消弧线圈的自动调谐在10kV电网中的应用

【摘 要】通过对10kV电网中电容电流的分析，强调了有效地减少电容电流对电力系统可靠供电的重要性，阐述了在10kV电网中装设消弧线圈的必要性及接地变压器的安装目的，并从消弧线圈的工作原理、选择接地变压器的目的、二者容量选择匹配等方面进行了充分说明。并对运行中的注意事项进行叙述。

【关键词】电容电流；接地变压器；消弧线圈；运行规定

在10kV中性点不接地系统中，一般情况下，当发生单相金属性接地故障时，流过故障点的短路电流仅为全部线路接地电容电流之和其值并不大，发出接地信号，值班人员一般在2小时内选择和排除接地故障，保证连续不间断供电。但随着城乡电网的扩大及电缆出线的增多，系统对地电容电流急剧增加，而且10kV电网发生单相接地的频率很高，单相接地后流经故障点的电流较大，电弧不易熄灭，容易导致二相短路，这就使线路故障跳闸，造成停电事故。那么，有什么好办法能减少不必要的停电呢？

首先，减少单相接地时的电容电流，是避免线路故障跳闸的必要条件。电网中普遍应用了消弧线圈，它接在变压器的中性点，目的是使经消弧线圈流入接地弧道的电感电流抵消经健全相流入该处的电容电流，从而使接地电流大大减小，达到自然熄弧，防止事故扩大甚至消除事故的目的。

大家知道，10kV电网系统因变压器绕组大多是三角形接线，没有可供接消弧线圈的中性点，为了接入消弧线圈，需人为建立一个中性点。解决方法就是在10kV母线上接一个星形接线的变压器，在它的中性点接消弧线圈。

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，在油箱铁芯等处产生附加的损耗，由于在单相接地时非故障相的绕组承受的电压升高到相电压的 倍，因此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（图1）。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ZN，yn11连接的变压器。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芯柱上，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。

图1

2 消弧线圈的工作原理

消弧线圈的作用主要是补偿系统电容电流，使接地点数值较小，防止弧光短路，保证安全供电；同时降低弧隙电压恢复速度，提高弧隙绝缘强度，防止因电弧重燃造成间隙性接地过电压（图2）。

图2

由电工知识知道，如当C相接地时，Uc电压降低为零值，接地点零序电压Uo=-Uc，其它两相升为线电压，IC在相位上较零序电压Uo超前90°，在Uo的作用下，消弧线圈中流过电感电流IL，它较Uo滞后90°，IL与IC相位差180°。如图所示，流过接地弧道的电流由电容电流IC和电感电流IL组成，它们可相互抵消，即所谓的电流补偿，这促使电弧自动熄灭。降低了由单相故障发展为二相短路的概率。那么，怎样才能得到合理补偿？

消弧线圈的脱谐度ν是决定消弧线圈的调节依据，可以用来描述消弧线圈的补偿程度。式中IC――对地电容电流，IL――消弧线圈电感电流。当ILIC为过补偿方式，IL=IC，为全补偿方式。在实际运行中，应采用过补偿方式；当消弧线圈容量不足时，可采用欠补偿方式；应避免出现全补偿方式，以防止出现谐振现象。

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。目前在系统中投运的消弧线圈多为调匝式，它是将绕组按不同的匝数，抽出若干个分接头，将原来的无励磁分接开关改为有载分接开关进行切换，改变接入的匝数，从而改变电感量。电感量与匝数N的平方成比例。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。

3 接入阻尼电阻

阻尼电阻是用来限制谐振过电压，保护整套装置安全有效地运行的一个重要组成部分。

增加阻尼电阻的目的，当系统发生谐振时（即XL=XC），为保证中心点的位移电压Un小于15%的相电压，维持系统的正常运行，阻止谐振过电压。

当系统发生单相接地时，中性点流过很大的电流，这时必须将阻尼电阻短接。短接阻尼电阻，可采用可靠性极高的可控硅，使一次、二次回路完全隔离。当系统发生单相接地时，中性点电压升高，中性点电流增大。当大于设定值时，可控硅触发导通，迅速将阻尼电阻短接，当单相接地消失后，可控硅在过零时自动关断，恢复正常运行。

4 消弧线圈及接地变容量的选择

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。消弧线圈的容量选择：

式中Q――消弧线圈的容量；Un――系统标称电压；IC――对地电容电流。1.35――过补偿系数

对于改造工程，IC应以实测值为依据；对于新建工程，则应根据配电网络的规划、设计资料进行计算。

接地变压器容量选择：接地变除可带消弧圈外，兼作所用变。

式中：Q――消弧线圈容量，kVA S――所变容量，kVA

φ――功率因素角， SJ――接地变容量，kVA

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于消弧线圈的容量，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。

5 运行规定

（1）为避免线路跳闸后发生的串联谐振，消弧线圈应采用过补偿，但补偿容量不足时，可采用欠补偿运行。

（2）在正常情况下不对称度应不大于1.5%，中性点位移电压的极限值长期不容许超过15%，操作过程中1小时内允许值为30%。

（3）当消弧线圈的端电压超过相电压的15%时，消弧线圈已经动作，应按接地事故处理，并寻找接地点。

（4）在系统发生接地故障的情况下，不得停用消弧线圈。

（5）消弧线圈出现内部有异响及放电声、套管严重破损或闪络、瓦斯保护动作等异常现象时，先将接地的线路停电，然后将消弧线圈停用，进行检查试验。

（6）消弧线圈动作或发生异常现象时，应该记录动作时间，中性点电压、电流，三相对地电压等，并及时报告调度。

6 结论

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，则可做到不影响其它非故障线路的正常运行，则是比较合理并很有发展前景的中性点接地方式。

【参考文献】

[1]李福寿.消弧线圈自动调谐技术讲义[Z].1995.

[2]消弧线圈自动调谐成套装置使用说明书[S].上海思源电气有限公司.

[3]变电运行技术问答[M].第二版.中国电力出版社.