消弧線圈在10kV小電流接地系統中的設計應用

摘 要：本文分析了10kV中性點不接地系統的特點，以及系統對地電容電流超標的危害，給出了電容電流的計算方法，對傳統消弧線圈接地系統在運行中存在的問題進行了簡要分析，在10KV小電流接地系統中消弧線圈的原理及應用，對目前廣泛應用的幾種產品從原理及性能上做出了一些比較，為國內同類設備的改造選型提供了一些可借鑒的經驗。

關鍵詞：中性點；小電流接地系統；偏磁；諧波；脫諧度

中圖分類號：TM864 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 16-0000-01

一、問題的提出

小電流接地方式（中性點非直接接地系統）目前在我國10千伏電壓電網中已廣泛應用，它包括中性點不接地和中性點經消弧線圈接地兩種方式。

二、消弧線圈的工作原理

消弧線圈的作用是當電網發生單相接地故障后，提供一電感電流，補償接地電容電流，使接地電流減小，也使得故障相接地電弧兩端的恢復電壓速度降低，達到熄滅電弧的目的。當電網發生單相接地故障時，希望消弧線圈的脫諧度越小越好，最好是全補償。當電網正常運行時，希望消弧線圈的脫諧度越大越好，最好是退出運行。

三、補償系統的分類

能跟蹤電網電容電流自動補償系統。（1）隨動式補償系統。隨動式補償系統的工作方式：自動跟蹤電網電容電流的變化，隨時調整消弧線圈，是其保持在諧振點上，在消弧線圈中串聯一電阻，增加電網阻尼率，將諧振過電壓限制在允許范圍內。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電壓調整。（2）動態補償系統。動態補償系統的工作方式是：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及各種諧振過電壓產生的可能性，當電網發生單相接地后，瞬時調整消弧線圈至最佳狀態，使接地電弧自動熄滅。該系統是唯一可能使電網中原有的功率方向型單相接地選線裝置（高漏）繼續使用的系統。

四、傳統消弧線圈存在的問題

當3—66KV系統的單相接地故障電容電流超過10A時，應采用消弧線圈接地方式，通過計算電網當前脫諧度（ε=（IL-IC）/IC·100%）與設定值的比較，決定是否調節消弧圈的分接頭，過去選用的傳統消弧線圈必須停電調節檔位，在運行中暴露出許多問題和隱患。

五、自動跟蹤消弧線圈補償技術

（一）接地變壓器。用普通變壓器帶消弧線圈時，其容量不得超過變壓器容量的20%，而Z型變壓器則可帶90%～100%容量的消弧線圈，接地變除可帶消弧圈外，也可帶二次負載，可代替所用變，從而節省投資費用。

（二）有載調節消弧線圈。（1）消弧線圈的調流方式：一般分為3種，即：調鐵芯氣隙方式、調鐵芯勵磁方式和調匝式消弧線圈。目前在系統中投運的消弧線圈多為調匝式。（2）消弧線圈的補償方式：一般分為過補、欠補、最小殘流3種方式可供選擇。

（三）限壓阻尼電阻箱。在自動跟蹤消弧線圈中，因調節精度高，殘流較小，接近諧振（全補）點運行。為防止產生諧振過電壓及適應各種運行方式，在消弧線圈接地回路應串接阻尼電阻箱。當系統發生單相接地時，中性點流過很大的電流，這時必須將阻尼電阻采用電壓、電流雙重保護短接。

（四）調諧和選線裝置。自動調諧和選線裝置是整套技術的關鍵部分，所有的計算和控制由它來實現，控制器實時測量出系統對地的電容電流。系統發生單相接地時，將系統PT二次開口三角處的零序電壓及各回路零序電流采集下來進行分析處理，通過視在功率、零序阻抗變化、諧波變化、五次諧波等選線算法來進行選線。

六、自動補償消弧線圈的種類及結構原理

目前，自動補償的消弧線圈國內主要有三種產品，分別是調氣隙式、調匝式及偏磁式。

（一）調氣隙式。調氣隙式屬于隨動式補償系統。其消弧線圈為動芯式結構，通過移動鐵芯改變磁路磁阻達到連續調節電感的目的。然而，其調整只能在低電壓或無電壓的情況下進行，其電感調節范圍上下限之比為2.5倍。該產品的主要缺點有四條：（1）工作噪音大，可靠性差。動芯式消弧線圈由于其結構上有運動部件，當高壓施加其上后，振動噪音很大。當補償電流為50A時，需要250KW容量的電阻才能長期工作，所以在接地后，必須迅速切除電阻，否則有爆炸的危險。這就影響了整個裝置的可靠性。（2）調節精度差。由于氣隙的微小變化都造成電感較大的變化，電機通過機械部件調氣隙的精度遠遠不夠。用液壓調節成本太高。（3）過電壓水平高。在電網正常運行時，消弧線圈處于全補償狀態或接近全補償狀態，雖有串聯電阻將穩態諧振過電壓限制在允許范圍內，但是電網中各種擾動（大電機投切，非同期合閘，非全相合閘等），使得其瞬時過電壓危害較為嚴重。（4）功率方向型單相接地選線裝置不能繼續使用。安裝該產品后，電網中原有的功率方向型單相接地選線裝置不能繼續使用。

（二）調匝式。該裝置屬于隨動式補償系統，其工作方式是采用串聯電阻限制諧振過電壓。該裝置同調氣隙式相比，消除了消弧線圈的高噪音，但是卻犧牲了補償效果，消弧線圈電感不能連續調節，只能離散地分檔調節，補償效果差，并且同樣具有過電壓水平高，電網中原有方向接地選線裝置不能使用及串聯電阻存在爆炸的危險等缺點。總的來講，該裝置技術上比較落后。由于經濟上的原因，國產有載調匝式消弧線圈的有載調節開關采用低電壓開關，它只能在低電壓下調節抽頭，接地后不能調節。

（三）偏磁式。偏磁式裝置屬動態補償系統，可以在高電壓下以電的速度調節電感，調節范圍大，精度高，可靠性高。控制器在電網正常運行時實時檢測電容電流數值，調節消弧線圈遠離諧振點，通常處于其下限位置，從根本上避免了串聯諧振過電壓產生的可能性，當電網發生單相接地后，在5mS內調整消弧線圈達到最佳補償狀態，使接地電弧自動熄滅。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。

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，當電網發生接地后，瞬間（約5mS）調節消弧線圈實施最佳補償。

參考文獻：

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