智能电抗器控制装置可行性分析

摘 要：智能型电抗器控制综合保护方式在国内及广东电网已有成熟运行经验，能够根据单相控制故障的性质和类别采取不同的处理方法，对瞬时性故障在线消除，无须线路跳闸；对永久性故障可靠选线，可按照线路的特性选择恰当的时序适时切除。该保护方式具有明显的技术和经济优势，适用于供电线路为架空线路以及架空与电缆的混合线路的地区，能够同时满足供电安全性和供电连续可靠性需要，是改造国内地区控制方式的最佳选择。
　　
关键词：智能型电抗器；控制保护；消弧；可行性
　　
一、国内等地区10kV中性点经小电阻控制方式存在的问题
　　供电局管辖的变电站大多数采用10kV中性点经小电阻控制方式，该控制方式属于大电流控制系统，发生单相控制时，能获得较大的阻性电流，直接驱动出线的零序保护动作于跳闸。其优点是能快速切除故障，过电压较低。其主要缺点是：1)不能区分瞬时性故障还是永久性故障，风吹草动都频繁动作于跳闸。2)对高阻控制故障存在误动和拒动。　
　
1、线路频繁跳闸的危害
　　国内地区供电线路主要为架空和电缆混合线路，并且是鼠害严重地区，在这些地区发生的单相控制故障绝大部分是瞬时性故障。据某供电所的不完全统计，该变电所辖区内三个10kV中性点经小电阻控制的变电站2010年线路跳闸约70次：由于雷雨影响的跳闸有36次，老鼠等小动物触碰有11次，草木及货车等非施工碰撞有7次；总计：瞬时性单相控制故障造成的线路跳闸率/年大于70%。线路频繁跳闸带来了如下危害：
1）影响对用户的供电可靠性
　　线路频繁跳闸，对于工业用户，造成了生产被迫停电的经济损失；对于居民用户，造成生活上的极大不便，引起广大用户的强烈不满和投诉。
　　
2）耗费供电运行维护部门大量人力物力
　　每一次线路跳闸，供电所都要出动人员去查找故障，而许多瞬时性的闪络控制故障根本无法查找，并且小电阻控制方式不判断故障相，增加维护人员的查找范围，浪费了大量人力物力，使运行维护部门疲于奔命。
　　
3）对永久性故障重合闸产生更大危害
　　由于小电阻控制方式无法区分瞬时性故障和永久性故障，无论何种原因的跳闸都在1秒钟后重合闸，对于永久性故障重合闸必然是又一次的短路冲击，造成更大的危害。
　　
2、对高阻控制故障的误动和拒动的危害
　　树枝及小动物触碰、架空线路断线、电缆线路老化等都属于高阻控制故障，小电阻控制方式的另一个主要缺陷就是对高阻控制故障存在误动和拒动。
　　
1）对高阻控制故障的误动
　　对于湿树枝或小动物触碰10kV线路，由于此时控制过渡电阻值较小，产生的零序电流能够启动小电阻控制系统的保护动作，而引起线路的频繁跳闸。如国内地区尤其在冬季，因老鼠触碰造成的线路跳闸率达16%；在采用小电阻控制方式的一些南方大城市，夏季雷雨线路跳闸50%因树木碰线引起。
　　
2）对高阻控制故障的拒动
　　对于架空线路断线、绝缘子或电缆线路绝缘下降等高阻控制故障，由于此时控制过渡电阻值较大，产生的零序电流不能够启动小电阻控制系统的保护动作，而引起保护拒动。如，京津地区发生的架空线路断线掉在道路上，保护拒动引起人身电亡；天津地区最近（2011.7.14.）发生的电线被大风吹落游泳池，保护拒动造成3人死亡，多人受伤。

二、10kV中性点经小电阻控制方式改造为智能化控制保护的必要性
　　以上问题反映了应用中性点经小电阻控制方式必须考虑使用环境。对于架空线路以及架空与电缆的混合线路，大部分单相控制故障是瞬时性的弧光控制和高阻控制，采用中性点经小电阻控制方式必然引起线路频繁跳闸以及对高阻控制故障的误动和拒动，影响了对用户供电的可靠性，同时，也给供电运行维护部门带来了巨大的工作量。因此，10kV中性点经小电阻控制方式不适用于类似于国内供电线路为架空线路以及架空与电缆的混合线路的地区，这些地区需要智能化的控制保护方式：即，能够根据单相控制故障的性质和类别采取不同的处理方法，才能同时满足供电安全性和供电连续可靠性。
　　
三.实施改造的可行性
　　　在国内地区目前有三种10kV中性点控制方式：
　　　1) 中性点控制经消弧线圈控制；
　　　2）中性点控制经小电阻控制；
　　　3）故障相经电抗器控制保护。其中，故障相经电抗器控制保护，指的是变电站中性点不控制，当发生单相控制故障时，故障相经电抗器控制保护。故障消除后，电抗器退出，母线恢复正常的运行方式。该方式是一种智能化的控制保护模式，它结合了消弧线圈和小电阻控制方式两者的优点，弥补了这两者的不足，具有明显的技术和经济优势。
　　
1、智能电抗器控制综合保护装置主要技术优势
　　1）能够准确区分瞬时性和永久性单相控制故障，分别进行恰当的处理：对瞬时性弧光控制等故障，将故障相经电抗器控制，做到和消弧线圈一样，在线消除故障并发信，无须线路跳闸，并且灭弧比消弧线圈更可靠；对永久性故障，又能和小电阻系统一样，可靠选线，并具备小电阻系统所不具备的――根据线路和故障的性质，选择合适的时序正确切除故障线路。
　　
2）能够在线监测系统运行状态，超越消弧线圈和小电阻控制的保护范围，消除高阻控制故障保护盲区，及时预警绝缘老化等高阻控制故障，将故障消灭萌芽状态中。
　　
3）选线准确率高，不但能保持小电阻控制系统对常见控制故障的选线准确率，而且能准确选出小电阻系统所不能选的高阻控制线路，还具有小电阻控制系统所不具备的100%准确判断故障相，使故障排查范围缩小，为快速消除永久性故障、恢复供电提供有力的保障。
　　4)比消弧线圈保护的优势
　　a）无高阻控制的保护盲区，而消弧线圈存在高阻控制的保护盲区。例如，国内某变电站经消弧线圈控制，该站发生过吊车碰断10kV线路落在地面上，该线路断点与地面接触产生电弧、使得断线不断弹跳、而保护却拒动，就是因为该线路断点与地面接触的过渡电阻值较大，属于高阻控制，零序电压不满足消弧线圈保护动作值所致。
　　
b）无须追踪电容电流的变化，100%可靠熄灭电弧、并测控简单。
　　c）保护容量适应范围宽，包容系统各种运行方式和变电站发展的需要。
　　5)比小电阻保护的优势
　　a）无高阻控制的保护盲区，而小电阻保护方式存在高阻控制的保护盲区，如本文1.2节所述。
　　b）保护消除瞬时和短时控制故障无须跳闸，供电可靠性高。
　　c）控制电流小、对人身设备威胁低、对系统的地网、线路耐火等级、自动化等指标要求较低，对通信干扰小。
　　
2、技术和经济综合对比
　　故障相经电抗器控制保护的方法通过智能电抗器控制综合保护装置来实现。该装置主要部件有：微机控制器、电抗器、单极真空接触器、电压互感器、隔离开关、避雷器等；所有部件均安装于一面高压开关柜内，与其它高压开关柜组屏，连接于系统母线，形成受控于微机控制器的测量和保护两大回路。
　　与消弧线圈和小电阻控制方式相比，智能型电抗器控制综合保护方式不需要控制变、电抗器室或电阻柜等附加设施、占地面积少、综合造价低，并且容量包容性宽，满足变电站发展需要，具有较大的经济优势。
　　
3、运行经验及可靠性
　　智能电抗器控制综合保护装置即电抗器控制装置在供电局110kV南庄变电站试挂网运行，至今已在南庄站、禄堂站、更楼站、季华站、吉利站、桂城站等6个110kV变电站运行13套，配套监控屏3台。至2010年底，在广东省电网公司各个地市供电局共挂网运行了约80多套智能型电抗器控制综合保护装置。国内局及其他局的典型运行状况如下：
　　
2010年6月分别在110kV桂城站的10kV I母、II母、III母挂网运行装置各一套，至2011年3月，这三套装置对弧光控制保护动作11次，选线10次，准确率达98%以上；对高阻控制保护动作1次，选线1次，准确率达100%；对金属控制保护动作2次，选线2次，准确率达100%。
　　
2010年5月在110kV吉利站10kV I母、II母、VI母挂网运行装置各一套，其保护动作及选线统计如下：
　　 (1)I段、VI段弧光控制保护动作9次，选线准确率100%；
　　 (2)II段弧光控制保护动作12次，高阻控制保护动作7次，金属控制保护动作5次，选线准确率96%；谐振保护动作3次。
　　
多年来，这些装置运行情况总体良好，能够及时在线消除瞬时性单相控制故障，不跳线路仅准确发信；对永久性故障能够提供长时间保护，选线准确率高、使得运行维护人员排查故障快，即保障了线路安全性，又减少了停电时间，保障了供电连续可靠性。
　　
四、结论
　　智能电抗器控制综合保护装置，在国内及广东其他地区电网已有成熟的运行经验，具有明显的技术经济优势，适用于供电线路为架空线路以及架空与电缆的混合线路的地区，能够同时满足供电安全性和供电连续可靠性需要，所以本报告推荐用智能化的控制保护方式――智能电抗器控制综合保护装置为最佳模式，改造国内地区小电阻控制方式。