消弧線圈在配電網(wǎng)中的應用探討

易雄偉

（佛山東海理化汽車部件有限公司，廣東 佛山 528000）

隨著供電系統(tǒng)的不斷完善，電纜線路的增加，配電網(wǎng)的接地電容達到一定數(shù)值后，配電網(wǎng)的供電可靠性將受到威脅。為了解決由于配電網(wǎng)的接地電容過大的問題，其中一項有效地舉措就是在配電網(wǎng)的中性點裝設消弧線圈。

1 采用消弧線圈的必要性

隨著電纜出線增多，10 kV配電網(wǎng)絡中單相接地電容電流將急劇增加，當系統(tǒng)電容電流大于10 A后，將帶來一系列危害，具體表現(xiàn)如下：①當發(fā)生間歇弧光接地時，可能引起高達 3.5倍相電壓的弧光過電壓，引起多處絕緣薄弱的地方放電擊穿和設備瞬間損壞，使小電流供電系統(tǒng)的可靠性這一優(yōu)點大受影響。②配電網(wǎng)的鐵磁諧振過電壓現(xiàn)象是比較普遍的，時常發(fā)生電壓互感器燒毀事故和熔斷器的頻繁熔斷，嚴重威脅著配電網(wǎng)的安全可靠性。③當有人誤觸帶電部位時，由于受到大電流的燒灼，加重了對觸電人員的傷害，甚至死亡。④當配電網(wǎng)發(fā)生單相接地時，電弧不能自滅，很可能破壞周圍的絕緣，發(fā)展成相間短路，造成停電或損壞設備的事故；因小動物造成單相接地而引起相間故障造成的停電事故也時有發(fā)生。⑤配電網(wǎng)對地電容電流增大后，對架空線路來說，樹線矛盾比較突出，尤其是雷雨季節(jié)，因單相接地引起的短路跳閘事故占很大比例。

2 消弧線圈在配電網(wǎng)中的工作原理

2.1 電容電流分析

圖1 消弧線圈單相接地時的電流分布

在圖1的采用消弧線圈接地電網(wǎng)中，一條線路上發(fā)生A相接地以后，接地相的對地電容COA被短路。電容電流的大小、分布與不接消弧線圈是一樣的，不同之處是在接地點增加了一個電感分量IL。因此，從接地點流回的總電流為：ID＝IL＋∑IC。IC為全系統(tǒng)的對地電容電流，IL為消弧線圈的電流，ID為消弧線圈相鄰擋位間的級差電流。當 ID＝0時，電網(wǎng)電容電流全部被消弧線圈所補償。由于∑IC和IL的相位大約相差180 °，因此，ID將因消弧線圈的補償而減小，稱補償后的接地點電流為殘余電流。

2.2 消弧線圈的補償方式

消弧線圈的補償方式一般分為：過補、欠補、最小殘流3種。

2.2.1 欠補

指運行中線圈電感電流 IL小于系統(tǒng)電容電流 IC的運行方式。當0＜IC－IL≤ID，即當殘流為容性且殘流值小于或等于級差電流時，消弧線圈不進行調(diào)擋。若對地電容發(fā)生變化不滿足上述條件時，則消弧線圈將向上或向下調(diào)節(jié)分頭，直至重新滿足上述條件為止。

2.2.2 過補

指運行中電容電流IC小于電感電流IL的運行方式。當ICIL＜0，且│IC－IL│≤ID，即在殘流為感性且殘流值小于或等于級差電流時，消弧線圈不進行調(diào)擋。若對地電容發(fā)生變化不滿足上述條件時，則消弧線圈的分接頭將進行調(diào)節(jié)，直至重新滿足上述條件為止。

2.2.3 最小殘流

在│IC－IL│≤ID時，消弧線圈不進行調(diào)節(jié)。當對地電容變化，上述條件不滿足時進行調(diào)節(jié)，直至滿足上述條件。在這種運行方式下，接地殘流可能為容性，也可能為感性，有時甚至為零（即全補），但由于加裝了阻尼電阻，中性點電壓不會超過15%相電壓。從消弧的觀點來看，全補償應為最好，但一般不采用這種補償方式，因為當正常運行時，電網(wǎng)三相的對地電容并不完全相等，斷路器操作時，三相觸頭也不可能完全同時閉合，所以在未發(fā)生接地故障時，中性點與大地之間會出現(xiàn)一定的電壓為不對稱電壓，此電壓將引起串聯(lián)諧振過電壓，可危及電網(wǎng)的絕緣。欠補償?shù)姆绞揭话阋脖容^少采用，因為在欠補償運行的情況下，如果發(fā)生以下情況之一者：①切除部分線路；②系統(tǒng)頻率降低；③線路一相斷線等，都有可能使系統(tǒng)接近或者達到全補償，以致出現(xiàn)串聯(lián)諧振過電壓的可能。所以實際電網(wǎng)采用消弧線圈進行補償時，對接地電容采用的是過補償方式，所謂過補償方式就是使IL大于IC，補償后的殘余電流是電感性的。

2.3 消弧線圈脫諧度的選取

消弧線圈的脫諧度（P）表示偏離諧振狀態(tài)的程度，其關系為：P＝（IL－IC）/IC。

消弧線圈的補償效果與其脫諧度有很大關系，脫諧度數(shù)值的選取應適當。一方面，脫諧度的減小不僅能減小單相接地弧道中的殘流，還可以降低恢復電壓的上升速度，從這一角度來看，脫諧度越小越好；但是另一方面，脫諧度的減小會使消弧線圈分接頭數(shù)量增多，增加設備的復雜程度，還會使有載調(diào)節(jié)開關頻繁動作，降低設備運行的可靠性。運行經(jīng)驗表明，脫諧度不大于5%就能很好地滅弧，維持較理想的殘余電流和恢復電壓的上升速度。

3 接地電容電流的計算

作為消弧線圈接地裝置選擇，首先要確定配電網(wǎng)的電容電流，有兩種方法：①進行實際測量，利用中性點外加電容法、增量法等，可以有效的將電容電流測出來，且對系統(tǒng)沒有任何影響。②根據(jù)配電網(wǎng)參數(shù)來估算，估算電容電流主要包括有電氣連接的所有架空線路、電纜線路、變壓器以及母線和電器的電容電流。

架空線路的電容電流近似估算公式為：無架空地線：IC＝2.7×Ue×L×10－3；有架空地線：IC＝3.3×Ue×L×10－3。以上兩式中，L為線路的長度，單位：km；IC為線路的電容電流，單位：A；Ue為額定電壓，單位：kV。同桿雙回線路的電容電流為單回路的1.3～1.6倍。

4 消弧線圈容量的選擇

消弧線圈容量應主要根據(jù)系統(tǒng)單相接地故障時電容電流的大小來確定，并應留一定裕度，消弧線圈的容量可按下式確定：Q＝1.35ICUe/3。其中1.35為過補償系數(shù)；Q為消弧線圈的容量；Ue為額定電壓；IC為對地電容電流。對于改造工程，應以實測值為依據(jù)；對于新建工程，則應根據(jù)配電網(wǎng)絡的規(guī)劃、設計資料進行計算。

5 接地變壓器的作用及容量選擇

5.1 Z型接線變壓器作為接地變壓器

消弧線圈接入系統(tǒng)必須要有電源中性點，在其中性點上接入消弧線圈，當發(fā)生單相接地時，流過變壓器的三相同方向的零序磁通，經(jīng)過油箱壁絕緣油及空氣等介質(zhì)形成閉合的回路，在油箱鐵心等處產(chǎn)生附加的損耗，這種損耗是不均勻的，必然要形成局部過熱，影響變壓器的正常運行和使用壽命。所以接入此類接地變壓器的消弧線圈的容量不應超過變壓器容量的20%。

5.2 容量的選擇

接地變壓器的容量應與消弧線圈的容量相配合。當接地變壓器只帶消弧線圈，無二次負載時，接地變壓器的容量與消弧線圈的容量相等即可，當接地變壓器除帶消弧線圈外，還兼作所用變壓器使用時，接地變壓器的容量應大于消弧線圈的容量，具體大多少應根據(jù)接地變壓器二次側(cè)的容量來定。系統(tǒng)單相接地時，流過接地變壓器的電流是零序電流與二次負荷電流的矢量和。

6 結(jié)束語

由上述內(nèi)容可知，消弧線圈裝置可以將電容電流補償?shù)綒埩骱苄。顾矔r性接地故障自動消除而不影響供電。如果配有自動選線裝置，對于永久性故障能正確選出故障線路并跳閘，則可不影響其他非故障線路的正常運行。因此在工程實際應用中應根據(jù)系統(tǒng)具體情況，選取合適的消弧線圈裝置。

1 劉軍、張放鳴、張昌征、王林.消弧線圈在配電網(wǎng)中的應用分析［J］.工礦自動化，2006（03）

2 李敏.低壓配電網(wǎng)中消弧線圈的應用［J］.電工電氣，2011（01）