變電站改造中消弧線圈可否拆除研究

孫獻玲,張子民

變電站改造中消弧線圈可否拆除研究

孫獻玲①,張子民

(河南煤業化工集團公司焦煤集團方莊二礦)(河南煤業化工集團公司焦煤集團趙固一礦洗煤廠)

根據國家電力行業標準,河南省焦作市焦煤集團公司使用的6 k V高壓開關柜為 GG-1A型,屬于國家禁止使用的高壓開關柜。因此,對方莊二礦35 k V變電站進行改造。根據變電站改造的實際情況,研究消弧線圈與接地電流的關系,確定是否可以取消消弧線圈,達到節能降耗、節約空間和設備的目的。

變電站;消弧線圈;接地電流;改造;研究

1 中性點接地方式

選擇電力系統中性點的接地方式,是一個綜合性問題,它與電力系統的電壓等級、單相接地短路電流、設備的過電壓水平以及繼電保護的要求有關。接地方式選擇是否合適,直接影響電力系統的水平、供電的可靠性和連續性、系統的安全運行以及對通信的干擾。確定中性點接地方式時,一般要考慮下列因素：

1)發生單相接地故障時,使接地故障對連續供電的影響最小,能將故障電流的危害降到最低限度,又利于實現靈敏而有選擇性的接地保護。

2)發生單相接地故障時,非接地相的過電壓倍數較低,不致破壞電力系統的絕緣水平,而發展為相間短路。

3)盡量減少同一供電系統設備之間的相互影響,簡化接地保護,提高供電可靠性,節約初期投資。

根據《煤礦電工手冊》,3～63 kV電力系統多采用中性點不接地方式,其電容電流不能超過允許值,否則接地電流不易自熄,易產生較高的弧光間歇接地過電壓。同時《煤礦安全規程》第457條：礦井高壓電網必須采取措施限制單相接地電容電流不超過20 A。當單相接地電流大于20 A時,應裝設消弧線圈。由此可見,該變電站改造中消弧線圈可否拆除是由方莊二礦整個供電系統單相接地時的接地電流決定的。因此,首先研究6 k V不接地系統單相接地時的對地電容電流。

2 中性點不接地系統的電容電流

對于中性點不接地系統,正常運行時,三相電壓數值相等,相位角120°,三相矢量和為0。由于供電系統的三相導線與地之間存在著分布電容,在導線中引起了容性的附加電流。在三相絕緣良好的情況下,三相導線的對地電容相等,視為對稱負載,此時中性點電位與大地電位相等,各相對地電壓分別等于各自的相電壓,且三相對稱。此時三相對地電容電流各自超前其對應相電壓90°,相位角為120°,三相矢量和為0。所以,正常運行時該電力系統對地電容電流比較小。

3 中性點不接地系統單相接地電流

當6 k V系統發生單相接地時,三相電源電壓仍保持不變,即線電壓保持對稱和大小不變,對用電設備的運行不受影響。同時,盡管接地相對地電壓升高倍,但是這種系統的電氣設備的絕緣是按線電壓考慮的,所以對電力系統及電氣裝置危害不大。

電力系統發生單相接地時,接地相的相電壓為0,其它兩相對地電壓升高倍,所以該兩相的對地電容電流也較正常升高倍。設C相接地,該相電容被短接,對地電容電流為0。于是在接地點只流過非故障相A相、B相的對地電容電流之和(即接地電流),并經過C相導線返回。假定電流從電源流向網絡作為正方向,則由克希荷夫第一定律可得：

可知,單相接地時的接地電流等于正常工作時的一相對地電容電流的3倍。若已知每相對地電容C及正常運行時的相電壓UX或網絡額定電壓UN,則得：

4 接地電流與電弧

由上式可知,接地電流IC的大小與網絡電壓、頻率和相對地電容C的大小有關,而電容C的大小則與電網的結構(電纜或架空線)布置方式、線路長度等有關。通常,這種接地電流可在數A到數十A或數百A的范圍內變化。接地電流是線路、電纜、配電裝置等對地電容電流的總和。根據《煤礦安全規程》規定,煤礦供電系統接地電流不得超過20 A。因為：單相接地時所產生的接地電流,將在接地點形成電弧。這種電弧可能是穩定的或間歇性的。

當接地電流不大時,電弧在電流過零瞬間自行熄滅,接地故障隨之消失,于是電網恢復正常運行。當接地電流很大(30 A以上)時,將會形成持續性的電弧接地,如不及時消除,可能燒毀設備并導致相間短路事故。

實踐證明,當接地電流大于5～10 A而小于30 A時,有可能產生一種周期性地熄滅與重燃的間歇性電弧,這是由于網絡中有電感和電容所形成的振蕩回路所致。間歇性電弧可能導致電弧過電壓,其幅值可達(2.5～3)UX,將危及網絡的絕緣。

根據上述情況,目前在我國,中性點不接地系統的適用范圍是：

1)電壓小于500 V的裝置。

2)3～10 kV電網,當單相接地電流小于30 A時,如要求發電機能帶單相接地故障運行,則當發電機有電氣連接的3～10 kV電網的接地電流小于5 A時。

3)35～60 kV電網,當單相接地電流小于10 A時。

如不滿足上述條件,則必須將中性點經消弧線圈接地或直接接地。

5 確定方莊二礦高壓供電系統接地電流值

1)匯總計算法。對方莊礦供電系統25 361 m電纜、4 800 m架空線路(不包括方莊一礦井下、家屬區供電電纜,所以數值略微偏小。)進行計算：

電纜線路：I01=UL/10=15.977 A

架空線路：I02=UL/350=0.086 4 A

2)實際測試法。于2009年8月18日請焦作市電業局在方莊二礦35 k V變電站6 kV配電室用DRC-IA型配電網接地電容電流測試儀測試該礦供電系統電容電流為：電壓6 k V,電容14.91μF,電容電流16.23 A。

根據以上數據復核：

由此可見,方莊二礦6 kV供電系統發生單相接地時的接地電流近似48 A超過20 A的規定,所以,該消弧線圈不能拆除。

[1] 張學成.工礦企業供電[M].北京：煤炭工業出版社,2005：10-14.

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Research on Arc Suppression Coil Dismantle or not Dismantle in Substation Transfor mation

Sun Xian-ling,Zhang Zi-min

According to national power industry,the coking coal group company of Jiaozuo in Henan use GG-1A type 6 k V high-tension switch cabinet belong to high-tension switch cabinet of nation taboo.Therefore change Fangzhuang No.2 Mine’s electric power substation.According to electric power substation’s practical situation,research earth current and arc-suppressing coil,to determine cancel arc-suppressing coil is true.Achieve save energy,reduce the cost,space saving and equipment saving.

Electric power substation;Arc-suppressing coil;Earth current;Transformation;Research

TD612

B

1672-0652(2010)02-0038-03

孫獻玲 女 1974年出生 2009年畢業于河南理工大學成人教育學院 助理工程師 焦作 454361

2010-01-12