配电网中接地式消弧线圈的应用研究

[摘要]文章分析了接地式消弧线圈在城乡配电网中应用的必要性,并结合实际工程经验对消弧线圈的工作原理、容量选择、接地变压器的选择等方面进行了探讨。

[关键词]消弧线圈　接地变压器　容量

0　引言

目前,10kV、35kV城乡配电网络多为非有效接地系统,早期供电网络结构比较简单,系统不大,输电线以架空线为主,由于雷击、树木和大风等因素的影响,单相接地故障是配电网中出现概率最大的一种故障,并且往往是可恢复性的故障。由于非有效接地系统的中性点不接地,即使发生单相金属性永久接地或稳定电弧接地,仍能不间断供电,这是这种电网的一大优点,因此对供电的可靠性起到了积极作用。

但随着供电系统的不断完善,电缆线路的增加,配电网的接地电容达到一定数值后,配电网的供电可靠性将受到威胁。首先,当配电网发生单相接地时,接地电流较大,电弧很难熄灭,可能发展成相间短路;其次,当发生间歇性弧光接地时,易产生弧光接地过电压,从而波及整个配电网。为了解决这些问题,在配电网中性点装设消弧线圈是一项有效的措施。

1　消弧线圈的工作原理

消弧线圈是一台带有间隙的分段铁心的可调电感线圈。其伏安特性组对于无间隙铁心线圈来说是不易饱和的,消弧线圈的铁心和线圈均浸在绝缘油中,外形与单相变压器相似。

图1为补偿电网单相接地故障图,其中Gx、Lx分别表示消弧线圈的电导和电感,G1、G2、G3分别代表三相对地电导,C1、C2、C3分别代表三相对地电容。

图2为单相接地的等值电路图,其中的Ic为接地点D处的接地电流。

通过对相量图的分析,如忽略导纳的影响,可以得出接地电流Id的数值:

当Id=0时,电网电容电流全部被消弧线圈补偿。

消弧线圈的脱谐度v表征偏离谐振状态的程度,可以用来描述消弧线圈的补偿程度。

v:Ic-IL/Ic×100%

式中:Ic――对地电容电流(A);

IL――消弧线圈电感电流(A)。

脱谐度数值的选取应适当。一方面,脱谐度的减小不仅能减小单相接地弧道中的残流,还可以降低恢复电压的上升速度,从而可知,脱谐度越小越好;但另一方面,脱谐度的减小会使消弧线圈分接头数量增多,增加设备的复杂程度,还会使有载调节开关频繁动作,降低设备运行的可靠性。运行经验表明,脱谐度不大于5%就能很好地灭弧、维持较理想的残余电流和恢复电压的上升速度。

DL/T620-19975《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》第6条规定:消弧线圈接地系统,在正常运行情况下,中性点的长时间电压位移不应超过系统标称相电压的15%,消弧线圈宜采用过补偿运行方式。目前的自动调谐接地补偿装置能够实现全补偿运行或很小的脱谐度,主要是由于在消弧线圈的一次回路中串入了大功率的阻尼电阻,降低中性点电压的幅值,使之达到相电压的5%～10%。因为如果当系统的电容电流与消弧线圈工作电流相等时,即在谐振时中性点电压限制在允许值以下,就可实现全补偿方式,这是残流为最小的最佳工作方式。所以,可在消弧线圈的一次回路中串入大功率的阻尼电阻以增大阻尼率的方法来实现。

中性点位移电压与电网的不对称电压消弧线圈的脱谐率及电网的阻尼率有关。当电网形成后,其不对称电压基本是个固定值,为保证在单相接地时有效地抑制弧光过电压的产生,要求消弧线圈的脱谐度在±5%以内,那么只有改变阻尼率才能改变位移电压,因此应当在消弧线圈中串入电阻,保证阻尼率,控制中性点位移电压。在低压电网中由于中性点不对称电压很小,为提高测量精度采用特制的中性点专用互感器来提高检测灵敏度。

2　消弧线圈容量的选择

消弧线圈容量应主要根据系统单相接地故障时电容电流的大小来确定,并应留有一定裕度,以适应系统今后的发展和满足设备裕度的要求等。消弧线圈的容量可按下式确定:

Q=1.35IcUn/根号3

式中:Q――消弧线圈的容量(kVA);

Un一系统标称电压(kV);

Ic――对地电容电流(A)。

消弧线圈接地装置的选择首先是由配电网的电容电流确定,主要有2种方法:

(1)进行实际测量。利用中性点外加电容法、增量法等,可以比较有效地将电容电流测出来,且对系统没有任何影响。

(2)根据配电网参数估算。估算电容电流主要包括有电气连接的所有架空线路、电缆线路、变压器以及母线和电气的电容电流。

架空线路的电容电流近似估算公式为:

无架空地线:Ic=2.7×Un×L×10-3

有架空地线:Ic=3.3×Un×L×10-3式中:L――线路的长度(km);

Ic――线路的电容电流(A);

Uc――为额定电压(kV)。

同杆双回线路的电容电流为单回路的1.3～1.6倍。

电缆线路的电容电流近似估算公式:

Ic=0.1×Un×L

上述公式主要适用于油浸纸电力电缆,对于目前采用较多的交联聚乙烯电缆,其每千米的对地电容电流根据制造厂提供的参数比油浸纸电力电缆的大20%左右。

3　接地变压器的选择

3.1使用Z型接线变压器作为接地变压器

消弧线圈接入系统必须要有电源中性点,在其中性点上接入消弧线圈,当发生单相接地时,流过变压器的三相同方向的零序磁通,经过油箱壁绝缘油及空气等介质形成闭合的回路,在油箱铁心等处产生附加的损耗,这种损耗是不均匀的,必然要形成局部过热,影响变压器的正常运行和使用寿命。所以接入此类接地变压器的消弧线圈的容量不应超过变压器容量的20%;为满足消弧线圈接地补偿的需要,同时也满足动力与照明混合负载的需要,可采用Z型接线的变压器ZN,yn11连接。由于变压器高压侧采用Z型接线,每相绕组由2段组成,并分别位于不同相的铁心柱上,2段线圈反极性相连,零序阻抗非常小。它的空载损耗低,变压器容量可以95%被利用,并能够调节电网的不对称电压。由此可见,Z型接线的变压器作为接地变压器是一种比较好的选择。

3.2容量的选择

接地变压器的容量应与消弧线圈的容量相配合。当接地变压器只带消弧线圈,无二次负载时,接地变压器的容量与消弧线圈的容量相等即可,当接地变压器除带消弧线圈外,还兼作所用变压器使用时,接地变压器的容量应大干消弧线圈的容量,具体应根据接地变压器二次侧的容量来定。系统单相接地时,流过接地变压器的电流是零序电流与二次负荷电流的矢量和。

4　结束语

随着社会经济的发展,工农业生产对用电的可靠性和用电质量都提出了更高的要求。目前具有自动跟踪补偿功能的消弧线圈接地的接地方式,在城市供电网中使用得比较多。采用自动跟踪补偿的消弧线圈,可以将电容电流补偿到残流很小,使瞬时性接地故障自动消除而不影响供电。如果配有自动选线装置,对于永久性故障,能正确选出故障线路并跳闸,则可不影响其它非故障线路的正常运行,是比较合理并很有发展前景的中性点接地方式。

5　参考文献

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