相控式消弧线圈退出后电压振荡现象分析

翔2(1.上海电力学院，上海200090 ； 2.上海蓝瑞电气有限公司，上海201613)摘 要:单相接地故障消除之后，相控式消弧线圈应退出运行，不再输出补偿电流，中性点电压恢复至正

常状态&但在某变电站的录波记录中发现，系统中性点电压呈现出低频振荡的现象&为此，采用电工学

的基本原理，分析了产生低频振荡的原因，并通过PSCAD//MTDC仿真证实了该理论分析的结果&最

后，提出了抑制低频振荡的措施&关键词：相控式消弧线圈；单相接地故障;谐振接地；中性点电压振荡中图分类号:TM773 文献标志码:A 文章编号：1006 -4729(2019)04 -0345 -04Analysit of Voltage Oscillation after the Phase - controlled

Arc Suppression Coil ExitingXU Bo1，PENG Yaohul1，CAI Xiang2(1. Shanghai University of Electric Power，Shanghai 200090，China ；2. Shangha： Lanru： E e ttr： tCo. ， Lt8. ， Shangha： 201613， Ch：na)Abstract: After a single-phase-ta-ground fault is eliminated，the phase-7ontrolled ae suppres­

sion coil should exit wiiout any compensation currents. Then，the neu/a1 voltage will reirn to

normal state. However，the phenomenon of low-fTequency oscillation of the neutral voltge is found

in the recording of a substation. For this reason，the basic circuit principles aa adopted，the causes

oflowfrqu/ncy oscilation ar/analyz/d， and th/suppr sion m/thodsar put forward. Fina ly ， th/

th/orticalanalysisisv/rifid through PSCADjEMTDC simulation.Key wordt:

phas/-contro ld arc suppr/sion coil； singl-phas/-to-ground fault； rsonantgrounding； oscilation ofth/n/utralvoltag/我国中压配电网普遍采用中性点经消弧线圈 弧线圈的工作原理是利用晶闸管改变输出电流的

接地方式来消除单相接地故障「T&在实际中，常 见的消弧线圈有调匝式消弧线圈、调容式消弧线

大力、，以补偿单相接地故障电流&其投入/退出工

作的控制方式为:中性点位移电压较低时，跟 踪线路对地电容电流的变化，调节相控式消弧线

圈及相控式消弧线圈。与其他两种消弧线圈相 比，相控式消弧线圈具有响应速度快、输出电流可

圈的电感值'当中性点位移电压高于设定阈值时, 认为发生接地故障，控制器命令相控式消弧线圈以连续调节等优点，因此发展迅速W* &相控式消收稿日期：2018-04-18通讯作者简介：徐波(1981#)，男，博士，讲师&主要研究方向为小电流接地系统故障选线、消弧线圈控制E-mail ：xubo@ shop. edu. cn&基金项目：上海高校青年教师培养资助计划(ZZsdl15092)'上海电力学院人才引进基金(K2014-044)。346上海 电力学 院学报2019 年工作;单相接地故障消除之后，当中性点位移电压

低 定阈

，认为接地故障消失，控制器命令圈的主要部分，接入一对反向并联的晶闸管，以控

制补偿电流的大小;绕3接滤波器，以滤 补偿

电流中的高次谐波。相控式消弧线圈退岀工作&相控式消弧线圈的本体是一个高短路阻抗变

压器，

的短路

是 改变该变压 、二次侧之间调节补偿电流的目的〔8* &这与调匝式消弧线圈不同，

线圈退岀时中 的抑制措施。相控式消弧线圈的控制研究，理图1相控式消弧线圈结构示意带来许多新的问题。本文针对相控式消弧

电压的振荡现象

分析其原因并进行仿真

， 提岀了相应某次单相接地故障消除后,录波装置获取

的中 电压波形 2所示& 2n，1中性点电压振荡现象某35 kV变电站中

装设相控式消弧线岀,故 消 中性点电压的幅值逐渐减小,当中 电压的幅值减 定阈

相控式消弧线圈退岀运行。在相控式消弧线圈 岀 ，中

现低频振荡&电压幅值继续减才、，但波形呈圈，结构如图1所卩10*。 中，绕 1接系统 中

，以提供补偿电流;绕2是相控式消弧线

按照理论情况，中性点电压应该恢复至电网

正常状态，幅

〔频振荡的原因&⑴，但 2 ，消弧线圈退岀工 ，中 仍存在低频振荡的正弦2理论分析真实的接地故障消失之后，控制器需要根

波电压。对于相控式消弧线圈来说，退岀工作意味着 绕组2回路中的晶闸管关断，即绕组2开路。而

据中 电压是 闸 锁&

阈值（如15%相电压）,从真实接地故障消

来决定是否发岀接地故障消失的命令，进而使

丨晶闸管闭锁有一定的时间延迟，在这段延迟时间 里，相控式消弧线圈依旧工作。此时，相控式

绕组3回路一般装设3次、5次谐波滤波器&有 认为低频振荡的原因是:绕3中滤波元件（电 容和电感）与系统对地电容发生谐振，从而造成

低频振荡。本文将通过理论和仿真分析指岀该观

的错误之处，并从理论和仿真

消弧线圈 对地电

所示：12* &， 电路 3方面 低徐 波，等:相控式消弧线圈退岀后电压振荡现象分析347图3单相接地故障消失但相控式消弧线圈

还未退出时的等效电路根据电路原理,列出如下微分方程* % =： n = C l

(1)i = iCC ++i +初值条件为r：cL=o = :c &* d:c =

\"0) \"2$k 占=式中：：c(0) ,C\"0)——起始时刻电容电压及流 过电容的电流。解方程组(2)可得:n\"y = e [L

：c(0) ~$1 sin($t + —) +C(0) sin- $iy— ((3)3)1其中，$1 =槡$2 -？ , $0 = 1 / RLC , b = 1/2rCC,

-=arctan( $1 /b) &考虑到脱谐度 0 = 1-( 1 /$2 LC) =1-( $2/

$2)及阻尼率d = 1/rC$C,有$0 = $ R1 — o

(4)$1 _$R C O- ( £)2

('b =$

(6)单相接地故障消失之后，控制器需要检测中

性点电压的大小，判断是否低于设定的阈值&在 这段时间里，消弧线圈与对地电容发生串联谐振, 中性点电压中含有频率为$1的分量&根据式(5)可以发现，当脱谐度不同时，存在

以下两种振荡情况&(1) 当脱谐度0$0(全补偿和欠补偿)时,

1 - 0 -(dR) 2 4 1, $1 4 $,此时中性点电压的频 率稍微低于工频，周期比工频电压大，呈现低频振

荡波形。(2) 当脱谐度0<0 (过补偿)时，1-0-( d/

2)2 >1,$1 >$,此时中性点电压的频率稍微高

于工频，周期比工频电压才、，呈现高频振荡波

形&3仿真分析利用PSACD/EMTDC软件搭建额定电压为

10 kV的系统进行仿真，仿真图如图4所示。图4 中,G为交流电源；T为变压器,变比为35 kV/10

kV；Z为接地变压器,提供系统中性点;L为相控

式消弧线圈。线路参数如下〔13曲: >1 =0. 075 Q/km, L1 = 0. 254 mH/km, C1 = 0. 318

\"F/km；零序参数 R0 二 0. 102 Q/km,L0 二 0. 892

mH/km,C°二0.210 \"F/km&系统总的对地电容

电流为26.5 A&G

TZ图4 10 kV系统仿真示意3.1无滤波器相控式消弧线圈退出时情况仿真在仿真时，将相控式消弧线圈绕组3断开，即

滤波电路不工作&消弧线圈退出后，中性点电压

(控制角为95]的变化情况如图5所示。由图5

可以看出，故障消除后，中性点电压的峰值为

0.094 kV,周期为0.263 so这说明即使断开滤波

回路,也没有使消弧线圈退出后的低频振荡消失,

因此,消弧线圈退出后中性点电压低频振荡并不

是由绕组3造成的，应该另有原因&下面对上述理论分析中的低频、高频振荡进

行仿真再现&348上海 电力学 院学报2019 年图5断开绕组3后中性点电压波形图7高频振荡时中性点电压波形3.2低频振荡当消弧线圈的脱谐度0$0（全补偿和欠补

4低频振荡的原因及抑制措施调匝式消弧线圈不同，相控式消弧线圈的本

质是高短路阻抗变压器式电

电抗，

，一次侧 励磁偿）时，消弧线圈退岀后呈现低频振荡。在仿

真中，设置相应参数得到的中性点电压（控制

大&在上述仿真中,相控式消弧线角为145。）波形如图6所示。由图6可以看 岀,故障消

分析相吻合&57.295 8 H的电感&当相控式消弧线圈退岀工 ，相圈的励磁电抗为18 kQ,相

57.295 8 H的电

，中性点电压的周期约为21接在中

谐振&

大地之间。这电感，继续（5），该谐振的ms,比工频周期20 ms稍长&这一结果与理论

电 代替相控式消弧线圈的

系统对地电

槡频率为 $ =$ 1 _0_（82/4） =23.905 sd/e,其 周期为262. 839 3 ms,

5的结果一致。这就解释 2中岀现低频振荡现象的原因是:励磁电抗 系统对地电容的谐振造成了低频振荡&，破坏励磁电 系统对地 的谐振条件是抑制这种低频振荡的 关断，而是

控制角

措施&因，相，相控式消弧线圈退岀时，反向并联的晶闸导通&

绕组2 励磁电抗的 &根相控式消弧线圈的结构示意图及变压器的原理

，励磁电抗相 绕组2的 “短路”&这样谐振条件就难 ，从 抑制了低图6低频振荡时中性点电压波形频振荡&3.3高频振荡当消弧线圈的脱谐度o v 0 （过补偿）时,消弧 线圈退岀后呈现高频振荡。在仿真中，设置相应

5结语文

理论和仿真两方面的分析,解释了低频振荡 象的原相控 消弧线圈 岀

的参数得到的中性点电压（控制角为95°）波形如

7所 &

，认为相控式消弧线圈的励磁电 线路对地谐振是

圈的控制仍

低频振荡的 接原 &7 岀，故 消 ，中，对相控式消弧线圈为代表的随调式消弧线

进一步的研究&电压的周期约为18 ms,比工频周期20 ms短&这 一结果与理论分析相吻合&（下转第366页）366上海电力学院学报2019 年通过对两种热电联供方案的计算可知，与常 果可知，一次再热机组带调节及切除功能的前置低 压缸供热方案收益可观，而二次再热机组带调节及

规方案相比,75%THA工况带调节及切除功能的 前置低压缸供热方案的发电机输出功率增加了

21.92 MW,提升比率为2.92%，表明带调节及切 除功能的前置低压缸供热方案的经济性更优&切除功能的前置低压缸供热方案收益更佳&参考文献：)1 * JEFFREY P. Can futus coal power plants meet CO2 emission

与一次再热机组相比，由于二次再热机组本

身中压缸排汽压力较低，且为两个低压缸,所以相

standards wihouC carbon capture & storage? ) R*. The US:

同工况下二次再热机组带调节及切除功能的前置 低压缸供热方案的经济性更佳&EUc/m Power Research Inskmta,2015•)2 *黄建强，尹明艳,陈晓明•超超临界1 000 MW汽轮机供热

系统结构介绍)J*•科技与创新，2016(24) ：137-138.)3 *刘俊杰，冯伟忠•热电联产供热源的优化配置)J* •上海电

5结论(1) 大型火电机组采用常规方案，在较低电 负荷或较大热负荷时，增加了节流损失、回热效率

力学院学报，2018,34(2) ：152-156.)4 *闫森•热电联供蝶阀抽汽管路抽汽特性分析)D* •上海:上

海交通大学，2015.损失、余速损失以及由差胀大带来的汽轮机效率 损失等。带调节及切除功能的前置低压缸供热方 案既能维持供热蒸汽压力，满足热用户需求，又能

显著缓解采用常规方案出现的问题，进而提高机 组的热经济性&(2)

对 次 热 次 热)5 *邵德让.SSS离合器工作原理探讨［J* •科技与企业，2014

(15)：378.)6 *刘俊杰，冯伟忠•大型煤电机组非高压缸设置调节级的热

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201611058388.6) P* .2016-11-27.(责任编辑胡小萍)例进行建模计算，以及两种热电联供方案的计算结

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