淺析配電網消弧線圈補償

左保民++楊保華++張喻斌

摘 要

配電網系統為中性點不接地系統，消弧線圈的作用就是為限制電網中單相接地故障時產生過大電容電流，防止鐵磁諧振過電壓，增加對電網的保護作用。消弧線圈補償系統的分類固定和自動補償系統，補償方式有全補償、欠補償、過補償三種 。

【關鍵詞】消弧線圈 過電壓 接地 脫諧度 補償系統

傳統觀念認為，3～35kV電網屬于配電網，此類電網中內部過電壓的絕對值不高，所以危及電網絕緣安全的主要因素不是內部過電壓，而是大氣過電壓，因而長期以來采取的過電壓保護措施僅限于裝設各種類型的避雷器，其保護值較高，一般為正常運行時相對地電壓峰值的3.5倍以上，僅對保護雷電侵害有效，但對內部過電壓不起任何保護作用。

然而，當這類電網發展到一定規模時，內部過電壓，特別是電網發生單相間歇性弧光接地時產生的弧光接地過電壓及特殊條件下產生的鐵磁諧振過電壓已成為這類電網設備安全運行的一大威脅，其中以單相弧光接地過電壓最為嚴重。一旦系統發生單相接地故障，較大的接地電流（電容電流）就會在故障點產生電弧等，嚴重時會引起相間故障或造成停電事故，尤其在電機、變壓器內部發生單相接地故障，會徹底燒毀設備，給生產造成重大損失，為了防止造成這些危害，因此廣泛采用消弧線圈對其進行補償。

1 消弧線圈的作用

消弧線圈是裝設于配電網中性點的可調電感線圈，當電網發生單相接地故障時，消弧線圈產生電感電流，該電感電流補償因單相接地而形成的電容電流，使得故障點接地電流變為數值減小的殘余電流；降低了接地電弧過零熄滅后故障相電壓恢復的初速度，延長了恢復時間，并限制了恢復電壓的最大值，避免了接地電弧的重燃，達到徹底熄弧的目的。同時由于消弧線圈的嵌位作用，可以有效的防止鐵磁諧振過電壓。消弧線圈補償效果越好，對電網的安全保護作用越大，所以需要跟蹤電容電流變化自動調諧的消弧線圈。

2 消弧線圈作用原理及分類

2.1 消弧線圈作用原理

當消弧線圈正確調諧時，可以有效的減少產生弧光接地過電壓的機率，和抑制過電壓的輻值，最大限度的減小了故障點熱破壞作用及接地網的電壓等。

所謂正確調諧，即電感電流接地或等于電容電流，工程上用脫諧度V來描述調諧程度

V=（IC-IL）/IC

當V=0時，稱為全補償，當V>0時為欠補償，V<0時為過補償。從發揮消弧線圈的作用上來看，脫諧度的絕對值越小越好，最好是處于全補償狀態，即調至諧振點上。但是在電網正常運行時，小脫諧度的消弧線圈將產生各種諧振過電壓。如在油田電網中，當消弧線圈處于全補償時，電網正常穩態運行情況下其中性點位移電壓是未補償電網的10～25倍，這就是通常所說的串聯諧振過電壓。除此之外，電網中的各種操作（如大電機的啟動等）都可能產生危險的過電壓，所以電網正常運行時或發生單相接地故障以外的其它故障時，小脫諧度的消弧線圈給電網帶來的不安全因素。綜上所述，當電網未發生單相接地故障時，希望消弧線圈的脫諧度越大越好。

2.2 消弧線圈補償系統的分類

（1）固定補償系統 早期采用人工調匝式固定補償的。固定補償方式因很難適應變動比較頻繁的電網，這種系統已不再使用。

（2）自動補償系統 跟蹤電網電容電流自動調諧的裝置，又分為兩種，一種為動態補償系統，另一種為隨動式補償系統。

動態補償系統是：在電網正常運行時，調整消弧線圈遠離諧振點，徹底避免串聯諧振過電壓和各種諧振過電壓產生的可能性，當電網發生單相接地后，瞬間調整消弧線圈到最佳狀態，使接地電弧自動熄滅。這種系統要求消弧線圈能帶高電壓快速調整，從根本上避免了串聯諧振產生的可能性，通過適當的控制，該系統是唯一可能使電網中原有功率方向型單相接地選線裝置繼續使用的系統。采用動態補償方式，從根本上解決了補償系統串聯諧振過電壓與最佳補償之間相互矛盾的問題。

隨動式補償系統是：自動跟蹤電網電容電流的變化，隨時調整消弧線圈，使其保持在諧振點上，在消弧線圈中串一電阻，增加電網阻尼率，將諧振過電壓限制在允許的范圍內。當電網發生單相接地故障后，控制系統將電阻短接掉，達到最佳補償效果，該系統的消弧線圈不能帶高壓調整。缺點是不能解決暫態諧振過電壓的問題，另外由于電阻的功率限制，在出現接地故障后必須迅速的切除，這無疑給電網增加了一個不安全因素。

根據改變電感方法的不同，又可分為三類：調氣隙式、調匝式及偏磁式。

（1）調氣隙式 調氣隙式屬于隨動式補償系統。其消弧線圈屬于動芯式結構，通過移動鐵芯改變磁路磁阻達到連續調節電感的目的。但只能在低電壓或無電壓情況下進行，電感調整范圍上下限之比為2.5倍。當發生單相接地后，必須在0.2S內將電阻短接實現最佳補償，否則電阻有爆炸的危險。

（2）調匝式 調匝式屬于隨動式補償系統，它同調氣隙式的唯一區別是動芯式消弧線圈用有載調匝式消弧線圈取代，即采用有載調節開關改變工作繞組的匝數，達到調節電感的目的。該裝置同調氣隙式相比，消除了消弧線圈的高噪音，但卻犧牲了補償效果，消弧線圈不能連續調節，只能離散的分檔調節，補償效果差，存在過電壓情況。

（3）偏磁式 偏磁式消弧線圈是采用避開諧振點的動態補償方法，根本不讓串聯諧振出現，即在電網正常運行時，不施加勵磁電流，將消弧線圈調諧到遠離諧振點的狀態，但實時檢測電網電容電流的大小，當電網發生單相接地后，瞬時（約20ms）調節消弧線圈實施最佳補償。

3 消弧線圈的補償方式

補償方式的選擇，應視發電機電勢是否對稱、電網各相電容是否相等、電網正常工作時中性點電壓是否等于零等情況而定，分為三種形式：全補償，過補償，欠補償。

（1）全補償 消弧線圈中的電流與電容電流相等，接地電流接近于零，此時ωL=1/3ωC∑，容易引起串聯諧振，諧振將導致電源中性點對地低壓升高及系統過電壓，不采用。

（2）欠補償 消弧線圈中的電流小于電容電流，如果采用欠補償方式，在切除部分線路后，也可能造成全補償，引起諧振，有使電壓升高的危險。很少采用。

（3）過補償 消弧線圈中的電流大于電容電流，這種補償方式沒有發生過電壓的危險，并且在過補償情況下，當電網中線路減少時，不致成為全補償，一般均采用過補償方式。

參考文獻

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[2]江蘇省電力工業局南通供電局 變電運行培訓教材[M].北京：中國水利電力出版社.

作者單位

中原油田供電管理處 河南省濮陽市 457001endprint