浅谈消耗线圈在配电网中的作用及选择

浅谈消耗线圈在配电网中的作用及选择

曾玉珠

福建省万维新能源电力有限公司 福建福州 350003

摘要：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。

关键词：消耗线圈 中性点 电力系统

目前，66kV城乡配电网络中，福州地区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。

一、消弧线圈的作用

电网安装消弧线圈后，发生单相接地时消弧线圈产生电感电流，该电感电流补偿因单相接地而形成的电容电流，使得接地电流减小，同时使得故障相恢复电压速度减小，治理电容电流过大所造成的危害。同时由于消弧线圈的嵌位作用，它可以有效的防止铁磁谐振过电压的产生。消弧线圈补偿效果越好，对电网的安全保护作用越大，所以需要跟踪电容电流变化自动调谐的消弧线圈。

二、消弧线圈工作原理     消弧线圈是1台带有间隙的分段铁芯的可调电感线圈。其伏安特性组对于无间隙铁芯线圈来说是不易饱和的，消弧线圈的铁芯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I_d为接地点D处的接地电流。图3为单相接地相量图，其中的Ic为电网电容电流，I_L为消弧线圈补偿电流。由于消弧线圈是一个电感元件，因此相量图中I_c和I_L为方向相反的电流。如忽略导纳的影响，根据以上分析可以得出I_d的数值。

当I_d=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 式中I_c——对地电容电流，A；     I_L——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。    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

式中d——阻尼率(一般对35 kV及以下架空线路取5%，电缆线路取2％～4%)；     U_bd——中性点不对称电压，一般取0.8%相电压，kV。   中性点位移电压U₀与电网的不对称电压U_bd、消弧线圈的脱谐率v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v在±5%以内，那么只有改变阻尼率d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。

三、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，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式(6)确定：

式中Q——消弧线圈的容量,  kV·A; Un——系统标称电压，  kV；     Ic——对地电容电流，A。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。     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：     a. 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。     b. 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×Ue×L×10

^-3(7)     有架空地线：Ic=3.3×Ue×L×10^-3(8)     以上2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。     电缆线路的电容电流近似估算公式：

以上2式中，S为电缆截面，单位mm2；Ic为线路的电容电流，单位A；Ue为额定电压，单位kV。     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km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。

四、补偿系统的分类

早期采用人工调匝式固定补偿的消弧线圈，称为固定补偿系统。固定补偿系统的工作方式是：将消弧线圈整定在过补偿状态，其过补程度的大小取决于电网正常稳态运行时不使中性点位移电压超过相电压的15%，之所以采用过补偿是为了避免电网切除部分线路时发生危险的串联谐振过电压。因为如整定在欠补偿状态，切除线路将造成电容电流减少，可能出现全补偿或接近全补偿的情况。但是这种装置运行在过补偿状态当电网中发生了事故跳闸或重合等参数变化时脱谐度无法控制，以致往往运行在不允许的脱谐度下，造成中性点过电压，三相电压对称遭到破坏。可见固定补偿方式很难适应变动比较频繁的电网，这种系统已逐渐不再使用。取代它的是跟踪电网电容电流自动调谐的装置.这类装置又分为两种，一种称之为随动式补偿系统。另一种称之为动态补偿系统。

五、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]雷蕾.配电网自动化对供电可靠性影响[J].科技传播,2015

[2]何基璜.配电运行中提高供电可靠性方法探究[J].广东科技,2014