智能電抗器控制裝置可行性分析

摘 要：智能型電抗器控制綜合保護(hù)方式在國(guó)內(nèi)及廣東電網(wǎng)已有成熟運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，能夠根據(jù)單相控制故障的性質(zhì)和類別采取不同的處理方法，對(duì)瞬時(shí)性故障在線消除，無須線路跳閘；對(duì)永久性故障可靠選線，可按照線路的特性選擇恰當(dāng)?shù)臅r(shí)序適時(shí)切除。該保護(hù)方式具有明顯的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，適用于供電線路為架空線路以及架空與電纜的混合線路的地區(qū)，能夠同時(shí)滿足供電安全性和供電連續(xù)可靠性需要，是改造國(guó)內(nèi)地區(qū)控制方式的最佳選擇。
　　
關(guān)鍵詞：智能型電抗器；控制保護(hù)；消�。豢尚行�
　　
一、國(guó)內(nèi)等地區(qū)10kV中性點(diǎn)經(jīng)小電阻控制方式存在的問題
　　供電局管轄的變電站大多數(shù)采用10kV中性點(diǎn)經(jīng)小電阻控制方式，該控制方式屬于大電流控制系統(tǒng)，發(fā)生單相控制時(shí)，能獲得較大的阻性電流，直接驅(qū)動(dòng)出線的零序保護(hù)動(dòng)作于跳閘。其優(yōu)點(diǎn)是能快速切除故障，過電壓較低。其主要缺點(diǎn)是：1)不能區(qū)分瞬時(shí)性故障還是永久性故障，風(fēng)吹草動(dòng)都頻繁動(dòng)作于跳閘。2)對(duì)高阻控制故障存在誤動(dòng)和拒動(dòng)�！�
　
1、線路頻繁跳閘的危害
　　國(guó)內(nèi)地區(qū)供電線路主要為架空和電纜混合線路，并且是鼠害嚴(yán)重地區(qū)，在這些地區(qū)發(fā)生的單相控制故障絕大部分是瞬時(shí)性故障。據(jù)某供電所的不完全統(tǒng)計(jì)，該變電所轄區(qū)內(nèi)三個(gè)10kV中性點(diǎn)經(jīng)小電阻控制的變電站2010年線路跳閘約70次：由于雷雨影響的跳閘有36次，老鼠等小動(dòng)物觸碰有11次，草木及貨車等非施工碰撞有7次；總計(jì)：瞬時(shí)性單相控制故障造成的線路跳閘率/年大于70%。線路頻繁跳閘帶來了如下危害：
1）影響對(duì)用戶的供電可靠性
　　線路頻繁跳閘，對(duì)于工業(yè)用戶，造成了生產(chǎn)被迫停電的經(jīng)濟(jì)損失；對(duì)于居民用戶，造成生活上的極大不便，引起廣大用戶的強(qiáng)烈不滿和投訴。
　　
2）耗費(fèi)供電運(yùn)行維護(hù)部門大量人力物力
　　每一次線路跳閘，供電所都要出動(dòng)人員去查找故障，而許多瞬時(shí)性的閃絡(luò)控制故障根本無法查找，并且小電阻控制方式不判斷故障相，增加維護(hù)人員的查找范圍，浪費(fèi)了大量人力物力，使運(yùn)行維護(hù)部門疲于奔命。
　　
3）對(duì)永久性故障重合閘產(chǎn)生更大危害
　　由于小電阻控制方式無法區(qū)分瞬時(shí)性故障和永久性故障，無論何種原因的跳閘都在1秒鐘后重合閘，對(duì)于永久性故障重合閘必然是又一次的短路沖擊，造成更大的危害。
　　
2、對(duì)高阻控制故障的誤動(dòng)和拒動(dòng)的危害
　　樹枝及小動(dòng)物觸碰、架空線路斷線、電纜線路老化等都屬于高阻控制故障，小電阻控制方式的另一個(gè)主要缺陷就是對(duì)高阻控制故障存在誤動(dòng)和拒動(dòng)。
　　
1）對(duì)高阻控制故障的誤動(dòng)
　　對(duì)于濕樹枝或小動(dòng)物觸碰10kV線路，由于此時(shí)控制過渡電阻值較小，產(chǎn)生的零序電流能夠啟動(dòng)小電阻控制系統(tǒng)的保護(hù)動(dòng)作，而引起線路的頻繁跳閘。如國(guó)內(nèi)地區(qū)尤其在冬季，因老鼠觸碰造成的線路跳閘率達(dá)16%；在采用小電阻控制方式的一些南方大城市，夏季雷雨線路跳閘50%因樹木碰線引起。
　　
2）對(duì)高阻控制故障的拒動(dòng)
　　對(duì)于架空線路斷線、絕緣子或電纜線路絕緣下降等高阻控制故障，由于此時(shí)控制過渡電阻值較大，產(chǎn)生的零序電流不能夠啟動(dòng)小電阻控制系統(tǒng)的保護(hù)動(dòng)作，而引起保護(hù)拒動(dòng)。如，京津地區(qū)發(fā)生的架空線路斷線掉在道路上，保護(hù)拒動(dòng)引起人身電亡；天津地區(qū)最近（2011.7.14.）發(fā)生的電線被大風(fēng)吹落游泳池，保護(hù)拒動(dòng)造成3人死亡，多人受傷。

二、10kV中性點(diǎn)經(jīng)小電阻控制方式改造為智能化控制保護(hù)的必要性
　　以上問題反映了應(yīng)用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻控制方式必須考慮使用環(huán)境。對(duì)于架空線路以及架空與電纜的混合線路，大部分單相控制故障是瞬時(shí)性的弧光控制和高阻控制，采用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻控制方式必然引起線路頻繁跳閘以及對(duì)高阻控制故障的誤動(dòng)和拒動(dòng)，影響了對(duì)用戶供電的可靠性，同時(shí)，也給供電運(yùn)行維護(hù)部門帶來了巨大的工作量。因此，10kV中性點(diǎn)經(jīng)小電阻控制方式不適用于類似于國(guó)內(nèi)供電線路為架空線路以及架空與電纜的混合線路的地區(qū)，這些地區(qū)需要智能化的控制保護(hù)方式：即，能夠根據(jù)單相控制故障的性質(zhì)和類別采取不同的處理方法，才能同時(shí)滿足供電安全性和供電連續(xù)可靠性。
　　
三.實(shí)施改造的可行性
　　　在國(guó)內(nèi)地區(qū)目前有三種10kV中性點(diǎn)控制方式：
　　　1) 中性點(diǎn)控制經(jīng)消弧線圈控制；
　　　2）中性點(diǎn)控制經(jīng)小電阻控制；
　　　3）故障相經(jīng)電抗器控制保護(hù)。其中，故障相經(jīng)電抗器控制保護(hù)，指的是變電站中性點(diǎn)不控制，當(dāng)發(fā)生單相控制故障時(shí)，故障相經(jīng)電抗器控制保護(hù)。故障消除后，電抗器退出，母線恢復(fù)正常的運(yùn)行方式。該方式是一種智能化的控制保護(hù)模式，它結(jié)合了消弧線圈和小電阻控制方式兩者的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了這兩者的不足，具有明顯的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。
　　
1、智能電抗器控制綜合保護(hù)裝置主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)
　　1）能夠準(zhǔn)確區(qū)分瞬時(shí)性和永久性單相控制故障，分別進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚恚簩?duì)瞬時(shí)性弧光控制等故障，將故障相經(jīng)電抗器控制，做到和消弧線圈一樣，在線消除故障并發(fā)信，無須線路跳閘，并且滅弧比消弧線圈更可靠；對(duì)永久性故障，又能和小電阻系統(tǒng)一樣，可靠選線，并具備小電阻系統(tǒng)所不具備的――根據(jù)線路和故障的性質(zhì)，選擇合適的時(shí)序正確切除故障線路。
　　
2）能夠在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，超越消弧線圈和小電阻控制的保護(hù)范圍，消除高阻控制故障保護(hù)盲區(qū)，及時(shí)預(yù)警絕緣老化等高阻控制故障，將故障消滅萌芽狀態(tài)中。
　　
3）選線準(zhǔn)確率高，不但能保持小電阻控制系統(tǒng)對(duì)常見控制故障的選線準(zhǔn)確率，而且能準(zhǔn)確選出小電阻系統(tǒng)所不能選的高阻控制線路，還具有小電阻控制系統(tǒng)所不具備的100%準(zhǔn)確判斷故障相，使故障排查范圍縮小，為快速消除永久性故障、恢復(fù)供電提供有力的保障。
　　4)比消弧線圈保護(hù)的優(yōu)勢(shì)
　　a）無高阻控制的保護(hù)盲區(qū)，而消弧線圈存在高阻控制的保護(hù)盲區(qū)。例如，國(guó)內(nèi)某變電站經(jīng)消弧線圈控制，該站發(fā)生過吊車碰斷10kV線路落在地面上，該線路斷點(diǎn)與地面接觸產(chǎn)生電弧、使得斷線不斷彈跳、而保護(hù)卻拒動(dòng)，就是因?yàn)樵摼�路斷點(diǎn)與地面接觸的過渡電阻值較大，屬于高阻控制，零序電壓不滿足消弧線圈保護(hù)動(dòng)作值所致。
　　
b）無須追蹤電容電流的變化，100%可靠熄滅電弧、并測(cè)控簡(jiǎn)單。
　　c）保護(hù)容量適應(yīng)范圍寬，包容系統(tǒng)各種運(yùn)行方式和變電站發(fā)展的需要。
　　5)比小電阻保護(hù)的優(yōu)勢(shì)
　　a）無高阻控制的保護(hù)盲區(qū)，而小電阻保護(hù)方式存在高阻控制的保護(hù)盲區(qū)，如本文1.2節(jié)所述。
　　b）保護(hù)消除瞬時(shí)和短時(shí)控制故障無須跳閘，供電可靠性高。
　　c）控制電流小、對(duì)人身設(shè)備威脅低、對(duì)系統(tǒng)的地網(wǎng)、線路耐火等級(jí)、自動(dòng)化等指標(biāo)要求較低，對(duì)通信干擾小。
　　
2、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)綜合對(duì)比
　　故障相經(jīng)電抗器控制保護(hù)的方法通過智能電抗器控制綜合保護(hù)裝置來實(shí)現(xiàn)。該裝置主要部件有：微機(jī)控制器、電抗器、單極真空接觸器、電壓互感器、隔離開關(guān)、避雷器等；所有部件均安裝于一面高壓開關(guān)柜內(nèi)，與其它高壓開關(guān)柜組屏，連接于系統(tǒng)母線，形成受控于微機(jī)控制器的測(cè)量和保護(hù)兩大回路。
　　與消弧線圈和小電阻控制方式相比，智能型電抗器控制綜合保護(hù)方式不需要控制變、電抗器室或電阻柜等附加設(shè)施、占地面積少、綜合造價(jià)低，并且容量包容性寬，滿足變電站發(fā)展需要，具有較大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。
　　
3、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及可靠性
　　智能電抗器控制綜合保護(hù)裝置即電抗器控制裝置在供電局110kV南莊變電站試掛網(wǎng)運(yùn)行，至今已在南莊站、祿堂站、更樓站、季華站、吉利站、桂城站等6個(gè)110kV變電站運(yùn)行13套，配套監(jiān)控屏3臺(tái)。至2010年底，在廣東省電網(wǎng)公司各個(gè)地市供電局共掛網(wǎng)運(yùn)行了約80多套智能型電抗器控制綜合保護(hù)裝置。國(guó)內(nèi)局及其他局的典型運(yùn)行狀況如下：
　　
2010年6月分別在110kV桂城站的10kV I母、II母、III母掛網(wǎng)運(yùn)行裝置各一套，至2011年3月，這三套裝置對(duì)弧光控制保護(hù)動(dòng)作11次，選線10次，準(zhǔn)確率達(dá)98%以上；對(duì)高阻控制保護(hù)動(dòng)作1次，選線1次，準(zhǔn)確率達(dá)100%；對(duì)金屬控制保護(hù)動(dòng)作2次，選線2次，準(zhǔn)確率達(dá)100%。
　　
2010年5月在110kV吉利站10kV I母、II母、VI母掛網(wǎng)運(yùn)行裝置各一套，其保護(hù)動(dòng)作及選線統(tǒng)計(jì)如下：
　　 (1)I段、VI段弧光控制保護(hù)動(dòng)作9次，選線準(zhǔn)確率100%；
　　 (2)II段弧光控制保護(hù)動(dòng)作12次，高阻控制保護(hù)動(dòng)作7次，金屬控制保護(hù)動(dòng)作5次，選線準(zhǔn)確率96%；諧振保護(hù)動(dòng)作3次。
　　
多年來，這些裝置運(yùn)行情況總體良好，能夠及時(shí)在線消除瞬時(shí)性單相控制故障，不跳線路僅準(zhǔn)確發(fā)信；對(duì)永久性故障能夠提供長(zhǎng)時(shí)間保護(hù)，選線準(zhǔn)確率高、使得運(yùn)行維護(hù)人員排查故障快，即保障了線路安全性，又減少了停電時(shí)間，保障了供電連續(xù)可靠性。
　　
四、結(jié)論
　　智能電抗器控制綜合保護(hù)裝置，在國(guó)內(nèi)及廣東其他地區(qū)電網(wǎng)已有成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，適用于供電線路為架空線路以及架空與電纜的混合線路的地區(qū)，能夠同時(shí)滿足供電安全性和供電連續(xù)可靠性需要，所以本報(bào)告推薦用智能化的控制保護(hù)方式――智能電抗器控制綜合保護(hù)裝置為最佳模式，改造國(guó)內(nèi)地區(qū)小電阻控制方式。