XBSG系列自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置在變電所中的應用

范永杰黃 靜高 旭步兆彬

（1.濟寧二號煤礦 山東 濟寧 272072；2.華聚能源南屯電廠 山東 鄒城 273500）

XBSG系列自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置在變電所中的應用

范永杰1黃 靜1高 旭1步兆彬2

（1.濟寧二號煤礦 山東 濟寧 272072；2.華聚能源南屯電廠 山東 鄒城 273500）

XBSG系列自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置（以下簡稱成套裝置）在結構上突破了傳統消弧線圈的結構模式，將接地變壓器與消弧線圈有機地結合成一體，不僅減小了體積，降低了成本，而且提高了設備的效率，安裝、維護更加方便。本文重點介紹了XBSG系列自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置裝置及其在變所中的應用。

消弧線圈；可控硅技術；自動跟蹤補償

1 單相接地故障的危害

（1）易造成二次故障

配電網越大，電容電流越大，單相接地時接地電流越大。接地點電弧不能自行熄滅，易形成穩定電弧，易發展成相間短路（電纜放炮），造成停電或設備損壞事故。

（2）易產生單相電弧接地過電壓

當配電網接地電流大于5～10A時，單相接地故障時可能出現周期性熄滅和重燃的間歇電弧。間歇電弧將導致相與地之間產生過電壓，其值可達到2.5～3倍的相電壓峰值。

（3）易產生鐵磁諧振電壓

在相電壓時PT特性已趨于飽和拐點，當系統中運行電壓偏離并出現某些擾動（如單相接地故障），能使PT飽和程度加劇，就有可能激發鐵磁通諧振過電壓，致使母線電壓互感器燒毀和熔斷器熔斷，嚴重威脅著配電網的安全和供電可靠性。

2 XBSG系列自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置概述

《煤礦安全規程》第457條規定：“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20A。”限制單相接地電容電流的有效措施是在電網上裝設自動跟蹤補償的消弧線圈。XBSG系列自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置獨特的自動跟蹤調節功能采用嵌入式系統與可控硅技術相結合的原理來實現，沒有機械傳動部分，調節、跟蹤速度快，噪音低，運行可靠。另外該消弧線圈不僅運行可靠，而且由于大大減小了接地故障電流，使電纜接地放炮事故大幅度減少，大大提高了電網的安全、可靠運行性能。

3 XBSG系列自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置用途

該成套裝置適用于6kV或10kV中性點不接地的電網，對電網單相接地的電容電流進行自動跟蹤補償，并可根據設定的脫諧度實現欠補、全補或過補運行。也可以采用手動運行進行固定補償。自動運行時該裝置能始終處于最佳補償狀態，使接地故障點的殘余無功電流減小到5A以下，因而可顯著提高電網供電的安全性和可靠性。該成套裝置對電網對地分布電容比較大，對地絕緣相對薄弱的電纜電網尤為重要，它可有效地抑制電弧接地過電壓，減少單相接地故障引發相間短路和電纜放炮的幾率；此外，還能有效地抑制電弧接地過電壓和鐵磁諧振過電壓。

4 XBSG系列自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置特點

XBSG系列自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置主要有以下特點：

（1）干式結構、單柜室內安裝，同類產品中占地面積最小，柜型可與高壓室原有開關柜配套，整齊劃一。

（2）預補償方案，可控硅調節電流，無機械傳動部分，可做到0ms投入全補償，對瞬間性接地故障或實接地故障都能起到補償作用，可有效抑制電網操作過電壓及接地故障引起的二次故障發生幾率。

（3）無檔調節技術，補償后接地點無功殘流可小于5A。

（4）實時跟蹤顯示電網電容電流值、電網電壓值、電網零序電壓值。

（5）具有補償狀態指示、100次補償追憶、100次故障追憶。

（6）具有手動、自動運行方式，可實現多臺消弧線圈并列運行。

（7）具有“四遙功能”和RS485通信接口，便于接入變電站綜合自動化系統。

（8）具備完善的零序過壓、零序過流、五防閉鎖等保護功能，能充分保證消弧線圈的可靠運行。

5 工作原理

圖1 XBSG系列自動跟蹤補償消弧線圈工作原理圖

XBSG系列自動跟蹤補償消弧線圈工作原理如圖1所示，其中三相五柱消弧線圈有五個鐵芯柱，中間三個鐵芯柱繞有高、低壓線圈，邊柱上沒有線圈。高壓繞組采用星形聯結，高壓側接電網A、B、C三相，星形聯結點接電網地；低壓繞組采用開口三角形聯結，開口通過可控硅接通小型電抗器L1、L2，通過接觸器接通阻尼電阻。

三相五柱消弧線圈當電網正常工作時，加在三相五柱式消弧線圈上的電壓僅為正序，大小相等，相位互差120°，矢量和為零，即消弧線圈星形聯結點沒有電流入地，正序磁通在中間三個柱之間流通，互為通道，不流經邊柱，由于三個柱沒有氣隙，磁阻很大，正序阻抗很大，正序電流很小，其值相當于變壓器的空載電流。當電網發生單相接地故障時，加在三相五柱式消弧線圈上的電壓可分解為正序分量和零序分量，電網有零序電壓產生。正序電壓產生的電流、磁通與電網正常工作時相同；零序電壓產生的零序電流流入三相高壓繞組，由于大小相等，方向一致，所產生的零序磁通也必然是大不相等，方向相同，通過氣隙，與兩個邊柱構成通道，由于零序磁路有氣隙，磁阻較大，故零序電流較大，通過調整磁路氣隙的大小，可以改變零序電感值，進而改變消弧線圈固定補償部分的電感電流。

低壓繞組采用開口三角形聯結。在電網正常工作時，開口電壓僅為系統不平衡產生的不平衡電壓。當電網發生接地故障時，該開口反映零序電壓，利用可控硅接通小型電抗器L1、L2，控制器通過調整可控硅的導通角，調節三相五柱消弧線圈付邊電感電流的大小，即可改變原邊的電感電流大小，實現消弧線圈電感電流的自動調節。通過對電網電容電流的實時跟蹤，自動調節電感電流，實現消弧線圈的自動跟蹤補償。

低壓繞組的開口電壓上經過接觸器的接點KM接通阻尼電阻RL。在電網正常運行時，該電阻增加了電網的阻尼率，可限制全補償時出現諧振過電壓，同時起到PT消諧作用；在電網發生接地故障后，2秒內控制器自動切除該阻尼電阻，進一步減小單相接地點的殘流；當單相接地故障消除時，控制器自動投入該阻尼電阻，防止諧振。

6 單相接地電流及其分量的測量方法

本次測量采用電網單相經電阻接地的間接測量方法。測量原理見下圖，電網的任一相經附加電阻R和電流表A接地，接地電阻R選用500-2000Ω，接地電流可控制在幾安培，保證了系統的安全性，并可通過理論計算得出電網單相直接接地時的電流。

圖中C、r分別為各相對地電容和絕緣電阻，R為接地電阻中性點不接地電網絕緣參數測量模型

電網單相接地電流是電網對地總的零序電流之和，不管是直接接地，還是經過電阻接地，電網對地總的零序電流（接地電流）是同零序電壓成正比關系。因此，測量出電網單相經電阻接地時的零序電壓及流過接地電阻的電流，就能得到電網單相直接接地的總電流。其計算公式是：

式中：Ul2為電壓互感器二次線電壓，U02為單相經電阻接地時的二次零序電壓，

IR為流過接地電阻的接地電流，IE為電網單相直接接地電流。

7 濟寧二號煤礦6kV電網系統現狀

濟寧二號煤礦6kV電網采用單母線分段，并列運行方式。

測試數據：

根據上述提出的測量方法，對濟寧二號煤礦6kV電網單相接地電容電流進行測量后得到的數據及 計算結果如下。

由測量數據可得如下結論：

濟寧二號煤礦6kV電網總的電容電流為 63A，根據《煤礦安全規程》第457條規定“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20A”，濟寧二號煤礦6kV電網單相接地電容電流超標。

投入XBSG系列自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置后測試數據：

投入XBSG系列自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置后，變電所在發生單相接地時裝置上顯示的電容電流為0A。由數據可得如下結論：

濟寧二號煤礦6kV電網總的電容電流為0A，濟寧二號煤礦6kV電網單相接地電容電流符合標準。

8 XBSG系列自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置在變電所中的應用效果

（1）減小了單相接地時故障點的電容電流，避免了單相弧光接地時引起的過電壓對電網的沖擊，保護了設備，減少線路的跳閘次數，提高了供電可靠性。由于礦井供電中大部分負荷為一級負荷，對供電可靠性、連續性要求較高。安裝該裝置后發現：礦井當發生單相接地故障時，持續運行時間有時可大于兩小時，大大提高了供電的可靠性。避免了因單相接地故障而造成6kV高壓線路多條同時跳閘的問題。

（2）限制了單相接地故障電流對電纜設備的危害性。電纜故障多半是由于絕緣擊穿引起的，由于故障電流過大，熱量散發較慢，經常引起電纜放炮故障。我礦自安裝該成套裝置以來，電纜故障次數明顯減少，很大程度上改善了我礦供電質量。

范永杰，32歲，漢族，山東曹縣人，中共黨員，大學本科，碩士學位，現任兗礦集團濟寧二號煤礦綜機安裝工區副區長。

王靜］