消弧線圈的自動調(diào)諧在10kV電網(wǎng)中的應(yīng)用

王來春

（常州大學變電站，江蘇 常州213016）

在10kV中性點不接地系統(tǒng)中，一般情況下，當發(fā)生單相金屬性接地故障時，流過故障點的短路電流僅為全部線路接地電容電流之和其值并不大，發(fā)出接地信號，值班人員一般在2小時內(nèi)選擇和排除接地故障，保證連續(xù)不間斷供電。但隨著城鄉(xiāng)電網(wǎng)的擴大及電纜出線的增多，系統(tǒng)對地電容電流急劇增加，而且10kV電網(wǎng)發(fā)生單相接地的頻率很高，單相接地后流經(jīng)故障點的電流較大，電弧不易熄滅，容易導(dǎo)致二相短路，這就使線路故障跳閘，造成停電事故。那么，有什么好辦法能減少不必要的停電呢？

首先，減少單相接地時的電容電流，是避免線路故障跳閘的必要條件。電網(wǎng)中普遍應(yīng)用了消弧線圈，它接在變壓器的中性點，目的是使經(jīng)消弧線圈流入接地弧道的電感電流抵消經(jīng)健全相流入該處的電容電流，從而使接地電流大大減小，達到自然熄弧，防止事故擴大甚至消除事故的目的。

大家知道，10kV電網(wǎng)系統(tǒng)因變壓器繞組大多是三角形接線，沒有可供接消弧線圈的中性點，為了接入消弧線圈，需人為建立一個中性點。解決方法就是在10kV母線上接一個星形接線的變壓器，在它的中性點接消弧線圈。

1 使用Z型接線變壓器作為接地變壓器

消弧線圈接入系統(tǒng)必須要有電源中性點，在其中性點上接入消弧線圈，當發(fā)生單相接地時，流過變壓器的三相同方向的零序磁通，經(jīng)過油箱壁絕緣油及空氣等介質(zhì)形成閉合的回路，在油箱鐵芯等處產(chǎn)生附加的損耗，由于在單相接地時非故障相的繞組承受的電壓升高到相電壓的倍，因此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（圖1）。所以接入此類接地變壓器的消弧線圈的容量不應(yīng)超過變壓器容量的20%；為滿足消弧線圈接地補償?shù)男枰瑫r也滿足動力與照明混合負載的需要，可采用Z型接線的ZN，yn11連接的變壓器。由于變壓器高壓側(cè)采用Z型接線，每相繞組由2段組成，并分別位于不同相的鐵芯柱上，2段線圈反極性相連，零序阻抗非常小。它的空載損耗低，變壓器容量可以95%被利用；并能夠調(diào)節(jié)電網(wǎng)的不對稱電壓。由此可見，Z型接線的變壓器作為接地變壓器是一種比較好的選擇。

圖1

2 消弧線圈的工作原理

消弧線圈的作用主要是補償系統(tǒng)電容電流，使接地點數(shù)值較小，防止弧光短路，保證安全供電；同時降低弧隙電壓恢復(fù)速度，提高弧隙絕緣強度，防止因電弧重燃造成間隙性接地過電壓（圖2）。

圖2

由電工知識知道，如當C相接地時，Uc電壓降低為零值，接地點零序電壓Uo=-Uc,其它兩相升為線電壓，IC在相位上較零序電壓Uo超前90°，在Uo的作用下，消弧線圈中流過電感電流IL,它較Uo滯后90°，IL與IC相位差180°。如圖所示，流過接地弧道的電流由電容電流IC和電感電流IL組成，它們可相互抵消，即所謂的電流補償，這促使電弧自動熄滅。降低了由單相故障發(fā)展為二相短路的概率。那么，怎樣才能得到合理補償？

消弧線圈的脫諧度ν是決定消弧線圈的調(diào)節(jié)依據(jù)，可以用來描述消弧線圈的補償程度。式中IC——對地電容電流，IL——消弧線圈電感電流。當 IL＜IC,為欠補償方式，IL＞IC為過補償方式，IL=IC，為全補償方式。在實際運行中，應(yīng)采用過補償方式；當消弧線圈容量不足時，可采用欠補償方式；應(yīng)避免出現(xiàn)全補償方式，以防止出現(xiàn)諧振現(xiàn)象。

脫諧度數(shù)值的選取應(yīng)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(fù)電壓的上升速度，從而可知，脫諧度越小越好；但另一方面，脫諧度的減小會使消弧線圈分接頭數(shù)量增多，增加設(shè)備的復(fù)雜程度，還會使有載調(diào)節(jié)開關(guān)頻繁動作，降低設(shè)備運行的可靠性。目前在系統(tǒng)中投運的消弧線圈多為調(diào)匝式，它是將繞組按不同的匝數(shù)，抽出若干個分接頭，將原來的無勵磁分接開關(guān)改為有載分接開關(guān)進行切換，改變接入的匝數(shù)，從而改變電感量。電感量與匝數(shù)N的平方成比例。運行經(jīng)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(fù)電壓的上升速度。

3 接入阻尼電阻

阻尼電阻是用來限制諧振過電壓，保護整套裝置安全有效地運行的一個重要組成部分。

增加阻尼電阻的目的，當系統(tǒng)發(fā)生諧振時（即XL＝XC），為保證中心點的位移電壓Un小于15%的相電壓，維持系統(tǒng)的正常運行，阻止諧振過電壓。

當系統(tǒng)發(fā)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短接。短接阻尼電阻，可采用可靠性極高的可控硅，使一次、二次回路完全隔離。當系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，中性點電壓升高，中性點電流增大。當大于設(shè)定值時，可控硅觸發(fā)導(dǎo)通，迅速將阻尼電阻短接，當單相接地消失后，可控硅在過零時自動關(guān)斷，恢復(fù)正常運行。

4 消弧線圈及接地變?nèi)萘康倪x擇

消弧線圈容量應(yīng)主要根據(jù)系統(tǒng)單相接地故障時電容電流的大小來確定，并應(yīng)留一定裕度，以適應(yīng)系統(tǒng)今后的發(fā)展和滿足設(shè)備裕度的要求等。消弧線圈的容量選擇：

式中Q——消弧線圈的容量；Un——系統(tǒng)標稱電壓；IC——對地電容電流。1.35——過補償系數(shù)

對于改造工程，IC應(yīng)以實測值為依據(jù)；對于新建工程，則應(yīng)根據(jù)配電網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、設(shè)計資料進行計算。

接地變壓器容量選擇：接地變除可帶消弧圈外，兼作所用變。

式中：Q——消弧線圈容量，kVA S——所變?nèi)萘浚琸VA

φ——功率因素角，SJ——接地變?nèi)萘浚琸VA

接地變壓器的容量應(yīng)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(yīng)大于消弧線圈的容量，具體應(yīng)根據(jù)接地變壓器二次側(cè)的容量來定。系統(tǒng)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。

5 運行規(guī)定

（1）為避免線路跳閘后發(fā)生的串聯(lián)諧振，消弧線圈應(yīng)采用過補償，但補償容量不足時，可采用欠補償運行。

（2）在正常情況下不對稱度應(yīng)不大于1.5%，中性點位移電壓的極限值長期不容許超過15%，操作過程中1小時內(nèi)允許值為30%。

（3）當消弧線圈的端電壓超過相電壓的15%時，消弧線圈已經(jīng)動作，應(yīng)按接地事故處理，并尋找接地點。

（4）在系統(tǒng)發(fā)生接地故障的情況下，不得停用消弧線圈。

（5）消弧線圈出現(xiàn)內(nèi)部有異響及放電聲、套管嚴重破損或閃絡(luò)、瓦斯保護動作等異常現(xiàn)象時，先將接地的線路停電，然后將消弧線圈停用，進行檢查試驗。

（6）消弧線圈動作或發(fā)生異常現(xiàn)象時，應(yīng)該記錄動作時間，中性點電壓、電流，三相對地電壓等，并及時報告調(diào)度。

6 結(jié)論

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對用電的可靠性和用電質(zhì)量都提出了更高的要求。目前，具有自動跟蹤補償功能的消弧線圈接地的接地方式在城市供電網(wǎng)中使用得比較多。采用自動跟蹤補償?shù)南【€圈，可以將電容電流補償?shù)綒埩骱苄。顾矔r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，則可做到不影響其它非故障線路的正常運行，則是比較合理并很有發(fā)展前景的中性點接地方式。

［1］李福壽.消弧線圈自動調(diào)諧技術(shù)講義[Z].1995.

［2］消弧線圈自動調(diào)諧成套裝置使用說明書[S].上海思源電氣有限公司.

［3］變電運行技術(shù)問答[M].第二版.中國電力出版社.