XBSG系列自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈成套裝置在變電所中的應(yīng)用

范永杰黃 靜高 旭步兆彬

（1.濟(jì)寧二號(hào)煤礦 山東 濟(jì)寧 272072；2.華聚能源南屯電廠 山東 鄒城 273500）

XBSG系列自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈成套裝置在變電所中的應(yīng)用

范永杰1黃 靜1高 旭1步兆彬2

（1.濟(jì)寧二號(hào)煤礦 山東 濟(jì)寧 272072；2.華聚能源南屯電廠 山東 鄒城 273500）

XBSG系列自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈成套裝置（以下簡(jiǎn)稱成套裝置）在結(jié)構(gòu)上突破了傳統(tǒng)消弧線圈的結(jié)構(gòu)模式，將接地變壓器與消弧線圈有機(jī)地結(jié)合成一體，不僅減小了體積，降低了成本，而且提高了設(shè)備的效率，安裝、維護(hù)更加方便。本文重點(diǎn)介紹了XBSG系列自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈成套裝置裝置及其在變所中的應(yīng)用。

消弧線圈；可控硅技術(shù)；自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償

1 單相接地故障的危害

（1）易造成二次故障

配電網(wǎng)越大，電容電流越大，單相接地時(shí)接地電流越大。接地點(diǎn)電弧不能自行熄滅，易形成穩(wěn)定電弧，易發(fā)展成相間短路（電纜放炮），造成停電或設(shè)備損壞事故。

（2）易產(chǎn)生單相電弧接地過電壓

當(dāng)配電網(wǎng)接地電流大于5～10A時(shí)，單相接地故障時(shí)可能出現(xiàn)周期性熄滅和重燃的間歇電弧。間歇電弧將導(dǎo)致相與地之間產(chǎn)生過電壓，其值可達(dá)到2.5～3倍的相電壓峰值。

（3）易產(chǎn)生鐵磁諧振電壓

在相電壓時(shí)PT特性已趨于飽和拐點(diǎn)，當(dāng)系統(tǒng)中運(yùn)行電壓偏離并出現(xiàn)某些擾動(dòng)（如單相接地故障），能使PT飽和程度加劇，就有可能激發(fā)鐵磁通諧振過電壓，致使母線電壓互感器燒毀和熔斷器熔斷，嚴(yán)重威脅著配電網(wǎng)的安全和供電可靠性。

2 XBSG系列自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈成套裝置概述

《煤礦安全規(guī)程》第457條規(guī)定：“礦井高壓電網(wǎng)，必須采取措施限制單相接地電容電流不超過20A。”限制單相接地電容電流的有效措施是在電網(wǎng)上裝設(shè)自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償?shù)南【€圈。XBSG系列自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈成套裝置獨(dú)特的自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)功能采用嵌入式系統(tǒng)與可控硅技術(shù)相結(jié)合的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)，沒有機(jī)械傳動(dòng)部分，調(diào)節(jié)、跟蹤速度快，噪音低，運(yùn)行可靠。另外該消弧線圈不僅運(yùn)行可靠，而且由于大大減小了接地故障電流，使電纜接地放炮事故大幅度減少，大大提高了電網(wǎng)的安全、可靠運(yùn)行性能。

3 XBSG系列自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈成套裝置用途

該成套裝置適用于6kV或10kV中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)，對(duì)電網(wǎng)單相接地的電容電流進(jìn)行自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償，并可根據(jù)設(shè)定的脫諧度實(shí)現(xiàn)欠補(bǔ)、全補(bǔ)或過補(bǔ)運(yùn)行。也可以采用手動(dòng)運(yùn)行進(jìn)行固定補(bǔ)償。自動(dòng)運(yùn)行時(shí)該裝置能始終處于最佳補(bǔ)償狀態(tài)，使接地故障點(diǎn)的殘余無(wú)功電流減小到5A以下，因而可顯著提高電網(wǎng)供電的安全性和可靠性。該成套裝置對(duì)電網(wǎng)對(duì)地分布電容比較大，對(duì)地絕緣相對(duì)薄弱的電纜電網(wǎng)尤為重要，它可有效地抑制電弧接地過電壓，減少單相接地故障引發(fā)相間短路和電纜放炮的幾率；此外，還能有效地抑制電弧接地過電壓和鐵磁諧振過電壓。

4 XBSG系列自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈成套裝置特點(diǎn)

XBSG系列自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈成套裝置主要有以下特點(diǎn)：

（1）干式結(jié)構(gòu)、單柜室內(nèi)安裝，同類產(chǎn)品中占地面積最小，柜型可與高壓室原有開關(guān)柜配套，整齊劃一。

（2）預(yù)補(bǔ)償方案，可控硅調(diào)節(jié)電流，無(wú)機(jī)械傳動(dòng)部分，可做到0ms投入全補(bǔ)償，對(duì)瞬間性接地故障或?qū)嵔拥毓收隙寄芷鸬窖a(bǔ)償作用，可有效抑制電網(wǎng)操作過電壓及接地故障引起的二次故障發(fā)生幾率。

（3）無(wú)檔調(diào)節(jié)技術(shù)，補(bǔ)償后接地點(diǎn)無(wú)功殘流可小于5A。

（4）實(shí)時(shí)跟蹤顯示電網(wǎng)電容電流值、電網(wǎng)電壓值、電網(wǎng)零序電壓值。

（5）具有補(bǔ)償狀態(tài)指示、100次補(bǔ)償追憶、100次故障追憶。

（6）具有手動(dòng)、自動(dòng)運(yùn)行方式，可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)消弧線圈并列運(yùn)行。

（7）具有“四遙功能”和RS485通信接口，便于接入變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。

（8）具備完善的零序過壓、零序過流、五防閉鎖等保護(hù)功能，能充分保證消弧線圈的可靠運(yùn)行。

5 工作原理

圖1 XBSG系列自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈工作原理圖

XBSG系列自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈工作原理如圖1所示，其中三相五柱消弧線圈有五個(gè)鐵芯柱，中間三個(gè)鐵芯柱繞有高、低壓線圈，邊柱上沒有線圈。高壓繞組采用星形聯(lián)結(jié)，高壓側(cè)接電網(wǎng)A、B、C三相，星形聯(lián)結(jié)點(diǎn)接電網(wǎng)地；低壓繞組采用開口三角形聯(lián)結(jié)，開口通過可控硅接通小型電抗器L1、L2，通過接觸器接通阻尼電阻。

三相五柱消弧線圈當(dāng)電網(wǎng)正常工作時(shí)，加在三相五柱式消弧線圈上的電壓僅為正序，大小相等，相位互差120°，矢量和為零，即消弧線圈星形聯(lián)結(jié)點(diǎn)沒有電流入地，正序磁通在中間三個(gè)柱之間流通，互為通道，不流經(jīng)邊柱，由于三個(gè)柱沒有氣隙，磁阻很大，正序阻抗很大，正序電流很小，其值相當(dāng)于變壓器的空載電流。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，加在三相五柱式消弧線圈上的電壓可分解為正序分量和零序分量，電網(wǎng)有零序電壓產(chǎn)生。正序電壓產(chǎn)生的電流、磁通與電網(wǎng)正常工作時(shí)相同；零序電壓產(chǎn)生的零序電流流入三相高壓繞組，由于大小相等，方向一致，所產(chǎn)生的零序磁通也必然是大不相等，方向相同，通過氣隙，與兩個(gè)邊柱構(gòu)成通道，由于零序磁路有氣隙，磁阻較大，故零序電流較大，通過調(diào)整磁路氣隙的大小，可以改變零序電感值，進(jìn)而改變消弧線圈固定補(bǔ)償部分的電感電流。

低壓繞組采用開口三角形聯(lián)結(jié)。在電網(wǎng)正常工作時(shí)，開口電壓僅為系統(tǒng)不平衡產(chǎn)生的不平衡電壓。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生接地故障時(shí)，該開口反映零序電壓，利用可控硅接通小型電抗器L1、L2，控制器通過調(diào)整可控硅的導(dǎo)通角，調(diào)節(jié)三相五柱消弧線圈付邊電感電流的大小，即可改變?cè)叺碾姼须娏鞔笮。瑢?shí)現(xiàn)消弧線圈電感電流的自動(dòng)調(diào)節(jié)。通過對(duì)電網(wǎng)電容電流的實(shí)時(shí)跟蹤，自動(dòng)調(diào)節(jié)電感電流，實(shí)現(xiàn)消弧線圈的自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償。

低壓繞組的開口電壓上經(jīng)過接觸器的接點(diǎn)KM接通阻尼電阻RL。在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，該電阻增加了電網(wǎng)的阻尼率，可限制全補(bǔ)償時(shí)出現(xiàn)諧振過電壓，同時(shí)起到PT消諧作用；在電網(wǎng)發(fā)生接地故障后，2秒內(nèi)控制器自動(dòng)切除該阻尼電阻，進(jìn)一步減小單相接地點(diǎn)的殘流；當(dāng)單相接地故障消除時(shí)，控制器自動(dòng)投入該阻尼電阻，防止諧振。

6 單相接地電流及其分量的測(cè)量方法

本次測(cè)量采用電網(wǎng)單相經(jīng)電阻接地的間接測(cè)量方法。測(cè)量原理見下圖，電網(wǎng)的任一相經(jīng)附加電阻R和電流表A接地，接地電阻R選用500-2000Ω，接地電流可控制在幾安培，保證了系統(tǒng)的安全性，并可通過理論計(jì)算得出電網(wǎng)單相直接接地時(shí)的電流。

圖中C、r分別為各相對(duì)地電容和絕緣電阻，R為接地電阻中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)絕緣參數(shù)測(cè)量模型

電網(wǎng)單相接地電流是電網(wǎng)對(duì)地總的零序電流之和，不管是直接接地，還是經(jīng)過電阻接地，電網(wǎng)對(duì)地總的零序電流（接地電流）是同零序電壓成正比關(guān)系。因此，測(cè)量出電網(wǎng)單相經(jīng)電阻接地時(shí)的零序電壓及流過接地電阻的電流，就能得到電網(wǎng)單相直接接地的總電流。其計(jì)算公式是：

式中：Ul2為電壓互感器二次線電壓，U02為單相經(jīng)電阻接地時(shí)的二次零序電壓，

IR為流過接地電阻的接地電流，IE為電網(wǎng)單相直接接地電流。

7 濟(jì)寧二號(hào)煤礦6kV電網(wǎng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

濟(jì)寧二號(hào)煤礦6kV電網(wǎng)采用單母線分段，并列運(yùn)行方式。

測(cè)試數(shù)據(jù)：

根據(jù)上述提出的測(cè)量方法，對(duì)濟(jì)寧二號(hào)煤礦6kV電網(wǎng)單相接地電容電流進(jìn)行測(cè)量后得到的數(shù)據(jù)及 計(jì)算結(jié)果如下。

由測(cè)量數(shù)據(jù)可得如下結(jié)論：

濟(jì)寧二號(hào)煤礦6kV電網(wǎng)總的電容電流為 63A，根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第457條規(guī)定“礦井高壓電網(wǎng)，必須采取措施限制單相接地電容電流不超過20A”，濟(jì)寧二號(hào)煤礦6kV電網(wǎng)單相接地電容電流超標(biāo)。

投入XBSG系列自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈成套裝置后測(cè)試數(shù)據(jù)：

投入XBSG系列自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈成套裝置后，變電所在發(fā)生單相接地時(shí)裝置上顯示的電容電流為0A。由數(shù)據(jù)可得如下結(jié)論：

濟(jì)寧二號(hào)煤礦6kV電網(wǎng)總的電容電流為0A，濟(jì)寧二號(hào)煤礦6kV電網(wǎng)單相接地電容電流符合標(biāo)準(zhǔn)。

8 XBSG系列自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈成套裝置在變電所中的應(yīng)用效果

（1）減小了單相接地時(shí)故障點(diǎn)的電容電流，避免了單相弧光接地時(shí)引起的過電壓對(duì)電網(wǎng)的沖擊，保護(hù)了設(shè)備，減少線路的跳閘次數(shù)，提高了供電可靠性。由于礦井供電中大部分負(fù)荷為一級(jí)負(fù)荷，對(duì)供電可靠性、連續(xù)性要求較高。安裝該裝置后發(fā)現(xiàn)：礦井當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，持續(xù)運(yùn)行時(shí)間有時(shí)可大于兩小時(shí)，大大提高了供電的可靠性。避免了因單相接地故障而造成6kV高壓線路多條同時(shí)跳閘的問題。

（2）限制了單相接地故障電流對(duì)電纜設(shè)備的危害性。電纜故障多半是由于絕緣擊穿引起的，由于故障電流過大，熱量散發(fā)較慢，經(jīng)常引起電纜放炮故障。我礦自安裝該成套裝置以來(lái)，電纜故障次數(shù)明顯減少，很大程度上改善了我礦供電質(zhì)量。

范永杰，32歲，漢族，山東曹縣人，中共黨員，大學(xué)本科，碩士學(xué)位，現(xiàn)任兗礦集團(tuán)濟(jì)寧二號(hào)煤礦綜機(jī)安裝工區(qū)副區(qū)長(zhǎng)。

王靜］