關(guān)于路燈高壓供電網(wǎng)絡(luò)的消弧問題

梅國強(qiáng)

鄭州市城市照明燈飾管理處（450053）

1 裝消弧裝置的必要性

隨著城市框架的拉大,架空線的入地,10 kV路燈高壓系統(tǒng)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，電纜網(wǎng)絡(luò)成倍增長。特別是城市區(qū)域，對(duì)于美化環(huán)境要求高，供電可靠性要求大，10 kV架空線路逐漸減少，鄭州市只剩下大約3 kM，并且很快將要取消。電纜線路逐漸增長，城市亮化工程，使電纜增長的速度進(jìn)一步加快。

路燈高壓電纜的增加,導(dǎo)致路燈高壓電網(wǎng)單相接地電容電流逐漸增大。當(dāng)10 kV系統(tǒng)單相接地電流大于10 A時(shí)，電弧便有可能不會(huì)自行熄滅，容易引起相間短路。當(dāng)單相接地為間歇性弧光接地時(shí)，會(huì)引起弧幅值很高的弧光過電壓，它是一種最嚴(yán)重的過電壓現(xiàn)象。使健全相可出現(xiàn)3倍或4倍的相電壓過電壓，并形成永久接地。一般來講，這種過電壓對(duì)具有正常絕緣的變壓器、斷路器、電氣線路和其他電氣設(shè)備都不會(huì)有危險(xiǎn)。但是，遇到設(shè)備絕緣存在的薄弱環(huán)節(jié)，如運(yùn)行中的高壓柜是沒有通過全工況試驗(yàn)的產(chǎn)品,柜內(nèi)電氣設(shè)備對(duì)地絕緣凈距離不夠，互感器積塵受潮等原因，在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，承受不了持續(xù)時(shí)間較長，弧光接地過電壓及鐵芯諧振過電壓，導(dǎo)致非故障相絕緣薄弱點(diǎn)擊穿，形成兩點(diǎn)接地短路，造成跳閘或燒毀電氣設(shè)備，造成損失，影響供電的可靠性。

我國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T620-1997“交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合”中明確要求,3～10 kV架空線路及35，66 kV電網(wǎng)單相接地故障電流大于10 A，3～10 kV主要由電纜線路構(gòu)成的系統(tǒng)，當(dāng)接地電流大于30 A時(shí)，中性點(diǎn)應(yīng)裝設(shè)消弧線圈。因此，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)是一種短期運(yùn)行方式，最終將過渡到消弧線圈接地方式運(yùn)行。

2 中性點(diǎn)接地方式及對(duì)配電系統(tǒng)過電壓的影響

電力系統(tǒng)接地方式分為兩類∶一類是中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)又稱為大電流接地系統(tǒng);另一類是中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)，也稱為小接地電流系統(tǒng)。

我國目前城市電網(wǎng)及廠礦企業(yè)的電力系統(tǒng)中性點(diǎn)主要有以下三種接地方式，即中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地和中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地。這三種接地方法各有利弊，下面簡要介紹一下。

2.1 中性點(diǎn)不接地

它的優(yōu)點(diǎn)是與早期直接接地相比，供電可靠性高，跳閘次數(shù)少，運(yùn)行和維護(hù)工作少。一般在系統(tǒng)投運(yùn)初期接地電容電流較小時(shí)采用。缺點(diǎn)是當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，容易引起弧光接地幾率大；另外，在單相接地或操作時(shí)還有可能引起電壓互感器電磁諧振過電壓。

2.2 中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地

它的優(yōu)點(diǎn)是限制了過電壓的幅值,使過電壓幅值在2.5倍相電壓以下，對(duì)設(shè)備絕緣等級(jí)要求低，限制了單相接地故障向二相、三相接地故障的發(fā)展。故障后，通過接地點(diǎn)的電流來啟動(dòng)零序電流互感器來啟動(dòng)零序保護(hù)動(dòng)作,迅速切斷故障線路。缺點(diǎn)是單相接地跳閘的幾率增大，降低了斷路器的使用壽命，小電阻接地惡化了配電網(wǎng)的電磁環(huán)境，可能對(duì)通信造成干擾。

2.3 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地

它的優(yōu)點(diǎn)是中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地保留了中性點(diǎn)不接地的全部優(yōu)點(diǎn)，由于有了消弧線圈，補(bǔ)償了接地電容電流，延長了再起弧的時(shí)間，電弧大多都能熄滅，降低了建弧率。經(jīng)過消弧線圈接地系統(tǒng)的過電壓幅值不超過2.5倍相電壓，從而限制了弧光接地過電壓。另外,經(jīng)消弧線圈接地還可以消除因單相永久性接地而引發(fā)的電壓互感器鐵磁諧振不能直接安裝電容電流補(bǔ)償設(shè)備。缺點(diǎn)是由于10 kV系統(tǒng)為三角形接線,無中性點(diǎn)引出，需裝一臺(tái)接地變壓器和消弧線圈，增大投資，為了和系統(tǒng)配合，需要增加自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償裝置，這些都需增加投資。

在我們國家，中性點(diǎn)經(jīng)消弧方式在6～66 kV電網(wǎng)中得到極其廣泛的應(yīng)用，并積累了大量的運(yùn)行、制造及維護(hù)經(jīng)驗(yàn)。我們建議在路燈高壓供電系統(tǒng)中也采用這種接地方式。

3 自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償?shù)南⊙b置在供電系統(tǒng)的應(yīng)用

式中∶r=脫諧度；

Ic=電網(wǎng)的電容電流；

IL=消弧線圈上電感電流。

脫諧度的數(shù)值選取要適當(dāng)。一方面，脫諧度的減小不僅能減小單相接地弧道中的殘流，還可以降低恢復(fù)上升速度。從這一角度來看，脫諧度越小越好；從另一方面來看，脫諧度的減小會(huì)使消弧線圈分接頭數(shù)量增多,增加設(shè)備的復(fù)雜程度，還會(huì)使有載調(diào)節(jié)開關(guān)頻繁動(dòng)作,降低設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，脫諧度不大于5%，就能很好的滅弧，維持較理想的殘余電流和恢復(fù)電壓的上升速度。設(shè)計(jì)上要求脫諧度為10%。消弧線圈的自動(dòng)跟隨補(bǔ)償或自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈功能和應(yīng)用上了一個(gè)嶄新的臺(tái)階。

由于以上原因，結(jié)合我們路燈高壓線路管理的現(xiàn)況，采用自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置是一種較佳的選擇。但是采用此種方法應(yīng)征得供電局同意。他們?nèi)缬凶詣?dòng)跟蹤補(bǔ)償，我們則采用手動(dòng)補(bǔ)償。

自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置的方法，從原理上講，可分為六類∶極值法、相位法、電容電流間接檢測法、附加電源法、模型法和信號(hào)注入法。根據(jù)資料顯示、大多數(shù)自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置采用電容電流間接檢測法。

以上這些調(diào)諧方法各有優(yōu)缺點(diǎn),沒有達(dá)到爐火純青的地步；其中相位法、電容電流間接檢測法和信號(hào)注入法在實(shí)際產(chǎn)品應(yīng)用中較多，并積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。而模型法和附加電源法尚無運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。但隨著電子技術(shù)的發(fā)展，采用微處理器后，將上述幾種方法結(jié)合在一起進(jìn)行調(diào)解的方法應(yīng)該具有較大的優(yōu)勢(shì)。

4 消弧線圈電感調(diào)節(jié)

1）自動(dòng)調(diào)節(jié)分接頭方式可調(diào)匝數(shù)式（電感不連續(xù)可調(diào)）。2）投切電容器組式（電感不連續(xù)可調(diào)）。3）可調(diào)其隙式（電感連續(xù)可調(diào)）。4）磁飽和電抗器式（外加直流助磁，電感連續(xù)可調(diào)）。5）二詞調(diào)感式（電感連續(xù)可調(diào)）。

5 自動(dòng)跟蹤消弧線圈的選用

1）自動(dòng)跟蹤消弧線圈生產(chǎn)廠家較多，產(chǎn)品質(zhì)量差異很大，應(yīng)選用生產(chǎn)能力強(qiáng)，技術(shù)力量雄厚，有多年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，售后服務(wù)好的廠家產(chǎn)品。2）對(duì)自動(dòng)跟蹤的原理進(jìn)行認(rèn)真分析，采用原理先進(jìn)、已大批量穩(wěn)定生產(chǎn)的產(chǎn)品。3）對(duì)現(xiàn)有的系統(tǒng)電容電流測量,根據(jù)測量電容電流的大小選用消弧線圈的容量，并對(duì)未來的系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r，留有適當(dāng)?shù)娜萘俊?）自動(dòng)跟蹤消弧線圈的控制信號(hào)應(yīng)滿足無人值班變電所的要求，即能自動(dòng)調(diào)諧，需要時(shí)也能人工調(diào)諧。5）自動(dòng)調(diào)諧應(yīng)有它哦內(nèi)通信接口，保證遙控遙測的需要。自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈接地補(bǔ)償裝置用得較多，它的主要設(shè)備有接地變壓器、消弧線圈、阻尼電阻、有載調(diào)節(jié)開關(guān)及自動(dòng)控制器。正確的選擇這些設(shè)備的技術(shù)參數(shù)是保證該裝置高效、可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵。

5.1 消弧線圈容量的選擇

消弧線圈的容量按下式進(jìn)行計(jì)算∶S＝1.35I0Uφ式中∶S—消弧線圈的容量，kVA；

I0—電力網(wǎng)接地電容電流（它應(yīng)考慮電力網(wǎng)5年內(nèi)的發(fā)展），A；

Uφ—電力網(wǎng)的額定相電壓，kV；

1.35 —系數(shù)（考慮誤差1.1，氣候影響系數(shù) 1.05，過補(bǔ)償運(yùn)行系數(shù)1.1及電網(wǎng)發(fā)展的儲(chǔ)備系數(shù)1.1）。

5.2 消弧線圈分接頭的選擇

消弧線圈分接頭頭數(shù)越多，調(diào)節(jié)精度越好，但設(shè)備越復(fù)雜。分接頭的數(shù)量決定裝置可以達(dá)到的最小脫諧度。脫諧度r不僅影響到單相接地弧道中的殘流（用Ig表示，部分標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定Ig不宜大于10A）,還影響到恢復(fù)電壓的上升速度,成為影響滅弧的重要因素。變電所主變壓器中性點(diǎn)的消弧線圈一般采用過補(bǔ)償方式,且宜采用五個(gè)分接頭以上的消弧線圈。

5.3 電容電流的計(jì)算

系統(tǒng)目前對(duì)地電容電流IC應(yīng)以實(shí)測值為準(zhǔn)。如果系統(tǒng)以后不再增加或增加較小，則Imax=1.5IC；則如果是新系統(tǒng)有較大發(fā)展前途的∶Imax=2IC。

1）電纜線路的電容電流可按下式計(jì)算∶

其中，L—電纜長度，m；

IC—電容電流 ，A；

UNS—電網(wǎng)額定電壓，V。

2）變電所附加的接地電容電流值見表1。

表1 變電所附加的接地電容電流值

3）總電容電流為:IC＝∑IC+∑Iline其中，IC—設(shè)備的電容電流；Iline—線路的電容電流。

5.4 阻尼電阻

阻尼電阻是用來限制諧振過電壓,保護(hù)整套裝置安全有效運(yùn)行的一個(gè)重要組成部分。增加阻尼電阻的目的是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生諧振時(shí)（即Xc=XL），保證中性點(diǎn)的位移電壓Un小于15%相電壓，維持系統(tǒng)正常運(yùn)行，防止諧振過電壓。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，中性點(diǎn)流過很大的電流，這時(shí)必須將阻尼電阻短接。

阻尼電阻宜選擇高溫性能優(yōu)良的不銹鋼電阻,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生點(diǎn)相故障時(shí)，應(yīng)盡快將阻尼電阻短接，否則就會(huì)降低消弧線圈的出力或燒毀阻尼電阻，當(dāng)系統(tǒng)恢復(fù)正常時(shí)，應(yīng)確保阻尼電阻短接觸電斷開,使阻尼電阻正常串接在消弧線圈回路中。否則，系統(tǒng)有可能因失去阻尼而出現(xiàn)諧振過電壓。

5.5 中性點(diǎn)電壓互感器

中性點(diǎn)應(yīng)裝電壓感器,中性點(diǎn)的位移電壓應(yīng)≤15%。中性點(diǎn)電壓互感器裝置采用高精度的，用以測量中性點(diǎn)電壓，當(dāng)中性點(diǎn)電壓超過設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)則判斷接地。

5.6 接地變壓器的選擇

1）接地變壓器不帶二次負(fù)荷時(shí)，接地變壓器的容量等于消弧線圈的容量。2）接地變壓器帶有接地負(fù)荷時(shí)，接地變壓器一次側(cè)容量等于消弧線圈的容量加二次負(fù)荷容量。

表2 接地故障電流的允許極限值

[1]焦留成主編.供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.中國計(jì)劃出版社.

[2]天津電力公司編.變電運(yùn)行現(xiàn)場操作技術(shù)[M].中國電力出版社.

[3]李潤先編著.中壓電網(wǎng)系統(tǒng)接地實(shí)用技術(shù)[M].中國電力出版社.