淺談消弧線圈在電網(wǎng)中的應(yīng)用

劉衛(wèi)民 李 婷 游 丹

（國網(wǎng)河南省電力公司洛陽供電公司 河南洛陽 471000）

引言

目前，10kV配電網(wǎng)在一般情況下采用非有效接地系統(tǒng)[1～2]，隨著電纜在配電網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用，特別在城市中普遍采用電纜出線，這樣會(huì)產(chǎn)生較大的電容電流值，特別是電網(wǎng)在發(fā)生單相接地時(shí)，使電弧難以熄滅，造成嚴(yán)重的接地事故，影響供電可靠性，其次發(fā)生間歇性弧光接地時(shí)，產(chǎn)生的弧光接地過電壓，會(huì)造成設(shè)備絕緣破壞，使單相接地故障發(fā)展成相間故障，因此需采取措施防止危害的發(fā)生，保證設(shè)備安全。

1 消弧線圈工作原理

消弧線圈是一種帶鐵芯的電感線圈。一般它接于變壓器的中性點(diǎn)與大地之間，構(gòu)成諧振接地系統(tǒng)。在配電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，由于三相電容電流對(duì)稱，因此消弧線圈中無電流通過，但當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地電容電流將是正常時(shí)的3倍，中性點(diǎn)電位也將上升到相電壓，這時(shí)消弧線圈的電感性電流與單相接地的電容性故障電流相互抵消，使電容電流得到補(bǔ)償，補(bǔ)償后的殘余電流將變小，不足以維持電弧，從而自行熄滅，這樣就可以避免發(fā)生更嚴(yán)重的接地故障，原理圖見圖1。

從圖2是無消弧線圈時(shí)配電網(wǎng)發(fā)生接地短路的電容電流系統(tǒng)圖，如可以測(cè)得系統(tǒng)的單相對(duì)地電容可以計(jì)算出故障點(diǎn)的電容電流[3]。

w=2πf

式中：

Ic——對(duì)地電容電流，A；

U——系統(tǒng)額定線電壓，kV；

C——對(duì)地電容，微法；

w——角頻率。

也可以利用以下公式計(jì)算：

架空線路：

L——線路長(zhǎng)度，km；

2.7——適用于無架空線路；

3.3——適用于有架空線路。

電纜線路：

10kV配電網(wǎng)系統(tǒng)配置消弧線圈后，短路點(diǎn)剩余故障電流：

式中：

I1——電感電流，A。

消弧線圈的脫諧度用來描述消弧線圈的補(bǔ)償度[4]，計(jì)算公式見下式，數(shù)值需滿足DL/T5222-2005的要求。

v——脫諧度。

脫諧度大小反應(yīng)了電感電流對(duì)電容電流的補(bǔ)償程度。脫諧度數(shù)值越小表明在電網(wǎng)發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)的剩余電流值越小，電容電流幾乎全部被電感電流所補(bǔ)償，消弧線圈補(bǔ)償?shù)乃皆礁撸虼穗娋W(wǎng)中的消弧線圈脫諧度大小數(shù)值選取應(yīng)合適。根據(jù)有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，配置應(yīng)用在電網(wǎng)中的消弧裝置選用過補(bǔ)償。

電網(wǎng)中配置的消弧線圈，在一般場(chǎng)合下，中性點(diǎn)處電壓偏移不大于相電壓的5%，脫諧度在普通情況下小于或等于10%。

電網(wǎng)中性點(diǎn)的位移電壓計(jì)算公式：

上式中相關(guān)含義：

U0——位移電壓值，kV；

Ubd——不對(duì)稱電壓值，采用相電壓值的0.8%，kV。

2 配電網(wǎng)中消弧線圈的配置容量

消弧線圈容量值的計(jì)算和選擇：

消弧線圈在配電網(wǎng)中配置容量可以通過電網(wǎng)不對(duì)稱短路故障時(shí)電容電流值來選用，電網(wǎng)中選擇過補(bǔ)償。消弧線圈額配置容量根據(jù)下式選用：

上式中相關(guān)含義：

Q——消弧線圈容量，kVA。

消弧線圈裝設(shè)位置需滿足以下要求：

（1）系統(tǒng)在各種運(yùn)行情況下，當(dāng)電網(wǎng)切斷一、二回出線時(shí)，配電網(wǎng)系統(tǒng)不失去補(bǔ)償。

圖1 安裝消弧線圈時(shí)發(fā)生單相接地原理

圖2 系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)原理圖

（2）當(dāng)系統(tǒng)中裝設(shè)多套消弧補(bǔ)償裝置時(shí)，不集中安裝在同一個(gè)位置。

（3）當(dāng)需要安裝消弧線圈系統(tǒng)的變壓器無中性點(diǎn)時(shí)，需裝設(shè)專用的接地變壓器。

3 接地變壓器容量的選用

容量選擇：

上式中相關(guān)含義：

S——單相接地變壓器容量，kVA；

UN——接地變壓器一次電壓，kV；

I2——接地變壓器二次電流，A；

K——接地變壓器過負(fù)荷系數(shù)；

n——接地變壓器變比。

三相接地變壓器：其容量與消弧線圈容量相匹配。

對(duì)于Z型變壓器或YNd接線的變壓器，中性點(diǎn)接地變壓器容量為：

SN≥QX

對(duì)于Y/開口d接線接地變壓器（三臺(tái)單相），單臺(tái)接地變壓器容量：

4 實(shí)際應(yīng)用

某城市安類供電區(qū)域一座110kV變電站，主變?nèi)萘?×63MV安，電壓等級(jí)為110/10kV，110kV和10kV電氣主接線均為單母線接線，10kV出線規(guī)模12回，均采用電纜出線。根據(jù)《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》（QGDW1738-2012），安類供電區(qū)域供電半徑不超過3km[5]，再考慮開關(guān)站電纜出線，該變電站電纜出線總長(zhǎng)度約為100km。

電容電流為：Ic=100×0.1×10=100A。

考慮變電站增加16%。

Ic=100×1.16=116A.

消弧線圈容量：

根據(jù)以上計(jì)算消弧線圈容量選擇為1000kVA。

5 結(jié)論

本文通過對(duì)消弧線圈原理的介紹、電容電流計(jì)算以及消弧線圈容量的確定，并通過實(shí)際舉例來分析消弧線圈在配電網(wǎng)的作用和工作原理，為消弧線圈的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。