消弧線圈在配電網中的應用探討

易雄偉

（佛山東海理化汽車部件有限公司，廣東 佛山 528000）

隨著供電系統的不斷完善，電纜線路的增加，配電網的接地電容達到一定數值后，配電網的供電可靠性將受到威脅。為了解決由于配電網的接地電容過大的問題，其中一項有效地舉措就是在配電網的中性點裝設消弧線圈。

1 采用消弧線圈的必要性

隨著電纜出線增多，10 kV配電網絡中單相接地電容電流將急劇增加，當系統電容電流大于10 A后，將帶來一系列危害，具體表現如下：①當發生間歇弧光接地時，可能引起高達 3.5倍相電壓的弧光過電壓，引起多處絕緣薄弱的地方放電擊穿和設備瞬間損壞，使小電流供電系統的可靠性這一優點大受影響。②配電網的鐵磁諧振過電壓現象是比較普遍的，時常發生電壓互感器燒毀事故和熔斷器的頻繁熔斷，嚴重威脅著配電網的安全可靠性。③當有人誤觸帶電部位時，由于受到大電流的燒灼，加重了對觸電人員的傷害，甚至死亡。④當配電網發生單相接地時，電弧不能自滅，很可能破壞周圍的絕緣，發展成相間短路，造成停電或損壞設備的事故；因小動物造成單相接地而引起相間故障造成的停電事故也時有發生。⑤配電網對地電容電流增大后，對架空線路來說，樹線矛盾比較突出，尤其是雷雨季節，因單相接地引起的短路跳閘事故占很大比例。

2 消弧線圈在配電網中的工作原理

2.1 電容電流分析

圖1 消弧線圈單相接地時的電流分布

在圖1的采用消弧線圈接地電網中，一條線路上發生A相接地以后，接地相的對地電容COA被短路。電容電流的大小、分布與不接消弧線圈是一樣的，不同之處是在接地點增加了一個電感分量IL。因此，從接地點流回的總電流為：ID＝IL＋∑IC。IC為全系統的對地電容電流，IL為消弧線圈的電流，ID為消弧線圈相鄰擋位間的級差電流。當 ID＝0時，電網電容電流全部被消弧線圈所補償。由于∑IC和IL的相位大約相差180 °，因此，ID將因消弧線圈的補償而減小，稱補償后的接地點電流為殘余電流。

2.2 消弧線圈的補償方式

消弧線圈的補償方式一般分為：過補、欠補、最小殘流3種。

2.2.1 欠補

指運行中線圈電感電流 IL小于系統電容電流 IC的運行方式。當0＜IC－IL≤ID，即當殘流為容性且殘流值小于或等于級差電流時，消弧線圈不進行調擋。若對地電容發生變化不滿足上述條件時，則消弧線圈將向上或向下調節分頭，直至重新滿足上述條件為止。

2.2.2 過補

指運行中電容電流IC小于電感電流IL的運行方式。當ICIL＜0，且│IC－IL│≤ID，即在殘流為感性且殘流值小于或等于級差電流時，消弧線圈不進行調擋。若對地電容發生變化不滿足上述條件時，則消弧線圈的分接頭將進行調節，直至重新滿足上述條件為止。

2.2.3 最小殘流

在│IC－IL│≤ID時，消弧線圈不進行調節。當對地電容變化，上述條件不滿足時進行調節，直至滿足上述條件。在這種運行方式下，接地殘流可能為容性，也可能為感性，有時甚至為零（即全補），但由于加裝了阻尼電阻，中性點電壓不會超過15%相電壓。從消弧的觀點來看，全補償應為最好，但一般不采用這種補償方式，因為當正常運行時，電網三相的對地電容并不完全相等，斷路器操作時，三相觸頭也不可能完全同時閉合，所以在未發生接地故障時，中性點與大地之間會出現一定的電壓為不對稱電壓，此電壓將引起串聯諧振過電壓，可危及電網的絕緣。欠補償的方式一般也比較少采用，因為在欠補償運行的情況下，如果發生以下情況之一者：①切除部分線路；②系統頻率降低；③線路一相斷線等，都有可能使系統接近或者達到全補償，以致出現串聯諧振過電壓的可能。所以實際電網采用消弧線圈進行補償時，對接地電容采用的是過補償方式，所謂過補償方式就是使IL大于IC，補償后的殘余電流是電感性的。

2.3 消弧線圈脫諧度的選取

消弧線圈的脫諧度（P）表示偏離諧振狀態的程度，其關系為：P＝（IL－IC）/IC。

消弧線圈的補償效果與其脫諧度有很大關系，脫諧度數值的選取應適當。一方面，脫諧度的減小不僅能減小單相接地弧道中的殘流，還可以降低恢復電壓的上升速度，從這一角度來看，脫諧度越小越好；但是另一方面，脫諧度的減小會使消弧線圈分接頭數量增多，增加設備的復雜程度，還會使有載調節開關頻繁動作，降低設備運行的可靠性。運行經驗表明，脫諧度不大于5%就能很好地滅弧，維持較理想的殘余電流和恢復電壓的上升速度。

3 接地電容電流的計算

作為消弧線圈接地裝置選擇，首先要確定配電網的電容電流，有兩種方法：①進行實際測量，利用中性點外加電容法、增量法等，可以有效的將電容電流測出來，且對系統沒有任何影響。②根據配電網參數來估算，估算電容電流主要包括有電氣連接的所有架空線路、電纜線路、變壓器以及母線和電器的電容電流。

架空線路的電容電流近似估算公式為：無架空地線：IC＝2.7×Ue×L×10－3；有架空地線：IC＝3.3×Ue×L×10－3。以上兩式中，L為線路的長度，單位：km；IC為線路的電容電流，單位：A；Ue為額定電壓，單位：kV。同桿雙回線路的電容電流為單回路的1.3～1.6倍。

4 消弧線圈容量的選擇

消弧線圈容量應主要根據系統單相接地故障時電容電流的大小來確定，并應留一定裕度，消弧線圈的容量可按下式確定：Q＝1.35ICUe/3。其中1.35為過補償系數；Q為消弧線圈的容量；Ue為額定電壓；IC為對地電容電流。對于改造工程，應以實測值為依據；對于新建工程，則應根據配電網絡的規劃、設計資料進行計算。

5 接地變壓器的作用及容量選擇

5.1 Z型接線變壓器作為接地變壓器

消弧線圈接入系統必須要有電源中性點，在其中性點上接入消弧線圈，當發生單相接地時，流過變壓器的三相同方向的零序磁通，經過油箱壁絕緣油及空氣等介質形成閉合的回路，在油箱鐵心等處產生附加的損耗，這種損耗是不均勻的，必然要形成局部過熱，影響變壓器的正常運行和使用壽命。所以接入此類接地變壓器的消弧線圈的容量不應超過變壓器容量的20%。

5.2 容量的選擇

接地變壓器的容量應與消弧線圈的容量相配合。當接地變壓器只帶消弧線圈，無二次負載時，接地變壓器的容量與消弧線圈的容量相等即可，當接地變壓器除帶消弧線圈外，還兼作所用變壓器使用時，接地變壓器的容量應大于消弧線圈的容量，具體大多少應根據接地變壓器二次側的容量來定。系統單相接地時，流過接地變壓器的電流是零序電流與二次負荷電流的矢量和。

6 結束語

由上述內容可知，消弧線圈裝置可以將電容電流補償到殘流很小，使瞬時性接地故障自動消除而不影響供電。如果配有自動選線裝置，對于永久性故障能正確選出故障線路并跳閘，則可不影響其他非故障線路的正常運行。因此在工程實際應用中應根據系統具體情況，選取合適的消弧線圈裝置。

1 劉軍、張放鳴、張昌征、王林.消弧線圈在配電網中的應用分析［J］.工礦自動化，2006（03）

2 李敏.低壓配電網中消弧線圈的應用［J］.電工電氣，2011（01）