风电场偏磁式消弧线圈的应用

李 亮 黄建明

（大唐国际河北风电开发有限公司，河北 承德 067000）

电网及厂矿企业的中压系统，大部分为中性点不（非）直接接地（即小电流接地）系统。这种系统在发生单相接地时，电网仍可带故障运行一定时间，这就大大降低了运行成本，提高了供电系统的可靠性，但当发生单相接地故障时，接地电容电流很大，如果接地电弧发展为间歇性的熄灭与重燃，往往会引起弧光接地过电压，危及电气设备的绝缘，给供用电设备造成了极大的危害。如果接地电弧不能可靠熄灭，弧光接地过电压可能会引发其他非故障相的绝缘破坏，就会迅速发展为相间短路，引起线路跳闸，供电中断。

防止这种危害的方法之一就是在中性点和地之间串接一个电抗器，这个电抗器也就是通常所说的消弧线圈。它能有效的减少接地点电流，从而达到自动熄灭电弧的目的。

偏磁式消弧线圈自动跟踪补偿系统，可准确地实时测量电网对地电容电流，并对电网接地电容电流实施快速自动补偿，并可有效地抑制弧光接地过电压危害。

1 偏磁式消弧线圈的工作原理

1.1 普通消弧线圈工作原理

普通消弧线圈接地系统等效电路如图1所示，中性点N接入消弧线圈，系统正常时，其中性点对地电位为零，没有电流通过消弧线圈，线圈也没有电压，当系统发生A相接地故障时，中性点产生对地电位，此电压施加在消弧线圈两端，此时IL通过消弧线圈和接地点，接地点通过电流IDC超前中性点电压 90°，IL与IDC相位相反（相差 180°），如果适当选择消弧线圈L值的大小，可使通过故障点电流为 0，即接地电容电流IDC全部被消弧线圈电感电流IL所补偿，从而达到使电弧熄灭的目的。

图1 普通消弧线圈接地系统等效电路

1.2 偏磁式消弧线圈工作原理

偏磁式消弧线圈自动跟踪补偿控制系统采用交流线圈内布置一个磁化铁心段，通过施加直流励磁电流改变铁心的磁导，从而实现电感的连续可调。当电网发生单相接地时，该系统能瞬间调整电感，补偿接地电容电流。该系统电控无级连续、静态可调，具备优良的技术性能。

图2所示为偏磁式消弧线圈原理框图，其基本原理是利用施加直流励磁电流，改变铁心的磁阻，从而达到改变消弧线圈电抗值的目的，它可以带高压，迅速调节电感值。在电网正常运行时，不施加励磁电流，将消弧线圈调整到远离谐振点的状态，避免串联谐振过电压的产生，而无须阻尼电阻，同时实时检测电容电流的大小，当电网发生单相接地故障后，瞬间调节消弧线圈，实施最佳补偿。

图2 偏磁式消弧线圈原理框图

2 偏磁式消弧线圈的组成及技术参数

2.1 偏磁式消弧线圈的组成

偏磁式消弧线圈自动跟踪补偿控制系统由3部分组成，即接地变压器、偏磁式消弧线圈、微机控制柜。其中，接地变压器和消弧线圈可以为干式也可以为油浸式（在有中性点的电网中，不需要接地变压器），微机控制柜为标准屏体，屏体上装有自动跟踪补偿控制器、仪表盘、整流设备等。

2.2 35kV偏磁式消弧线圈补偿电流（见表1）

表1

3 风电场偏磁式消弧线圈的实际应用

3.1 风场中性点系统（偏磁式消弧线圈）电气接线图、电气主接线图（见图3）

图3 中性点系统（偏磁式消弧线圈）电气接线图

3.2 风电场现场情况简介

风电场220kV升压站采用风机——机组变压器单元接线方式，每台风力发电机经一台升压变（2.35MVA），将机端电压由0.66kV升至35kV，之后经6回35kV集电线路送至汇集站35kV母线，再通过1号主变（150MVA）升压至220kV后，以单回220kV线路接入系统。

图4 风电场电气主接线图

风电场35kV架空线路69.508km，架空线路电容电流8.028A；35kV系统电缆4.96km，电容电流17.36A；故 35kV系统单相接地的电容电流为25.388A。基于以上分析，风电场35kV系统中性点的接地方式，采用了普通消弧线圈的接地方式。该风场是于2011年12月08日变电站及35kV带电，12月30日风机线路开始带电运行。

3.3 风电场安装偏磁式消弧线圈前的故障事件

1）2012年02月06日22时53分，35kV系统出现间歇性接地报警；次日12时38分，1号所用变高压侧346开关跳闸，风机三线313开关避雷器爆炸。

2）2012年04月08日23时19分32秒，1号所用变、SVC装置、风机一线至风机六线接地报警；23时20分59秒，1号所用变超温保护动作，1号所用变高压侧346开关、低压侧401开关跳闸。风机六线316开关过流Ⅱ、Ⅲ段保护动作跳闸，导致12台风机脱网。

3）2012年04月12日04时03分52秒，风电场35kV风机二线312开关过流I段保护动作跳闸；04时04分28秒，风电场35kV风机六线316开关过流Ⅱ、Ⅲ段保护动作跳闸，导致风机二线、风机六线的26台风机脱网。

4）2012年04月13日18时26分26秒，风电场 35kV风机一线 311开关过流Ⅱ、Ⅲ段保护动作跳闸，故障录波器显示35kV母线电压Uc突变量起动；18时26分26秒风电场35kV风机四线314开关过流I段保护动作跳闸，故障录波器显示35kV母线电压Uc突变量起动，导致风机一线、风机四线共23台风机脱网。

5）2012年04月14日02时22分27秒，风电场35kV风机六线316开关过流Ⅱ、Ⅲ段动作跳闸，故障录波器显示35kV母线电压Ub突变量起动，导致风机三线27号至31号、风机五线50号60号，16台风机脱网。

6）2012年05月10日14时05分11秒，故障录波器显示220kV母线电压3U0电压突增量起动，导致风机一线、风机二线、风机四线、风机五线、风机六线，五条风机线共计29台风机脱网。

3.4 风电场安装偏磁式消弧线圈后的情况

2012年5月12日，技术人员到站上进行技术改造，将普通消弧线圈接地方式升级为偏磁式消弧线圈自动跟踪补偿的小电流接地方式。5月17日，技改工作完成，将系统投入运行。

在2012年的雷雨季节即6月1日至9月30日四个月的时间里，风电场 35kV系统遭受雷击，消弧线圈正确动作有统计的是6次，未发生开关跳闸、风机脱网事件。具体动作数据见表2。

表2 6月1日至9月30日消弧线圈动作统计表

4 结论

风电场安装偏磁式消弧线圈后，没有发生一次因接地故障使线路开关跳闸的事故。即使是在2012年11月3日、4日华北北部遭遇暴雪袭击的恶劣气候条件下，其他风电场均发生了接地故障，致使风机线路开关跳闸，而本风电场依然平稳运行，全部机组均在网。

近一年的设备试运行和改造，通过前后运行情况的对比，我们不难得出结论：偏磁式消弧线圈具有稳定可靠、调节精度高、调节范围大的特点，能够满足风电场35kV系统接地设备安全运行的要求。

[1] 要焕年,曹梅月.电力系统谐振接地[M].2版.中国电力出版社, 2001.

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