李光军，张 彦，高颂九，凌荣光

（浙江省鄞州供电局，浙江 鄞州 315100）

0 引言

随着电力系统配电网规模的不断扩大以及电缆线路的广泛采用，配电网系统电容电流不断增大，出现了系统电容电流远超过自动调谐消弧线圈补偿容量的情况，由此，提出了采用多台消弧线圈对系统进行补偿，采用这种运行方式能够避免单台消弧线圈容量越来越大带来的一系列问题，同时利用多台较小容量的消弧线圈的不同组合实现配网系统的补偿还具有较高的经济性也更灵活，这也是中性点谐振运行方式的一个发展趋势，受到越来越多的关注。

1 固定式消弧线圈分散补偿原理

分散补偿，是在变电站内安装自动补偿消弧线圈，保证容量至少在系统电容电流的50%以上，同时在该变电站所属的开闭所、配电站等，同一电压等级线路上，根据所在地区的电容电流分布情况，安装容量合适的固定式消弧线圈。

分散补偿原理与消弧单机运行类似，消弧线圈总补偿电流为全部消弧线圈补偿电流之和。因此，通过并联固定消弧线圈，不管消弧线圈的数量有几台，只要总容量与系统等值电容匹配即可。

图1 多台消弧线圈联机运行系统图

消弧线圈系统单机运行时，通过调节消弧线圈的电抗变化引起中性点的电压和系统的电流变化，该消弧线圈的自动控制装置通过系统的电气量变化计算出系统的电容电流。当多台消弧线圈联机运行时，将自动补偿消弧线圈作为主消弧设备，其它固定消弧线圈作为从消弧设备，从消弧设备不带阻尼电阻，不能改变电抗值，且电抗值小于所在线路的对地容抗值。主设备的通过档位调节实现系统的电容电流计算。如图1所示，假设消弧线圈 L 为主消弧设备，1，…，i，…，n （n 为自然数，）消弧线圈为从消弧设备，从消弧设备固定电抗值不变。 通过改变主消弧设备消弧线圈L的电感值，消弧线圈L控制器采集到的系统电气量，进而计算出系统的电容电流。此系统下，计算方法较单台消弧线圈设备复杂。

各母联开关闭合后，系统零序回路如图2所示，其简化等效电路图如图3所示：其中，Uo′，Uo1′，Uoi′，…，Uon′为各消弧支路的不平衡电压；R表示主消弧成套设备阻尼电阻；L，L1，…，Li，…，Ln表示各消弧线圈，Cs为系统总的对地电容。在并列运行的消弧系统中，由于从设备均为固定式消弧线圈，其电感保持不变（L1～Ln不变），调档改变主设备消弧线圈的电感量（L变化），主设备消弧控制器通过采集到系统电气量的变化计算出系统的电容电流。

利用戴维南定理将电路图3中的虚线框内的部分转化为图4虚线框内所示的等效戴维南电路，转化为电源与阻抗的串联，其中，Zp=jXCs//jXLp′（XCs表示系统电容的容抗，XLp′表示各从设备消弧线圈并联感抗），满足下面的关系：

图2 多台消弧线圈联机运行零序回路图

图3 多台消弧线圈联机运行零序等效电路

于是得到

图4 多台消弧线圈联机运行等效戴维南电路

式中，XLp′=XL1//…XLi…//XLn，由图 3 可得回路中的电压相量关系式（3）

图5 简化零序等效电路单位圆图

当计算电容电流时，改变主设备消弧线圈电抗量，根据主设备消弧线圈中性点电流幅值和相角的变化求解对地电容电流，其相量图如图5所示，R表示回路总电阻（近似等于主设备阻尼电阻阻值）；XL1表示主设备消弧线圈调档前的电抗，XL2表示主设备消弧线圈调档后的电抗；XP表示并联部分容抗的绝对值；U0是戴维南等效电路电源；I11是调档前主设备消弧线圈中点电流，I12是调档后主设备消弧线圈中点电流；θ为改变前后电流的相角差。

根据相量图5可列出二元一次方程组

由于方程中仅XCs是未知量，所以求解解上述一元二次方程即可得到XCs。

根据上面求解得到的XCs，最后可得系统的电容电流

综上，能够实现多台消弧线圈联机运行情况下系统电容电流的计算，并通过控制器调节主消弧线圈档位实现系统故障电流的补偿。

在中性点补偿系统的分析中，是把电网等效为三相对地电容来处理的，分析中不可能，也没有必要了解详细的电网内部是如何结构、如何出线、环网、两端供电或是链式结构的，在分析中仅仅将电网视为一个黑盒，最后将其等效为三相对地电容来进行分析和计算，因此分析这个问题时电网是环网或是链式结构不会对结论造成影响。

2 分散补偿的优缺点

2.1 优点

这种方式能够实现多点容性电流补偿，在故障情况下，电网分解成几个部分时，有消弧线圈的局部网络仍然可以在其容量范围内独立补偿，保持良好的运行状态。

由于分布补偿，每个补偿点的消弧线圈、接地变压器容量不用做得很大，这样更有利于设备的设计、制造和安全运行。

分布式补偿可以实现消弧线圈互为备用，当一台固定消弧线圈退出运行时，由于其容量有限，对系统的影响不大。

2.2 缺点

补偿范围的上限及下限均被抬高，若切除一条大型负载线路，可能导致消弧线圈容量大大超过系统电容的容量。

并联的固定消弧线圈容量不宜过大，可能导致补偿电流下限太高，出现大量过补偿的情况。

3 结论

采用固定式消弧线圈补偿，是一种灵活的补偿方式，应根据本地实际情况，选取合适的参数，才能够达到预期的效果。对于系统电容的容量太大，已经超出单台大容量消弧线圈的补偿能力，宜采用分散补偿的方式。

固定式消弧线圈分散补偿通常适用于较大电网，系统电容电流比较大，单套消弧线圈容量不足的情况。 通过分布式补偿的方式，将一套或多套固定消弧线圈分布于不同的补偿点作为从机，起到固定补偿的效果，另设一套自动补偿消弧线圈作为主机，可实现自动调谐。系统电容量增加，继续增加分散补偿点就可以了。

由于分布式固定消弧线圈的存在，系统的等值阻尼率和等值脱谐度增加了。实际上，由于安装在变电所的自动跟踪消弧线圈在测量系统的电容电流时，测到的是固定消弧线圈和系统总电容相并联后的等值容抗所对应的电容电流，即等值的电容电流。这种情况与变电所两台消弧线圈并联运行时的情况十分类似。因此从消弧线圈运行的角度是没有什么问题的。由于等值电容电流减小，在脱谐度较小时，系统的位移电压可能会升高。由于系统电容电流较大时电缆的比例较大，系统的不平衡电压较低，即使有所放大也不会高于10%的相电压。

考虑到系统运行情况的复杂性，在分散安装固定式的消弧线圈时应考虑以下问题：固定式消弧线圈应安装在系统局部电容电流比较大的地方，最好安装在环网柜附近。应有专用的开关用于固定消弧线圈的投切，采用熔断器作为固定式消弧线圈的保护时应采用三相同时脱扣的熔断器，防止出现非全相运行的情况。由于固定式消弧线圈安装在线路上，应有专门的防雷措施防止固定式消弧线圈受雷击而损坏。

环网柜成为供电的末端并有可能带着固定式消弧线圈投切时，与固定式消弧线圈并联的局部供电系统的电容电流应不小于固定消弧线圈的容量。

在有手拉手的网络中应用时，应统筹考虑拉手的两个系统对固定消弧线圈的要求。由于一个变电所所管辖的供电区域中，电容电流的分布比较复杂，安装的固定式消弧线圈台数不宜太多，4～5台以下为好。一般，对于10 kV系统而言，单台固定式消弧线圈的补偿电流在20～35 A为宜，具体可视安装的局部系统的电容电流的大小而定。带有固定式消弧线圈的系统，其变电所安装的自动跟踪消弧线圈的容量应足够大，防止因最大容量的固定式消弧线圈退出运行时系统处在欠补偿状态。其调节范围也应考虑到最大或最小容量的固定式消弧线圈退出运行时运行方式的变化。