消弧线圈各种补偿方式的分析及应用

摘 要：通过对消弧线圈的不同方式进行尝试和分析，得出消弧线圈不同补偿方式的相关适用范围及应用中应注意到的一些问题，做了以下具体的分析。

关键词：补偿电弧；谐振；过电压；中性点

在6～35kV的电力系统中，供电电流会随着用户用电量的变化随时发生变化，当单链接电流大小超过限值时，就会产生电弧，进而影响电气设备的正常运行，甚至是损坏电器设备，为了达到降低或消除电弧，在电力供电网络系统中通常需要安装消弧线圈，即在中性点处通过消弧线圈接地，电网在此装置的补偿运行方式下工作可有效降低电弧所带来的损害。

下面对中性点经消弧线圈接地的原理进行简要介绍。配电网络系统线路中中性点不直接接地，而是通过串联电感线圈后接地。这种消弧方式其实是一种电流补偿装置，也就是一个维持平衡的过程，我们可以采取不同的补偿方式在电路中得到应用。一般有三种，即完全补偿、欠补偿和过补偿，具体如下。

1 完全补偿

完全补偿就是要使电感电流IL与接地电容电流IC相等，在这种情况下接地点的电流几乎为零，因此在该种补偿方式下理论上不会产生电弧，也就不会出现弧光过电压状态，也就不存在电弧危害了，所以，从理论上来讲完全补偿方式是一种理想的补偿范式。但是这种状态是一种理想状态，通常情况下并不能实现，在供电系统正常运行时，电感电流和接地电容的电流总是会出现不相等的情况，电源中性点和地面之间就会形成点位的偏移，形成电压，从而使得中性点消弧线圈和接地电容共同形成一个串联回路（见图1和图2）。

[消弧线圈与接地电容构成 消弧线圈接地系统W相金属

的串联电路 性接地的简化等值电路

图1 图2]

应用戴维南定理，图3中的N等于消弧线圈从中性点断开后，中性点的电压，由式（1）确定：

UN= （1）

式（1）中：Y1=ωc1；Y2=ωc2；Y3=ωc3；线路经完全换位后，c1、c2、c3差别很小，N数值较小。在发生全补偿时，消弧线圈的感抗与三相对地电容容抗相等。在N的作用下，图3所示的电路构成串联谐振，回路电流为I= （2）

中性点电位为U0=LXL=XL （3）

消弧线圈的感抗通常是比较大的，而线圈的电阻此时相对比较小，在UN不大的情况下中性点处电位U0仍然会很高，U0将在串联谐振回路中产生很大的电压落差，从而导致电源中性点对地电压迅速的升高，引起电压过量，这是不允许的，因此在实际中完全补偿方式，不是很适用。

2 欠补偿

欠补偿就是使电感电流IL小于接地电容电流IC，两电流抵销一部分后形成的接地电流仍然为电容性电流。但是该种补偿方式在实际运行时也不可能总是保证这种运行状态，也会出现IL=IC的情况，由于运行中电流总是在发生着或大或小的变化，从而引起过电压的形成。

以下图为例，图3（a）为以变电所A为供电电源的供电网络，消弧线圈则安装在变电所A处变压器中性点处。

[]

输电线路的长度和输电形式都会影响电流和电压的变化，在供电电路中通常会有电压补偿装置类平衡电压的变化，所以相比而言电流的变化更加剧烈。供电网络中任意一点单相接地，接地电容流过的电流就会基本相同。在此运行过程中d点发生单相接地（规程规定，该系统单相接地后可继续运行1～2小时），运行中，线路cf、ac会分别发生短路等不同的故障，继电保护动作切除故障线路，变电所A的供电网会改变（如图3（b）、（c））。此时，输电网中线路长度发生了变化，线路长度变短接地电容中流过的电流就会减小，此时，消弧线圈的补偿方式可能会发生变化，由之前的欠补偿方式变为完全补偿方式，出于这种因素的影响，一般由直配线发电机供电的供电网不采用此种补偿方式。欠补偿方式常用于发电机变压器单元接线，发电机中性点处常会安装消弧线圈（如图4）。

[雷电波侵入时的电路线 雷电波侵入时的等值电路

图4 图5]

当变压器高压侧单相接地或雷电波侵入产生过电压的情况时，因变压器高低压绕组间存在电容，经电容传递，会在低压侧产生过电压，等效电路如图5所示。其中：U0是次侧过电压值；C1为变压器耦合电容；C2为发电机回路对地电容；L为消弧线圈的电感系数；当高压侧出现过电压时，经电容传递到低压侧的过电压为：

=Xn（4）

式（4）中，Xn为消弧线圈感抗和发电机回路对地电容的容抗的并联电抗。消弧线圈过补偿时，XC2>XL，为正电位，此时为感性；消弧线圈欠补偿方式时，XC2XL

3 过补偿

过补偿方式就是使得IL>IC，通过补偿后接地电流呈感性。该种补偿方式下，如果供电网发生单相接地的同时还出现线路故障，供电系统还是处于过补偿状态不变，当需要投入线路时只需要通过调节消弧线圈介入电路的匝数即可。