李娟
【摘要】笔者对自动调谐消弧线圈的发展现状及存在的问题进行了研究和分析，针对2.2kV·A/220V的调容式消弧线圈及其2kvar的电容调节柜，设计了基于TMS320F2812控制可控硅投切电容器的调容式消弧线圈，并阐明了其工作原理以及硬件和软件设计方案。
【关键词】消弧线圈;TMS320F2812;可控硅投切电容器;自动补偿
一、引言
由于非有效接地老式的人工调谐消弧线圈已不再适用文中设计了一种可控消弧线圈的控制系统，能自动测量电容电流，可以自动平滑调节容量，在单相接地时判断接地类型并立即动作和充分补偿接地电容电流，促使电弧迅速自熄且不再复燃，保证电力系统安全可靠运行。
二、调容式消弧装置补偿原理
消弧线圈通过二次绕组上并联不同容量的电容器来改变其一次侧的等值电感量。电容器的投切通过控制串联的双向可控硅开关的通断来实现。根据电网对地电容电流的测量，选择不同容量的电容器组合，调节线圈电感，实现系统动态调谐，通过系统脱谐度的调节，保证系统在正常运行时中性点位移电压小于15%。而且，可控硅选择在接近零电压的投入电容器，避免投切时的过电压和合闸涌流问题，同时也大大减小了系统功耗，通过串联的电感，遏制消弧线圈开关动作时产生的谐波干扰问题。
电容电流的测量使用的是一种间接测量接地电容电流的方法，即调节投切电容的档位来改变中性点的电压和消弧线圈中的电流，从消弧线圈的低压侧采集数据并计算得出系统对地电容电流，忽略系统阻尼作用，有：
Ubd=UN+ILXC （1）
IC=UφXC=ILUbd-UNUφ （2）
式（1）、（2）中，不对称电压Ubd的值是消弧线圈不投入时，由电压互感器的开口三角侧得到[10]，消弧线圈投入后，不对称电压变为Ubd′，由于消弧线圈投入前后不对称电压的值基本不变，所以Ubd=Ubd′。UN和IL为投入消弧线圈之后的中性点电压值和流过消弧线圈中的电流值。通过对UN、IL的實时测量和Ubd的值，即可算出系统对地电容电流的大小。这种算法的优点是测量过程中不需要进行多次调挡操作，减少了开关操作次数，而且测量周期短，有效提高了消弧线圈的调节速度.
三、消弧线圈控制系统设计
该装置选用TMS320F2812的DSP作为主控制芯片，其抗干扰能力强，在恶劣的环境下能较好地工作。当系统经消弧线圈接地时，控制系统不断的采集消弧线圈两端电压UN和流过消弧线圈的电流IL的值，在信号的每个周波之内均匀地采集12点，对这12点的数据进行全波傅里叶算法后得出其有效值，并算出脱谐度υ和电容电流IC且在LCD128×64显示模块中显示出来。当系统发生单相短路接地故障时，中性点电压将大幅上升，当大于额定相电压50%时，系统发生单相短路接地故障，此时装置检测到接地故障信号，在消弧线圈二次侧的电压过零的情况下，立即发出触发脉冲来触发晶闸管，使消弧线圈以某一特定的容量投入工作，补偿电容电流，促使残流减小，从而使电弧熄灭。系统恢复正常运行时，在电流过零的情况下控制系统会自动关闭晶闸管，即可将晶闸管的投切状态恢复到初始状态。同时工作过程中的相关数据也会在LCD128×64模块显示。
1.控制系统硬件设计
控制系统的硬件结构框图见图1调容式消弧线圈控制模块为整个消弧装置的核心部分，由DSP的TMS320F2812和控制软件组成。其采集模块实时采集电网电量来判断电网状态和计算电容电流，包括电压互感器、电流互感器、电压变换器、电流变换器、采样前置处理。其双向可控硅开关控制部分通过消弧线圈二次侧的电压过零信号及DSPI/O双口闭锁输出，光耦隔离处理，对消弧线圈二次侧电容器进行投切控制，触发动作快，可靠性高。同时控制器还为工作人员提供良好的人机界面和掉电存储模块，即LCD128×64液晶显示、输入用的键盘、可断电保存故障记录历史工作状态信息等，方便提取历史故障信息。
图1
2.控制系统软件设计
在CCS开放环境下编译程序，首先在主程序中完成系统AD转换、故障判断，LCD显示及数据通讯初始化，消弧线圈二次测同步信号的采集与处理。当系统处于正常工作状态下，装置不断计算电网脱谐度和电容电流并显示，使电网处于过补偿状态且远离谐振点。当电网处于故障状态下，在10ms内判断系统处于永久故障还是瞬时故障，如是瞬时故障，则标志位依然为0，保持系统原本测量状态。如是永久故障，故障标志位flag置1（初始值为0），在消弧线圈二次侧电压过零时双向可控硅投切，对故障电流进行补偿，此时电网运行在谐振点附近且保证过补偿状态，当灭弧成功时，消弧成功标志位flag1置1，系统显示脱谐度并依然保持过补偿状态且远离谐振点。如图2所示。
图2
四、结语
通过上述分析，基于DSP的容式消弧线圈控制系统可快速识别系统是否发生永久性单相接地，并在故障时快速自动补偿接地点电容电流，确保电网脱谐度在谐振点附近运行，防止谐振过电压。
注：淮南联合大学校级自然科研项目（NO.LYB1202）。
