調匝式消弧線圈自動控制及工程運用

郭軍++羅鐵華++俞文俊

摘 要

準確測量配網電容電流、自動調諧脫諧度和中性點位移電壓，在容流、脫諧度越限或系統運行方式變更時，獨立或并聯運行的消弧線圈能有效配合，自動控制裝置不失控、不死機，并確保將告警和保護信息及時上傳，這是消弧線圈設計、施工、調試和運行階段亟待完善的課題。本文就調匝式消弧線圈自動控制技術如何適應工程運用進行探討。

【關鍵詞】電容電流 脫諧度 調匝式消弧線圈 自動控制

隨著電力電纜廣泛應用，配網小電流接地系統電容電流急劇增加，當出現間歇性電弧接地時，會產生弧光接地過電壓，這種過電壓可達相電壓的2～5倍，它遍布于與故障點有直接電氣連接的整個電網中，它不僅擊穿電網中的絕緣薄弱環節，而且對整個電網絕緣都有很大的危害。近年來，因接地弧光過電壓而造成的線路跳閘、設備燒毀、爆炸等事故率明顯上升。在目前技術條件下，加裝消弧線圈是治理配網電容電流最有效的手段，《城市配電網技術導則》和《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》明確要求：當配網單相接地故障電流大于10A時，中性點應裝設消弧線圈，且應采用過補償運行方式，自動調諧消弧線圈接地電容電流測量誤差不應超過2%；脫諧度不超過10%；中性點位移電壓不超過相電壓的15%。近年來，調匝式消弧線圈因其結構簡單、價廉物美而在電力系統內得到最廣泛的運用，但是，受安裝環境和設計理念限制，電網中運行的調匝式消弧線圈自動調諧質量大多不能滿足國家標準要求，給電網安全運行留下隱患。因此，應進一步加強各類自動調諧消弧線圈標準化管理。

1 調匝式消弧線圈工作原理

1.1 調匝式消弧線圈結構

如圖1所示，調匝式消弧線圈是線圈上設有若干個分接頭，對應不同的電感量。裝置通過控制消弧線圈分接頭的位置，來調節補償電感電流的大小。消弧線圈分接頭的位置采用有載開關控制。

1.2 調諧方式

1.2.1 預調式

系統正常運行時，消弧線圈預先調節，始終靠近諧振點運行，發生單相接地故障時，消弧線圈零延時進行補償。優點是補償速度快，缺點是系統正常運行時抬高了中性點位移電壓，增加了系統電壓不對稱度。

1.2.2 隨調式

系統正常運行時，消弧線圈遠離諧振點，發生單相接地故障時，立即調節消弧線圈至諧振點附近，優點是對系統電壓對稱度無影響；缺點是補償反應速度慢。

1.3 補償原理

如圖2所示，單相接地時消弧線圈流補償電流IL，單相接地時接地點流過電容電流IC，接地點流過補償殘流Ig= IL-IC，自動補償原理：實時測量線路參數，計算電容電流的大小，根據設定的參數調節消弧線圈的電感量，來改變補償電流大小，使得殘流最小。

2 電容電流測量

2.1 調諧法

準確進行電容電流測量是消弧線圈能否合理補償的關鍵因素，在各類容流算法中，調諧法因無需人工干預而廣為自動調諧消弧線圈控制裝置所采用，圖3是調匝式消弧線圈接地系統等值電路圖：

2.2 容流采樣值校核

根據國網運檢部要求，2015年南通供電公司組織實施了變電站配網電容電流實測工作，并與消弧線圈控制裝置計算值進行了實時比對。南通供電公司10～35kV母線曉弧線圈配置情況及電容電流校核數據如表1所示。

實測情況表明：部分自動調諧消弧線圈控制裝置對系統電容電流測量誤差絕對值大于10A，遠遠高于國家標準《自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置技術條件》（DL/T 1057-2007）要求允許值（當系統中Ic<30A時， 測量誤差不大于1A；當30A100A時，應保證殘流不大于7.5A）。若考慮到調匝式消弧線圈檔位補償電流級差5A（以容量630/10 15檔消弧線圈為例），則在系統發生單相接地時，接地點感性殘流超過15A、脫諧度大于30%。電網接地電弧試驗表明：當10kV系統接地殘流大于20A或35kV系統接地殘流大于15A時，接地電弧不能自行熄滅，也就是當消弧線圈采樣值與實際偏差過大時，消弧線圈作用消失，使裝置失去了抑制電弧重燃、防止產生弧光接地過電壓的功能。

3 調匝式自動調諧消弧線圈工程應用中存在的主要問題及解決辦法

3.1 調匝式自動調諧消弧線圈存在的主要問題

通過對南通供電公司本部70座變電站內103臺消弧線圈使用情況全面調查和分析，發現調匝式自動調諧消弧線圈主要存在以下問題：

3.1.1 容流計算不準確

如表1所示。

3.1.2 獨立或聯機運行的消弧線圈控制裝置調諧“失控”

如：秦灶變10kV 2號消弧線圈（山東泰開）控制器故障，裝置顯示調檔失敗，有連續頻繁調檔歷史記錄，人工指令不響應；姜北變10kV 1號消弧線圈控制器（北京電力設備廠）裝置告警，容流越限、自動控制失靈、檔位不能固定，歷史記錄顯示連續頻繁調檔；中沙變10kV 2號消弧線圈（廣州智光）控制器觸發故障；北郊變10kV 2號消弧線圈（河北旭輝）控制器顯示殘流超標，檔位為0檔。

3.1.3 脫諧度或中性點位移電壓越限

如：新聯變10kV 2號消弧線圈（重慶亞東亞）脫諧度-893.6（電容電流過小2.9A，消弧線圈一檔時補償30A）；行南變10kV 1號消弧線圈（上海思源）自動模式下中性點位移電壓越限。

3.1.4 自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置聯機運行困難

預調式與隨調式消弧線圈、預調式與預調式消弧線圈如無聯機協議則并聯時，可能出現自動控制失靈、檔位不能固定、連續頻繁調檔等現象。如西郊變10kV 2、3號消弧線圈（預調-預調）；正場變10kV 1、2號消弧線圈（隨調-預調）；東海變10kV 1、2號消弧線圈（預調-預調）都出現聯機困難。