摘要本文根據偏磁式消弧線圈的工作原理和調節特性，開發出基于微處理器的偏磁式消弧線圈的自動跟蹤動態補償系統。實現了電網正常運行狀態下的電容電流自動跟蹤檢測，故障運行狀態下的動態補償。 關鍵詞偏磁式消弧線圈 電容電流 自動跟蹤 動態補償 　　 1引言 　　中性點不接地系統當發生單相接地故障時，接地電容電流的大小等于正常運行時一相對地充電電流的3倍，并且接地電流和接地相正常時的相電壓相差90°，當接地電流過零時，加在弧隙兩端的電源電壓為最大值，因此故障點的電弧不易熄滅。當接地電容電流較大時，容易形成間歇性的弧光接地或電弧穩定接地。間歇性的弧光接地能導致危險的過電壓；穩定性的弧光接地能發展成多相短路［1］。 　　如果從接地方式的角度來考慮限制電容電流，中性點經消弧線圈接地就是唯一的選擇［2］。偏磁式消弧線圈是一種可連續調節電感的消弧線圈，它的內部為全靜態結構，無運動部件，工作可靠性高，其響應速度快，并且可以在消弧線圈承受高壓時調節電感值，因此是一種很有發展前途的消弧線圈。 　　偏磁式消弧線圈的工作原理是通過改變附加的直流勵磁磁化鐵心的磁導率，實現電感量連續變化。由于消弧線圈的伏安特性在高壓段和低壓段都是線性的，無論是在電網發生故障時，消弧線圈兩端承受高壓，還是在電網正常運行時，消弧線圈兩端承受低壓，偏磁式消弧線圈的電感值均唯一的由勵磁繞組中的勵磁電流決定，我們只要精確地提供勵磁繞組中的勵磁電流就可以準確地調整消弧線圈的電感［3］。 2系統結構及其功能 　　2．1系統結構 　　偏磁式消弧線圈自動跟蹤動態補償系統由接地變壓器、偏磁式消弧線圈、勵磁電源系統和基于微處理器的全數字化控制器組成，系統結構如圖1所示。接地變壓器接入電力網母線，引出人造中性點N，在中性點N和地之間接入偏磁式消弧線圈，偏磁式消弧線圈的勵磁繞組由勵磁電源系統提供勵磁電流，勵磁電流的大小由全數字化控制器決定。全數字化控制器由單片機最小系統、同步電路、脈沖放大與輸出電路和信號調理電路構成，實現了數字觸發和基于電流閉環的數字PID調節。其中，單片機最小系統由Intel公司MCS－96系列的80C196KC單片機［4］和WSI公司的PSD913F2現場可編程單片機外圍芯片［5］構成。 　　 2．2系統功能 　　電壓互感器的一次側加在偏磁式消弧線圈的兩端，二次側電壓ao經過隔離變壓器后，經信號調理電路、A／D轉換電路和光電隔離后，進入單片機系統。單片機通過調節消弧線圈的勵磁繞組中的控制電流，采樣中性點位移電壓實現電容電流的檢測，并將檢測到的數值利用偏磁式消弧線圈高壓調節特性曲線轉換成電網一旦發生單相接地后，控制繞組需要施加的控制電流數值，從而確定可控硅的導通角。用鍵盤設定跟蹤靈敏度，顯示器顯示電容電流數值及運行狀態。單片機按照設定的電容電流檢測靈敏度，采樣中性點位移電壓值，依據其變化量決定是否重新檢測電容電流，通過串行通訊向上位機傳送消弧線圈正常運行狀態信息；讀取鍵盤信息及處理常規管理工作，等待接地故障發生。 　　當發生單相接地故障后，中性點位移電壓升高，中斷信號產生電路發出中斷信號，單片機執行中斷程序，打開脈沖放大與輸出電路中的邏輯閉鎖，勵磁電流在要求的時間內上升到所需數值，消弧線圈實施全補償，同時發出報警信號，并通過串行通訊向上位機傳送接地狀態信息；單片機對中斷信號進行全面判斷，經多次比較和延時處理后，在確定故障完全消失的情況下退出勵磁，返回到原狀態，如果全補償超過一定時間后，適當調節勵磁，判斷接地故障是否消失。 3電容電流的自動跟蹤檢測及動態補償的實現 　　3．1電容電流的檢測 　　通過增加勵磁電流，使中性點位移電壓U0達到最大值，然后根據此值判斷電力網的不平衡度，對平衡性很好的電網采用方法1來檢測電容電流，對不平衡度較大的電網采用方法2檢測電容電流。電容電流檢測過程中，偏磁式消弧線圈電抗值按照低壓調節特性曲線確定。 　　方法1［6］：對于對平衡性很好的電網，無論造成中性點電壓位移的主要原因是什么，我們總可以通過連續的調節消弧線圈電感量，使中性點電壓達到最大值，此時消弧線圈的感抗就等于電網的對地總容抗。而偏磁式消弧線圈低壓段的伏安特性是線性的，電感值由控制電流唯一確定，而控制電流是與給定電壓線性對應的。利用微處理器可以很容易地確定電網對地總容抗，整個過程中檢測量只有一個，即中性點位移電壓幅值。 　　方法2［2］：對于不平衡度較大的電網，因為IC＝1／（D2－D3B4），其中D2、D3和B4可由U2／U1、U2／U3、U3／U1、U3／U2這四組數據求出，所以通過該式可計算出電網單相接地電容電流。因為電感電流I1、I2、I3可以根據偏磁式消弧線圈低壓調節特性由勵磁電流精確給定，所以只要檢測在不同控制電流下中性點位移電壓幅值U1、U2、U3，就可以計算出電網單相接地電容電流。 　　上述兩種電容電流檢測方法中，檢測量只有一個，即中性點位移電壓幅值。方法1只需要比較隨著消弧線圈控制電流的改變，中性點位移電壓幅值大小變化的情況；方法2只需要知道中性點位移電壓變化前后的比值U2／U1、U2／U3、U3／U1、U3／U2，因此，并不需要精確的檢測中性點位移電壓的大小，這就使得測量精度比較容易實現。電容電流的檢測精度主要取決于偏磁式消弧線圈低壓調節特性曲線的測量精度，而低壓調節特性的精確測量是非常容易做到的。另外，上述兩種方法的實現，硬件上是完全一樣的，只需要給微處理器分別編程，按照不同的中性點位移電壓自動轉換兩種方法，即可實現不同電網電容電流的精確測量。 　　3．2電容電流的自動跟蹤 　　經分析，電容電流IC減小ΔI同電感電流IL增加ΔI造成的中性點位移電壓的變化量是相等的。同理，IC增加ΔI同IL減小ΔI造成的中性點位移電壓的變化量是相等的。IL的變化量取決于消弧線圈電感的變化，它是可以控制的，所以，我們可以讓IL分別正向、負向變化ΔI值，檢測由此造成的中性點位移電壓的變化量ΔUL＋、ΔUL－，那么維持IL原值不變，當電網電容電流發生變化時，先根據中性點電壓的升降情況判斷電容電流的變化方向，如果UN增大，說明是負向變化，如果UN減小，說明是正向變化。然后判斷其變化量ΔUC是否大于ΔUL，如果ΔUC＞ΔUL，說明電容電流的變化超過了ΔI，需要重新檢測電容電流值，否則，維持原值不變。所以，ΔI即為設定的電容電流跟蹤檢測靈敏度。 　　3．3電容電流的動態補償 　　電網正常運行時，將檢測到的電容電流值按照高壓調節特性轉換成全補償時所需的勵磁電流。一旦電網發生單相接地故障，中性點電壓升高，單片機執行中斷處理程序。打開脈沖放大與輸出通道，勵磁電流在20ms以內上升到所需數值，偏磁式消弧線圈產生電感電流對單相接地電容電流進行全常狀態，確保接地故障已經消失后，關閉脈沖放大與輸出通道，退出中斷處理程序，返回主程序。 4 運行實驗 　　4．1控制電流的響應曲線 　　在發生單相接地的瞬間，用記憶示波器拍攝的控制電流的響應曲線如圖2所示。由控制電流的響應曲線可以看出，在接地瞬間，控制電流從零上升到調諧所需的勵磁電流，時間小于20ms。　　　　 　　4．2接地殘流的波形 　　當發生單相接地后，用示波器觀察殘流波形，如圖3所示。由接地殘流的實拍波形可以看出，當發生單相接地后，接地殘流主要是高次諧波，以三次和五次諧波為主。說明偏磁式消弧線圈補償系統在發生單相接地后，電網中的容性電流被消弧線圈產生的感性電流所完全補償。 5 結束語 　　該裝置實現了電網正常運行狀態下的電容電流自動跟蹤檢測，故障運行狀態下的動態補償，故障消失后的自恢復。該裝置采用80C196KC單片機和WSI公司的PSD913F2現場可編程單片機外圍芯片作為最小系統，實現了偏磁式消弧線圈的全數字化控制，消除了模擬控制系統固有的缺點。現場運行充分證實了該裝置運行可靠、測量精度高，響應速度快，補償效果好，并實現了消弧線圈在承受高壓時調節電感值，因此使電網運行狀況得到很大的改善，有效地治理了電容電流的危害，增加了電網運行的可靠性。 6參考文獻 　　1GriffelD，etal．ANewdealforsafetyandqualityonMVnetworks［J］．IEEETransonPowerDelivery，1997，12（4）：1428－1433 　　2NewbouldA．，etal．ImprovingUKpowerqualitywitharcsuppressioncoils．IEESeventhInternationalConfer－enceonDevelopmentsinPowerSystemProtection，2001：487～490 　　3王鴻雁．偏磁式消弧線圈的全數字化控制系統：［學位論文］．北京：中國礦業大學，2001． 　　4孫涵芳．Intel16位單片機．北京：北京航空航天大學出版社，1995． 　　5PSD9××F系列數據手冊及應用筆記．武漢力源電子股份有限公司，2000． 　　6蔡旭．自動跟蹤電容電流動態補償系統的研究．電力系統自動化，1995，19（8）：57～61