消弧线圈在配电网中的应用探讨

2011-01-31易雄伟

科学之友 2011年10期

易雄伟

（佛山东海理化汽车部件有限公司，广东佛山 528000）

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。为了解决由于配电网的接地电容过大的问题，其中一项有效地举措就是在配电网的中性点装设消弧线圈。

1 采用消弧线圈的必要性

随着电缆出线增多，10 kV配电网络中单相接地电容电流将急剧增加，当系统电容电流大于10 A后，将带来一系列危害，具体表现如下：①当发生间歇弧光接地时，可能引起高达 3.5倍相电压的弧光过电压，引起多处绝缘薄弱的地方放电击穿和设备瞬间损坏，使小电流供电系统的可靠性这一优点大受影响。②配电网的铁磁谐振过电压现象是比较普遍的，时常发生电压互感器烧毁事故和熔断器的频繁熔断，严重威胁着配电网的安全可靠性。③当有人误触带电部位时，由于受到大电流的烧灼，加重了对触电人员的伤害，甚至死亡。④当配电网发生单相接地时，电弧不能自灭，很可能破坏周围的绝缘，发展成相间短路，造成停电或损坏设备的事故；因小动物造成单相接地而引起相间故障造成的停电事故也时有发生。⑤配电网对地电容电流增大后，对架空线路来说，树线矛盾比较突出，尤其是雷雨季节，因单相接地引起的短路跳闸事故占很大比例。

2 消弧线圈在配电网中的工作原理

2.1 电容电流分析

图1 消弧线圈单相接地时的电流分布

在图1的采用消弧线圈接地电网中，一条线路上发生A相接地以后，接地相的对地电容COA被短路。电容电流的大小、分布与不接消弧线圈是一样的，不同之处是在接地点增加了一个电感分量IL。因此，从接地点流回的总电流为：ID＝IL＋∑IC。IC为全系统的对地电容电流，IL为消弧线圈的电流，ID为消弧线圈相邻挡位间的级差电流。当 ID＝0时，电网电容电流全部被消弧线圈所补偿。由于∑IC和IL的相位大约相差180 °，因此，ID将因消弧线圈的补偿而减小，称补偿后的接地点电流为残余电流。

2.2 消弧线圈的补偿方式

消弧线圈的补偿方式一般分为：过补、欠补、最小残流3种。

2.2.1 欠补

指运行中线圈电感电流 IL小于系统电容电流 IC的运行方式。当0＜IC－IL≤ID，即当残流为容性且残流值小于或等于级差电流时，消弧线圈不进行调挡。若对地电容发生变化不满足上述条件时，则消弧线圈将向上或向下调节分头，直至重新满足上述条件为止。

2.2.2 过补

指运行中电容电流IC小于电感电流IL的运行方式。当ICIL＜0，且│IC－IL│≤ID，即在残流为感性且残流值小于或等于级差电流时，消弧线圈不进行调挡。若对地电容发生变化不满足上述条件时，则消弧线圈的分接头将进行调节，直至重新满足上述条件为止。

2.2.3 最小残流

在│IC－IL│≤ID时，消弧线圈不进行调节。当对地电容变化，上述条件不满足时进行调节，直至满足上述条件。在这种运行方式下，接地残流可能为容性，也可能为感性，有时甚至为零（即全补），但由于加装了阻尼电阻，中性点电压不会超过15%相电压。从消弧的观点来看，全补偿应为最好，但一般不采用这种补偿方式，因为当正常运行时，电网三相的对地电容并不完全相等，断路器操作时，三相触头也不可能完全同时闭合，所以在未发生接地故障时，中性点与大地之间会出现一定的电压为不对称电压，此电压将引起串联谐振过电压，可危及电网的绝缘。欠补偿的方式一般也比较少采用，因为在欠补偿运行的情况下，如果发生以下情况之一者：①切除部分线路；②系统频率降低；③线路一相断线等，都有可能使系统接近或者达到全补偿，以致出现串联谐振过电压的可能。所以实际电网采用消弧线圈进行补偿时，对接地电容采用的是过补偿方式，所谓过补偿方式就是使IL大于IC，补偿后的残余电流是电感性的。

2.3 消弧线圈脱谐度的选取

消弧线圈的脱谐度（P）表示偏离谐振状态的程度，其关系为：P＝（IL－IC）/IC。

消弧线圈的补偿效果与其脱谐度有很大关系，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，从这一角度来看，脱谐度越小越好；但是另一方面，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。

3 接地电容电流的计算

作为消弧线圈接地装置选择，首先要确定配电网的电容电流，有两种方法：①进行实际测量，利用中性点外加电容法、增量法等，可以有效的将电容电流测出来，且对系统没有任何影响。②根据配电网参数来估算，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器的电容电流。

架空线路的电容电流近似估算公式为：无架空地线：IC＝2.7×Ue×L×10－3；有架空地线：IC＝3.3×Ue×L×10－3。以上两式中，L为线路的长度，单位：km；IC为线路的电容电流，单位：A；Ue为额定电压，单位：kV。同杆双回线路的电容电流为单回路的1.3～1.6倍。

4 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，并应留一定裕度，消弧线圈的容量可按下式确定：Q＝1.35ICUe/3。其中1.35为过补偿系数；Q为消弧线圈的容量；Ue为额定电压；IC为对地电容电流。对于改造工程，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。

5 接地变压器的作用及容量选择

5.1 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%。

5.2 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于消弧线圈的容量，具体大多少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。