自動(dòng)補(bǔ)償消弧線圈的應(yīng)用

武艷華 曹雪 張福玲

【摘 要】隨著電網(wǎng)線路長(zhǎng)度的增加及電纜線路的增多，電網(wǎng)電容電流增加較快。電網(wǎng)中經(jīng)常發(fā)生單相接地電弧不能自熄或間歇性電弧接地，產(chǎn)生過(guò)電壓，引起電壓互感器熔絲燒壞，避雷器爆炸，開(kāi)關(guān)柜火燒連營(yíng)。解決這些問(wèn)題的基本措施是在電網(wǎng)中性點(diǎn)裝設(shè)消弧線圈。

【關(guān)鍵詞】方式；自動(dòng)；消弧線；應(yīng)用

《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》DL/T 620-1997中規(guī)定鋼筋混凝土或金屬桿塔的架空線路構(gòu)成的系統(tǒng)和所有35 kV、66 kV系統(tǒng)，當(dāng)單相接地電容電流超過(guò)10 A時(shí)，又需在接地故障條件下運(yùn)行時(shí)，應(yīng)采用消弧線圈接地方式。早期電網(wǎng)中運(yùn)行的消弧線圈，通常為人工計(jì)算電容電流，手動(dòng)調(diào)節(jié)分接頭，調(diào)節(jié)操作需停電進(jìn)行，難以隨運(yùn)行方式的變化而準(zhǔn)確及時(shí)地調(diào)整。后來(lái)出現(xiàn)了具有自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償功能的消弧線圈，它能夠根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行方式的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)消弧線圈的補(bǔ)償值，以保障在發(fā)生接地時(shí)消弧線圈在最佳補(bǔ)償狀態(tài)。自動(dòng)補(bǔ)償消弧線圈，有各種各樣的調(diào)諧和補(bǔ)償方式，調(diào)節(jié)方式分為調(diào)匝式、調(diào)容式、直流偏磁式、調(diào)氣隙和高短路阻抗變壓器式可控消弧線圈調(diào)節(jié)方式等；補(bǔ)償方式有預(yù)調(diào)和隨調(diào)。消弧線圈的自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)成熟，因此依據(jù)應(yīng)用要求選擇合適的自動(dòng)補(bǔ)償和調(diào)諧方式是非常重要的。

一、消弧線圈自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償裝置

自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置主要由三大核心部件構(gòu)成：接地變壓器、可調(diào)節(jié)的消弧線圈及自動(dòng)調(diào)諧控制器。針對(duì)消弧線圈的不同調(diào)節(jié)方式又配置了不同的部件，如預(yù)調(diào)式需要配置阻尼電阻箱，而隨調(diào)式則配置可控硅控制箱。

（一）接地變壓器

對(duì)無(wú)中性點(diǎn)的變壓器就需要先通過(guò)接地變壓器來(lái)形成一個(gè)中性點(diǎn)。接地變壓器采用Z型結(jié)線（或稱(chēng)曲折型結(jié)線），與普通變壓器的區(qū)別是每相線圈分別繞在兩個(gè)磁柱上，這樣零序磁通能沿磁柱流通，而普通變壓器的零序磁通是沿漏磁磁路流通，所以Z型接地變壓器的零序阻抗很小。

接地變壓器和消弧線圈的容量匹配。對(duì)于曲折聯(lián)結(jié)的變壓器（Z形），如6個(gè)繞組所承受的電壓均為1/31/2倍的相電壓，而流過(guò)的電流是中性點(diǎn)串聯(lián)消弧線圈電流的1/3，則接地變壓器的額定容量一般為消弧線圈的1.15倍。接地變壓器除可帶消弧線圈外，也可帶二次負(fù)載，兼作站用變。

（二）消弧線圈自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)原理

如何實(shí)現(xiàn)消弧線圈的自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償，使發(fā)生接地故障后的殘流最小，就需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電容電流。計(jì)算電容電流的算法有很多，如利用系統(tǒng)電容電流參數(shù)變化引起中性點(diǎn)電壓、電流之間的相位變化量來(lái)計(jì)算電容電流；從消弧線圈內(nèi)附TV二次側(cè)加一電源，使位移電壓發(fā)生變化，從而計(jì)算出電容電流等等。目前在自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償裝置中用得較多的是，改變消弧線圈的電感值進(jìn)行電容電流在線實(shí)時(shí)測(cè)量法。

微機(jī)控制器是依據(jù)中壓電網(wǎng)的變化實(shí)時(shí)跟蹤和計(jì)算系統(tǒng)的電容電流，在預(yù)調(diào)諧方式的消弧線圈則根據(jù)預(yù)先設(shè)定的脫諧度值來(lái)動(dòng)作，當(dāng)系統(tǒng)的脫諧度超出范圍時(shí)，控制器發(fā)出指令，調(diào)整消弧線圈的電感值使脫諧度及殘流滿足要求。

（三）消弧線圈的調(diào)節(jié)方式

目前消弧線圈的調(diào)節(jié)方式可分為調(diào)匝式、調(diào)容式、調(diào)氣隙式、調(diào)直流偏磁式、調(diào)節(jié)短路阻抗式等等。

自動(dòng)補(bǔ)償消弧線圈的補(bǔ)償有預(yù)補(bǔ)償方式也稱(chēng)為預(yù)調(diào)式，也有隨機(jī)補(bǔ)償方式也稱(chēng)為隨調(diào)式。預(yù)調(diào)式的消弧線圈在正常運(yùn)行時(shí)工作其電感量在最佳補(bǔ)償值，即在諧振點(diǎn)附近運(yùn)行，殘流和調(diào)諧度都控制在允許范圍內(nèi)。由于預(yù)調(diào)諧補(bǔ)償方式消弧線圈工作在接近全調(diào)諧狀態(tài)，脫諧度接近于零，正常運(yùn)行時(shí)消弧線圈與系統(tǒng)電容處于接近諧振裝態(tài)，這樣會(huì)有高的位移電壓。

正常系統(tǒng)的不平衡電壓只有1%～3%倍的相電壓。在安裝消弧線圈后這個(gè)不平衡電壓被放大若干倍。需要增加一個(gè)阻尼電阻器串接于其中，起到阻尼作用，消除諧振過(guò)電壓。使中性點(diǎn)位移電壓小于系統(tǒng)相電壓的15%內(nèi)。系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，自動(dòng)調(diào)諧控制器感知母線TV開(kāi)口三角電壓、中性點(diǎn)電壓升高及中性點(diǎn)電流增大，啟動(dòng)阻尼電阻控制器將阻尼電阻短接，投入消弧線圈補(bǔ)償電容電流。采用預(yù)補(bǔ)償方式的消弧線圈，由于工作在諧振點(diǎn)附近，當(dāng)發(fā)生單相接地后，消弧線圈已經(jīng)在補(bǔ)償狀態(tài)，這樣對(duì)于瞬時(shí)性故障，可以迅速消弧。對(duì)于永久性故障不會(huì)在故障點(diǎn)產(chǎn)生過(guò)電壓。

隨調(diào)式自動(dòng)補(bǔ)償消弧線圈在正常運(yùn)行時(shí)工作在遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)的位置，這樣中性點(diǎn)位移電壓很低，所以不需要串入阻尼電阻器來(lái)限制串聯(lián)諧振引起的位移電壓的幅值。但是由于遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)電壓很低，一般中壓電網(wǎng)的不對(duì)稱(chēng)度在0.5%～1.5%范圍之內(nèi)，由于電纜線路在城市中壓電網(wǎng)絡(luò)中比例的增加，其不對(duì)稱(chēng)度會(huì)變的更小。自動(dòng)補(bǔ)償消弧線圈是采用比較電壓、電流相位來(lái)測(cè)量電容電流進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償?shù)模晕灰齐妷哼^(guò)低將直接影響其自動(dòng)跟蹤測(cè)量。為解決這一問(wèn)題，采用的辦法是在接地變壓器上人為制造一定的可以接受的不平衡電壓。隨調(diào)式消弧線圈在發(fā)生接地故障迅速調(diào)節(jié)消弧線圈的電感量（或高短路阻抗變壓器的電抗值）以快速響應(yīng)單相接地故障，完成消弧線圈的補(bǔ)償，有效地抑制弧光的形成。隨調(diào)式自動(dòng)補(bǔ)償消弧線圈可以在單相接地故障情況下改變補(bǔ)償電流，以達(dá)到接地殘流最小。

二、自動(dòng)補(bǔ)償消弧線圈的應(yīng)用

目前國(guó)內(nèi)10kV系統(tǒng)大部分還是中性點(diǎn)不接地方式，但由于10kV出線電纜所占比重的增加，導(dǎo)致電容電流大幅度增加，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了規(guī)程的要求。這樣不僅新建變電站需要安裝自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置，對(duì)于電容電流超過(guò)規(guī)程的變電站也需要加裝自動(dòng)補(bǔ)償消弧線圈。

消弧線圈接地系統(tǒng)在正常運(yùn)行情況下，中性點(diǎn)的長(zhǎng)時(shí)間電壓位移不應(yīng)超過(guò)系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)相電壓的15%，發(fā)生單相接地故障時(shí)故障點(diǎn)的殘余電流不宜超過(guò)10A，一般消弧線圈采用過(guò)補(bǔ)償運(yùn)行方式。

接地變壓器的容量應(yīng)該是消弧線圈容量的1.15倍，在接地變壓器帶有站用變壓器的情況下，總的容量應(yīng)該再加上站用變壓器的容量。當(dāng)兩段母線都有消弧線圈，接地變壓器都帶有站用變壓器的情況下接地變壓器內(nèi)部繞組的連接必須一致，否則兩個(gè)站用變壓器的的相位角有大的差別。

消弧線圈一般應(yīng)采用過(guò)補(bǔ)償方式，這是因?yàn)椋谇费a(bǔ)償時(shí)，如電網(wǎng)有一條線路跳閘，或線路非全相運(yùn)行時(shí)，或位移電壓偶然上升使消弧線圈飽和而使其電感值變小，可能產(chǎn)生嚴(yán)重的中性點(diǎn)位移甚至引起諧振。而采用過(guò)補(bǔ)償方式則在線路跳閘時(shí)，使消弧線圈遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)，自動(dòng)補(bǔ)償控制器可以再次調(diào)節(jié)消弧線圈達(dá)到最佳的補(bǔ)償值。

選用隨調(diào)式補(bǔ)償?shù)南【€圈可以省去阻尼電阻，但是在調(diào)節(jié)過(guò)程中產(chǎn)生一定的諧波需要增加濾波器，另外如果控制器的故障則不能得到消弧線圈的補(bǔ)償。預(yù)調(diào)式補(bǔ)償?shù)南【€圈正常運(yùn)行時(shí)已經(jīng)在最佳補(bǔ)償狀態(tài)，所以控制器的故障不影響補(bǔ)償?shù)男Ч枰黾幼枘犭娮鑱?lái)限制正常運(yùn)行時(shí)過(guò)高的位移電壓。

【參考文獻(xiàn)】

[1]邢魁中. 供配電網(wǎng)自動(dòng)補(bǔ)償消弧線圈的應(yīng)用研究[J]. 電子技術(shù)與軟件工程， 2015（13）：237-238.