时间：2022-05-16 04:33:46
摘要：目前国内中压电网中性点接地方式有三种，即中性点不接地、经消弧线圈接地和经电阻接地。接地电容电流超过10A的中压电网需加装消弧线圈。本文结合某座变电站，对消弧线圈的容量选择、参数的整定进行了分析。
关键词：电力系统 消弧线圈 参数整定
1、引言
消弧线圈装设于变压器或发电机的中性点，是一种铁芯带有空气间隙的可调电感线圈。当电网发生单相接地故障时，消弧线圈的电感电流补偿了电网的接地电容电流，故障电流减小，有力地限制了电动力、电流热效应和空气游离等的破坏作用，减小了故障点形成残留性故障的可能性；故障点介质绝缘的恢复强度大于故障相电压的恢复初速度，因此接地电弧能够彻底熄灭，补偿电网可在瞬间恢复正常运行。
中性点经消弧线圈接地方式的主要优点有：系统发生单相接地故障时可继续运行，不会中断供电，提高了供电可靠性；有力地限制了电弧过电压的危害作用，一定程度上提高了设备绝缘水平；对通信系统、信号系统的干扰很小。
中性点经消弧线圈接地方式的主要缺点为：电缆线路对系统零序阻抗影响较大，电缆线路的投入与退出运行对系统电容电流影响较大，消弧线圈的脱谐度要随之及时调整，操作频繁，增加了运行维护工作量；电缆线路增加造成电网电容电流进一步增大，消弧线圈容量也随之增大，电网建设投资增加，经济性降低；接地故障电流因消弧线圈的补偿作用而变小，使继电保护装置有选择性动作比较困难；当电网运行方式发生变化，消弧线圈的脱谐度调整不当容易发生谐振。
2、电容电流理论计算方法
计算消弧线圈的容量，需先计算出系统电容电流的大小。对架空线路和电力电缆的电容电流计算，可利用单相接地故障分析方法，这种方法得到的电容电流计算值很精确，但计算繁琐；电容电流还可以按经验公式进行计算，也可通过查表或查图获得，这对确定消弧线圈的容量、选定测量仪器是足够准确的[1]。本文根据电网实际情况和研究需要，选择利用经验公式进行计算。
2.1 架空线路电容电流经验计算公式
（A） （1）
式中：——线路的额定线电压，kV；l——线路长度，km。
该公式源于木杆线路，当线路有无避雷线时，系数分别为3.3与2.7，对于水泥杆及金属杆塔的线路，电容电流需增大10%～12%[1]。
2.2 电缆线路电容电流经验计算公式
单位长度电力电缆的电容电流，与其截面、结构、材质及运行电压有关，现运行中的单芯或三芯电缆，制造厂家进行型式试验后，能提供单位长度电力电缆的电容电流，依此可计算出电缆电容电流精确值，但实际运行中因厂家相关资料不全，可利用以下经验公式进行计算[1]： （2）
式中：——单位电缆长度的电容电流，A/km；S ——电缆芯线截面积，mm2；
——线路的额定线电压，kV。
（1）电力网络：当计算电网的电容电流时，在架空线路和电力电缆线路电容电流的基础上，还应考虑变电站配电装置的影响，运行电压越低，增大电容电流的作用越明显，具体可参照表1进行计算。
（2）某变电站10kV系统电容电流计算：110kV ZA变10kV线路长度如表2所示。
利用式（1）和（2），对表2所示各线路进行电容电流计算，线路的额定线电压=10.0kV，电缆芯线截面积S=240mm2。
经过计算，110kV ZA变10kV出线电容电流总计为25.08A。变电站电气设备引起的电容电流增加值，可按表1进行计算。由表1可知，变电站电气设备可增加电容电流16%，则该变电站10kV配网电容电流理论计算值为29.10A。
3、消弧线圈参数的整定及选择
3.1 消弧线圈的容量选择
消弧线圈的容量选择，应以当时设计时现场电网的电容电流为主要依据，并要考虑5～10年的电网发展需要，容量可按下式计算：
（3）
式中：Q ——消弧线圈容量，单位为kVA；——系统额定线电压，单位为kV；
——系统对地电容电流，单位为A；S ——负荷增长系数，一般取1.25～1.35。
依据电网中消弧线圈的总台数和电网发展需要，综合考虑确定负荷增长系数S的取值。电网正常运行时消弧线圈的空载损耗很小，因此在选择消弧线圈容量时，根据计算结果容量应向上靠拢。110kV ZA变10kV配网电容电流理论计算值为29.10A，依据式3，计算得出消弧线圈的容量为218kVA，消弧线圈容量选择为250kVA。
3.2 消弧线圈最小脱谐度的选择
（1）补偿电网中性点位移电压及最小脱谐度的定义：
补偿电网中性点位移电压用以下公式进行计算：
（4）
式中：——中性点位移电压有效值；——补偿电网的不对称度；v ——补偿电网的脱谐度；d ——补偿电网的阻尼率；——补偿电网额定相电压有效值。
由式4可知，当、、d一定时，随着v的减小而增大，当v小到一定数值时，将会达到一个最大值，中性点位移电压过大，会破坏系统的绝缘，电网的绝缘薄弱部位将被击穿，这是不允许的。
最小脱谐度就是当为最大值时的脱谐度v：
（5）
式中：——系统接地电容电流；——消弧线圈的补偿电流。
当v>0时为欠补偿，v
（2）中性点位移电压的规定值：
长时间允许值小于15%相电压；1小时允许值小于30%相电压；事故限时运行允许值小于100%相电压。以上规定表明，系统在正常运行状态，中性点位移电压须小于15%相电压；系统线路跳闸或停运时，位移电压须小于30%相电压；系统发生断线故障时，位移电压须小于100%相电压。
（3）消弧线圈的整定原则：
中性点加装消弧线圈的主要作用是系统发生单相接地故障时，单相接地故障电流因消弧线圈的补偿作用而变小，从而使接地电弧能瞬间自行熄灭，系统能快速恢复运行。从减小接地故障电流的角度考虑，脱谐度越小越好，但是消弧线圈的脱谐度越小，在电网正常运行和发生断线故障情况下中性点的位移电压就越高。
鉴于以上原因，若能保证中性点位移电压在规程规定的范围，脱谐度要尽可能选的最小，以使消弧线圈的消弧作用能达到最好效果，这是消弧线圈的整定原则。
在整定消弧线圈的脱谐度时要尽量采用过补偿方式。若采用欠补偿方式，当系统某条线路跳闸或停运后，电网电容电流将减小，消弧线圈有可能在全补偿状态下运行，不仅有可能引起谐振过电压，而且还会导致中性点位移电压超过允许值。同时，若系统某条线路发生断线故障，消弧线圈欠补偿状态下的中性点位移过电压要比过补偿状态下的更加严重。
（4）最小脱谐度计算：
当系统发生不对称故障时，若消弧线圈过补偿运行，中性点位移电压将减小，脱谐度将会增大，因此可以按照正常运行情况计算过补偿时的脱谐度，即按照中性点位移电压不超过15%相电压来计算，计算公式为： （6）
多次计算与实测结果表明，以架空线路为主的电网不对称度一般为0.5%～1.5%。架空线路电网对应较大的数值，电缆占主要比例的混合电网对应较小的数值，纯电缆网络的不对称度一般情况下数值很小[1]。
不同电压等级、不同类型电网，阻尼率的大小并不相等，电气设备的绝缘水平与其关系密切。工程实测表明，对于中性点不接地电网，在绝缘正常的情况下，架空线路电网的阻尼率较大，一般为1.5%～2.0%；电缆网络的阻尼率较小，一般不超过1.5%。经消弧线圈接地的电网，消弧线圈的有功损耗会引起电网阻尼率增加，增加的阻尼率约为1.5%～2.0% [1]。
鉴于以上论述，110kV ZA变10kV谐振接地电网的不对称度可取1%，而阻尼率d可取4%，则利用式6，计算得到过补偿时的最小脱谐度：v=0.053。
4、结语
经过计算，110kV ZA变10kV配网电容电流理论计算值为29.10A。依据国家标准《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL/T 620-1997）的规定，10kV电网接地电容电流超过10A时，要采用中性点经消弧线圈接地方式，因此110kV ZA变10kV电网需加装消弧线圈，消弧线圈容量选择为250kVA，消弧线圈过补偿运行时，脱谐度可整定为5.3%。
参考文献
[1]要焕年，曹梅月.电力系统谐振接地（第二版）[M].北京：中国电力出版社，2009.
[2]魏晓云，徐凤阁，孙敏慧.配网消弧线圈补偿度算法探讨[J].电力设备，2004，5（9）：55-56.