜

式(2)說(shuō)明UN隨｜v｜的變化呈單調(diào)遞減的規(guī)律，對(duì)其求導(dǎo)可得：

大容量開(kāi)關(guān),消弧柜

******，而當(dāng)｜v｜較大和接近零時(shí)，v的變化對(duì)UN的影響較小，這是極值法的不足。然而，前面的分析也表明，極值法是很容易根據(jù)UN的大小變化使v保持在大容量開(kāi)關(guān),消弧柜以?xún)?nèi)，若用極值法調(diào)節(jié)，必須處理好脫諧度和阻尼率的關(guān)系。

2.2相位角法

    這一方法是在一相附加一小電容，通過(guò)測(cè)量UN和附加電容相的相位來(lái)判斷系統(tǒng)的補(bǔ)償狀態(tài)，

    因此，相位角θ的大小反映了電網(wǎng)的脫諧狀態(tài)，我們可以根據(jù)(5)式來(lái)實(shí)現(xiàn)消弧線圈對(duì)電網(wǎng)電容電流的自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償。

    相位法原理存在的問(wèn)題是，在計(jì)算KC時(shí)，我們假設(shè)了CA=CB=CC=C，而實(shí)際情況并不一定是這樣，況且在運(yùn)行過(guò)程中切除或投入部分線路時(shí)，更增加了三相對(duì)地電容的不對(duì)稱(chēng)性，使KC的值不再是標(biāo)量，從而造成θi值的難以確定。同樣的道理，三相電網(wǎng)對(duì)地絕緣電阻不對(duì)稱(chēng)也會(huì)影響KC，進(jìn)而影響θi的大小。這樣就加大了檢測(cè)的難度，且每個(gè)電網(wǎng)的情況都不一樣［3］［7］。

2.3電容電流間接檢測(cè)法

    該方法的基本思想是通過(guò)改變消弧線圈的電感值，造成其兩端電壓發(fā)生變化，同時(shí)消弧線圈中的電流隨之改變，然后檢測(cè)電壓和電流值以及相應(yīng)的相角差，間接計(jì)算出系統(tǒng)單相接地電容電流或系統(tǒng)對(duì)地電容，據(jù)此調(diào)諧消弧線圈［4］。下面分別為其計(jì)算方法。

    (1)忽略電網(wǎng)阻尼率時(shí)的計(jì)算方法

    設(shè)對(duì)應(yīng)于分抽頭T1和T2時(shí)的中性點(diǎn)位移電壓分別為UN1和UN2，各分抽頭對(duì)應(yīng)的消弧線圈電流值分別為IL1和IL2，d＝0，代入式(1)得

大容量開(kāi)關(guān),消弧柜

    從上式可以看出，測(cè)得兩次中性點(diǎn)電壓后，就可以求得電網(wǎng)三相對(duì)地總電容和消弧線圈脫諧度。實(shí)際應(yīng)用中，由于這種方法忽略了電網(wǎng)阻尼率以及UN1和UN2測(cè)量的不同時(shí)性，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性較差。

    (2)利用消弧線圈兩分接頭對(duì)應(yīng)的零序電流相對(duì)相位差的計(jì)算方法。

    我們知道，脫諧度v由下式?jīng)Q定：?

 

    消弧線圈對(duì)應(yīng)某一分接頭的電抗是已知的，但XC沒(méi)有測(cè)量，故v不能直接計(jì)算出來(lái)，然而我們可以通過(guò)分接頭在T1和T2位置時(shí)，零序電路阻抗三角形以及電流相位關(guān)系的變化間接求出來(lái)。零序等值回路如圖2(a)所示，分接頭T1和T2對(duì)應(yīng)電流大容量開(kāi)關(guān),消弧柜和大容量開(kāi)關(guān),消弧柜的相位關(guān)系以及相應(yīng)的阻抗三角形如圖2(b)所示。進(jìn)行調(diào)諧時(shí)，先測(cè)量分接頭為T(mén)1時(shí)零序回路電流大容量開(kāi)關(guān),消弧柜和分接頭為大容量開(kāi)關(guān),消弧柜的相對(duì)相位差θ(一般以線電壓作為基準(zhǔn))，根據(jù)兩個(gè)分接頭T1和T2的電抗差ΔXL12和θ角等關(guān)系，可以計(jì)算出XC-XL1(XL1為分接頭為T(mén)1時(shí)的消弧線圈電抗)，最后可求得對(duì)應(yīng)分接頭為T(mén)1時(shí)的脫諧度v1。接著將算出的v1和設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值v0進(jìn)行比較，若｜v1-v0｜≤δ，則原T1分接頭不需調(diào)整。若｜v1-v0｜＞δ，則判斷v1-v0的符號(hào)，根據(jù)該符號(hào)的正或負(fù)，進(jìn)行相應(yīng)的分接頭調(diào)節(jié)。

    該算法忽略了電網(wǎng)的阻尼率，使用時(shí)要注意使用條件，同時(shí)，由于算法中用到各分接頭的電抗值，所以要考慮消弧線圈在端電壓很小時(shí)的非線性失真問(wèn)題。?

2.4模型法

    電網(wǎng)電容電流由接入的線路總長(zhǎng)度而確定，因此可以用合閘線路斷路器的多少來(lái)計(jì)算電容電流。設(shè)電網(wǎng)共有n條線路，在模型上每一條線路相當(dāng)于一個(gè)電阻，在這一電阻兩端并聯(lián)著與該線路斷路器觸頭一致的觸點(diǎn)，若線路接入，則電阻被短路。圖3中左邊的電阻串為電網(wǎng)中線路的模型，右邊的電阻串為消弧線圈的模型。線路投入愈多，被短路的電阻愈多，因此經(jīng)左邊電阻串流到底部電阻Rb的電流越大在其上面的壓降即為微分放大器的一個(gè)輸入信號(hào)。微分放大器的另一個(gè)輸入信號(hào)是消弧線圈模擬電阻串底部電阻R*b的電壓降。若兩信號(hào)差得多，放大后的電壓超過(guò)繼電器KA的動(dòng)作電壓就需要調(diào)整消弧線圈電感。否則，說(shuō)明調(diào)諧度在允許范圍內(nèi)。這種方法的調(diào)節(jié)精度取決于線路模型及消弧線圈模型的精度。由于電網(wǎng)中某些線路的電容可能改變，即使電容不改變，測(cè)定其對(duì)地電容也很煩瑣，另外系統(tǒng)的電容電流還受到其它電器設(shè)備的影響，所以建立線路模型不僅非常困難，而且在某些情況下不可能做得準(zhǔn)確。?

 

2.5附加電源法

    中性點(diǎn)附加電源法是在中性點(diǎn)的消弧線圈上附加一個(gè)信號(hào)源，用于附加信號(hào)源的變壓器串聯(lián)或并接在系統(tǒng)零序回路中，相當(dāng)于一個(gè)阻抗變換器，它反映了系統(tǒng)的零序回路阻抗的狀況。因此，檢測(cè)附加電壓與電流之間的相位關(guān)系，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)諧。附加電源法的調(diào)節(jié)原理如圖4所示。從圖4可以看出，附加電源大容量開(kāi)關(guān),消弧柜會(huì)在消弧線圈上感應(yīng)一個(gè)電壓大容量開(kāi)關(guān),消弧柜，該電壓實(shí)際上就相當(dāng)于一個(gè)零序電壓。忽略消弧線圈原、副邊漏電抗，其等效電路如圖5所示。

 

相位超前于大容量開(kāi)關(guān),消弧柜的相位，消弧線圈處于欠補(bǔ)償工作狀態(tài)。只要檢測(cè)大容量開(kāi)關(guān),消弧柜的相位關(guān)系，調(diào)節(jié)消弧線圈的電感值并使兩者的相位差足夠小，就可以實(shí)現(xiàn)消弧線圈的電感電流對(duì)電網(wǎng)電容電流的自動(dòng)跟蹤。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí)，接地電流就很小。

    但是，這種調(diào)節(jié)原理存在的問(wèn)題是：電網(wǎng)正常時(shí)偏移電壓的影響。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地以后的電網(wǎng)，其偏移電壓要將原來(lái)中性點(diǎn)不接地的自然偏移電壓放大，電流大容量開(kāi)關(guān),消弧柜是電網(wǎng)偏移電壓大容量開(kāi)關(guān),消弧柜0與附加電源電壓大容量開(kāi)關(guān),消弧柜共同作用的結(jié)果，為了減小大容量開(kāi)關(guān),消弧柜的影響，必須讓附加電源感應(yīng)到消弧線圈回路的電壓大容量開(kāi)關(guān),消弧柜大得多，但是大容量開(kāi)關(guān),消弧柜過(guò)大會(huì)在電網(wǎng)中造成各相對(duì)地電壓不對(duì)稱(chēng)。雖不影響電網(wǎng)對(duì)負(fù)載的供電，但長(zhǎng)期存在會(huì)對(duì)設(shè)備絕緣產(chǎn)生不良后果，還會(huì)引起各級(jí)接地(漏電)保護(hù)裝置誤動(dòng)作。另外，電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)中性點(diǎn)位移電壓對(duì)該方法調(diào)節(jié)精度影響較大，這些都限制了該方法的使用。?

2.6注入信號(hào)法

    小電流接地系統(tǒng)的電容電流測(cè)量及消弧線圈自動(dòng)跟蹤調(diào)整是在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)進(jìn)行的，此時(shí)中性點(diǎn)位移電壓較低，采用從消弧線圈上的零序電壓互感器注入變頻電流信號(hào)，測(cè)量系統(tǒng)電容電流［5］［6］(接線圖如圖6)。等值電路如圖7所示，其中：大容量開(kāi)關(guān),消弧柜

    忽略X1，X2，注入信號(hào)等值回路中消弧線圈感抗(XL)與三相電容(因三相對(duì)稱(chēng)，故CA、CB、CC等效為3C)并聯(lián)。通過(guò)改變注入信號(hào)的頻率，使電感和電容發(fā)生并聯(lián)諧振，找到系統(tǒng)的諧振頻率f0，則：

大容量開(kāi)關(guān),消弧柜

 

式中ω0為諧振角頻率。

 

    則系統(tǒng)單相金屬性接地故障時(shí)的電容電流為：

大容量開(kāi)關(guān),消弧柜

式中ω為系統(tǒng)角頻率；U為系統(tǒng)相電壓。

    此時(shí)的脫諧度為：?

大容量開(kāi)關(guān),消弧柜

由式(12)可以直接通過(guò)系統(tǒng)諧振頻率計(jì)算脫諧度。

    這種方法的調(diào)節(jié)精度取決于變頻信號(hào)源的精度，這種變頻信號(hào)源實(shí)際做起來(lái)是有一定的難度的。

3結(jié)束語(yǔ)

    以上方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，都沒(méi)有達(dá)到完善的地步。其中，相位法、極值法和電容電流檢測(cè)法有一定的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，但應(yīng)用都有局限性。相對(duì)來(lái)講，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，采用微處理器后，電容電流間接檢測(cè)法具有優(yōu)越性。而模型法、附加電源法和注入信號(hào)法尚無(wú)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，只是做一些理論分析，應(yīng)用到實(shí)際系統(tǒng)當(dāng)中去，還要一段時(shí)間。