張東海

摘 要：消弧線圈是當(dāng)中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)補(bǔ)償電網(wǎng)內(nèi)電容電流的電氣設(shè)備。它能防止間歇性接地或電弧穩(wěn)定性接地的產(chǎn)生，起到熄滅電弧作用。當(dāng)前城市發(fā)展日新月異，電網(wǎng)中電纜所占比重越來越高，導(dǎo)致系統(tǒng)的電容電流越來越大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了規(guī)程規(guī)定，給消弧線圈補(bǔ)償電網(wǎng)內(nèi)電容電流技術(shù)帶來了新問題。文章通過對(duì)消弧線圈自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置技術(shù)的分析，認(rèn)為自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置技術(shù)，是保障中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)安全運(yùn)行的一項(xiàng)可靠的先進(jìn)的技術(shù)。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償；消??；調(diào)諧；可靠

中圖分類號(hào)：TM727 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）23-0012-02

1 概 述

目前，城鄉(xiāng)配電網(wǎng)多為非有效接地系統(tǒng)，早期供電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較簡單，系統(tǒng)不大，輸電線以架空線為主，由于雷擊、樹木和大風(fēng)等因素的影響，單相接地故障是配電網(wǎng)中出現(xiàn)概率最大的一種故障，并且往往是可恢復(fù)性的故障。由于非有效接地系統(tǒng)的中性點(diǎn)不接地，即使發(fā)生單相金屬性永久接地或穩(wěn)定電弧接地，仍能不間斷供電，這是這種電網(wǎng)的一大優(yōu)點(diǎn)，對(duì)供電的可靠性起到了積極作用。

但隨著供電系統(tǒng)的不斷完善，電纜線路的增加，配電網(wǎng)的對(duì)地電容達(dá)到一定數(shù)值后，配電網(wǎng)的供電可靠性將受到威脅。

首先，當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí)，接地電流較大，電弧很難熄滅，可能發(fā)展成相間短路；

其次，當(dāng)發(fā)生間歇性弧光接地時(shí)，易產(chǎn)生弧光接地過電壓，從而波及整個(gè)配電網(wǎng)。為了解決這些問題，在配電網(wǎng)中性點(diǎn)裝設(shè)消弧線圈是一項(xiàng)有效的措施。其工作原理：中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)，在正常情況下，三相線路的各相對(duì)地電容電流是相等的，它們的矢量和零；當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地相的電容電流變?yōu)榱悖敲慈嗟碾娙蓦娏魇噶亢蛯⒉粸榱?，接地點(diǎn)有電容電流流過；若系統(tǒng)中性點(diǎn)接入消弧線圈，當(dāng)發(fā)生單相接地故障等時(shí)，將有一個(gè)電感電流，它和接地點(diǎn)電容電流方向相反，因此在接地點(diǎn)相互補(bǔ)償使接地電流減小，如果消弧線圈選擇得當(dāng)，可使接地點(diǎn)電流小于生弧電流，就不會(huì)產(chǎn)生斷續(xù)電弧和過電壓現(xiàn)象。

早前因電網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較簡單，系統(tǒng)不大，采用繼電型補(bǔ)償裝置就能滿足需要；而當(dāng)前，社會(huì)迅速發(fā)展，城市建設(shè)日新月異，配電網(wǎng)的擴(kuò)大迅速，因美觀需要，采用電容電流遠(yuǎn)大于架空線的電纜線路（據(jù)計(jì)算， 10 kV線路每公里電纜的電容電流約為架空線路的63倍）；加上反應(yīng)緩慢的繼電器控制系統(tǒng)，給消弧線圈消弧帶來新挑戰(zhàn)，引起常用消弧線圈的最大補(bǔ)償電流小于系統(tǒng)的電容電流，消弧線圈運(yùn)行在“欠補(bǔ)償”狀態(tài)，致使運(yùn)行中容易發(fā)生諧振過電壓，從而導(dǎo)致接地電弧無法熄滅，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的可靠性，影響人身及設(shè)備的安全。

據(jù)有關(guān)通報(bào)資料，廣州南沙區(qū)早前就有3個(gè)110 kV變電所安裝了3套調(diào)隙式消弧線圈的繼電型補(bǔ)償裝置，由于城市建設(shè)發(fā)展，配電網(wǎng)的迅速擴(kuò)大以及電纜線路的增加，控制部分又使用電磁繼電器，控制回路復(fù)雜且運(yùn)行不穩(wěn)定，使該三套消弧線圈均處于停運(yùn)狀態(tài)。

近年，隨消弧線圈自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償裝置技術(shù)的應(yīng)用，特別是智能自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償裝置，很好的以上問題，給中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí)電容電流的補(bǔ)償技術(shù)帶來了新景象。

2 自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置

自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置運(yùn)用了微機(jī)控制器，能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測電網(wǎng)電容電流等參數(shù)，在中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)能在極短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)調(diào)節(jié)電抗值來補(bǔ)償電容電流。具有運(yùn)算速度快、集成度高、抗干擾能力強(qiáng)，多路采集輸入信號(hào)，響應(yīng)速度快、精度高等特點(diǎn)，為消弧補(bǔ)償技術(shù)帶來了全新面貌。它主要由三大核心部件構(gòu)成：消弧線圈、接地變壓器及自動(dòng)跟蹤調(diào)諧控制器。

2.1 接地變壓器

中性點(diǎn)絕緣的電力系統(tǒng)，無中性點(diǎn)引出，這就需要先通過接地變壓器來形成一個(gè)人為中性點(diǎn)，再帶接消弧線圈，以利用其電感電流來補(bǔ)償故障點(diǎn)電容電流。接地變壓器采用Z型結(jié)線（或稱曲折型結(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的，所以Z型接地變壓器的零序阻抗很小。它具有零序阻抗低，激磁阻抗大，功耗小等特征。它的運(yùn)行特點(diǎn)是長時(shí)空載，短時(shí)過載；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，對(duì)正序負(fù)序電流呈高阻抗，對(duì)零序電流呈低阻抗，可使接地保護(hù)可靠動(dòng)作。

2.2 消弧線圈

消弧線圈是自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置形成感性補(bǔ)償電流的主要部件。它的作用是當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，故障點(diǎn)流過電容電流，消弧線圈提供電感電流進(jìn)行補(bǔ)償，使故障點(diǎn)電流降至要求量，有利于防止弧光過零后重燃，達(dá)到滅弧的目的，降低高幅值過電壓出現(xiàn)的幾率，防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大。當(dāng)消弧線圈正確調(diào)諧時(shí)，不僅可以有效的減少產(chǎn)生弧光接地過電壓的機(jī)率，還可以有效的抑制過電壓的幅值，同時(shí)也最大限度的減小了故障點(diǎn)熱破壞等。消弧線圈的調(diào)節(jié)方式主要有：調(diào)氣隙式、調(diào)匝式、調(diào)容式、可控硅調(diào)節(jié)式。

2.2.1 調(diào)氣隙式

主要通過移動(dòng)鐵芯改變磁路磁阻達(dá)到連續(xù)調(diào)節(jié)電感的目的。有工作噪音大、可靠性差、調(diào)節(jié)精度差、過電壓水平高等缺點(diǎn)，已很少使用。

2.2.2 調(diào)匝式

調(diào)匝式消弧線圈是將繞組按不同的匝數(shù)抽出若干個(gè)分接頭，用有載分接開關(guān)進(jìn)行切換，改變接入的匝數(shù)，從而改變電感量。調(diào)匝式因調(diào)節(jié)速度慢，只能工作在預(yù)調(diào)諧方式，即在系統(tǒng)正常運(yùn)行無接地發(fā)生時(shí)，消弧線圈跟蹤到最佳補(bǔ)償位置，接地后不再調(diào)節(jié)。為保證較小的殘流，必須在諧振點(diǎn)附近運(yùn)行。這將導(dǎo)致中性點(diǎn)電壓升高，因此需加裝阻尼電阻進(jìn)行限壓。

2.2.3 調(diào)容式

通過調(diào)節(jié)消弧線圈二次側(cè)電容量大小來調(diào)節(jié)消弧線圈的電感電流。二次繞組連接電容調(diào)節(jié)柜，當(dāng)二次電容全部斷開時(shí)，主繞組感抗最小，電感電流最大。二次繞組有電容接入后，使主繞組感抗增大，電感電流減小。因此通過調(diào)節(jié)二次電容的容量即可控制主繞組的感抗及電感電流的大小。電容器的內(nèi)部或外部裝有限流線圈，以限制合閘涌流。電容器內(nèi)部還裝有放電電阻。因調(diào)容式調(diào)節(jié)速度快，可實(shí)現(xiàn)接地后調(diào)節(jié)，可不加阻尼電阻。

2.2.4 可控硅調(diào)節(jié)式

可控硅調(diào)節(jié)式消弧線圈是把高短路阻抗變壓器的一次繞組作為工作繞組接入配電網(wǎng)中性點(diǎn)，二次繞組作為控制繞組由兩個(gè)反向連接的可控硅短接，調(diào)節(jié)可控硅的導(dǎo)通角由0～180 °之間變化，使可控硅的等效阻抗在無窮大至零之間變化，輸出的補(bǔ)償電流就可在零至額定值之間得到連續(xù)無極調(diào)節(jié)。由于可控硅工作于與電感串聯(lián)的無電容電路中，其工況既無反峰電壓的威脅又無電流突變的沖擊，可靠性得到了保障?？煽毓枵{(diào)節(jié)式調(diào)節(jié)速度極快，正常時(shí)消弧線圈工作在遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)的位置，不加阻尼電阻。

2.3 自動(dòng)跟蹤調(diào)諧控制器

自動(dòng)跟蹤調(diào)諧控制器是消弧線圈自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償裝置工作的指揮中心。它能準(zhǔn)確地完成調(diào)諧功能，就是在中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)使電網(wǎng)電感電流接近或等于電容電流。工程上用脫諧度V來描述調(diào)諧程度，其中V等于電路的電容電流與電感電流之差除電容電流。

當(dāng)V=0時(shí)，即消弧線圈的電感電流等于電容電流，流過接地點(diǎn)的電流為零，稱為全補(bǔ)償；

當(dāng)V>0時(shí)，即消弧線圈的電感電流小于電容電流，接地點(diǎn)尚有未補(bǔ)償?shù)碾娙菪噪娏鳎Q為欠補(bǔ)償；

V<0時(shí)，即消弧線圈的電感電流大于電容電流，接地點(diǎn)具有多余的感性電流，稱為過補(bǔ)償。從發(fā)揮消弧線圈的作用上來看，脫諧度的絕對(duì)值越小越好，最好是處于全補(bǔ)償狀態(tài)，即調(diào)至諧振點(diǎn)上。但是在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，小脫諧度的消弧線圈將產(chǎn)生各種諧振過電壓。這些諧振過電壓給電網(wǎng)帶來的不是安全因素而是危害。

因此，當(dāng)電網(wǎng)未發(fā)生單相接地故障時(shí)，希望消弧線圈運(yùn)行在遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)。目前，消弧線圈自動(dòng)調(diào)諧裝置可分為隨動(dòng)式補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。隨動(dòng)式補(bǔ)償?shù)墓ぷ鞣绞绞牵鹤詣?dòng)跟蹤電網(wǎng)電容電流的變化，隨時(shí)調(diào)整消弧線圈，使其保持在諧振點(diǎn)上，在消弧線圈中串一電阻，增加電網(wǎng)阻尼率，將諧振過電壓限制在允許的范圍內(nèi)。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，控制系統(tǒng)將電阻短接掉，達(dá)到最佳補(bǔ)償效果，該系統(tǒng)的消弧線圈不能帶高壓調(diào)整。

而動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)墓ぷ鞣绞绞牵涸陔娋W(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，調(diào)整消弧線圈遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)，徹底避免串聯(lián)諧振過電壓和各種諧振過電壓產(chǎn)生的可能性，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地后，瞬間調(diào)整消弧線圈到最佳狀態(tài)，使接地電弧自動(dòng)熄滅。這種系統(tǒng)要求消弧線圈能帶高電壓快速調(diào)整，從根本上避免了串聯(lián)諧振產(chǎn)生的可能性。自動(dòng)跟蹤調(diào)諧控制器的微機(jī)控制器能通過各種不同的測量計(jì)算方法實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的電容電流等參數(shù)，自動(dòng)快速地完成跟蹤補(bǔ)償?shù)母鞣N反應(yīng)和調(diào)節(jié)；例如根據(jù)電網(wǎng)的脫諧度和殘流的要求，當(dāng)系統(tǒng)的脫諧度超出設(shè)定范圍時(shí)，控制器會(huì)發(fā)出指令，調(diào)整消弧線圈使脫諧度及殘流精確地滿足要求。因?yàn)槲C(jī)技術(shù)應(yīng)用，使自動(dòng)跟蹤調(diào)諧控制器具有了運(yùn)算速度快、集成度高、抗干擾能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快、精度高等特點(diǎn)，成就了整個(gè)自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置先進(jìn)可靠的特色。

福州地區(qū)現(xiàn)有新建變電站10kV配電系統(tǒng)已廣泛采用自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置，例如，福州堤邊110 kV變電站、福州巖洲110 kV變電站、平潭前進(jìn)110 kV變電站等。它們應(yīng)用了上海思源智能型自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈裝置，能自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償電網(wǎng)電容電流，使之保持于設(shè)定參數(shù)范圍內(nèi)；能消除電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部過電壓及諧振過電壓，電網(wǎng)發(fā)生接地故障時(shí)自動(dòng)報(bào)警；具有遠(yuǎn)動(dòng)輸出口，便于與上位機(jī)通訊，響應(yīng)速度快、精度高， 裝置采樣輸入信號(hào)采用多路徑輸入，增加實(shí)時(shí)采樣的取點(diǎn)密度，從而提高采樣輸入信號(hào)的精度、可靠性；控制器運(yùn)算速度快、集成度高、抗干擾能力強(qiáng)，多路采集輸入信號(hào)和輸出指令全面隔離，出口雙地址控制，杜絕干擾而引起的測量誤差、誤動(dòng)作。

對(duì)這些變電站自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置幾年的運(yùn)行情況追蹤調(diào)查，雖這些變電站周圍城市建設(shè)迅速，配電全部電纜化，但這些變電站的自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置都運(yùn)行良好，無故障發(fā)生，表明了它們的適宜性和可靠性。

3 結(jié) 語

隨著電網(wǎng)的發(fā)展，微機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，中壓電網(wǎng)中性點(diǎn)采用消弧線圈接地的優(yōu)越性已逐漸顯示出來。而自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置技術(shù)的成熟，必將使其成為保障中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)安全運(yùn)行的主力軍。

參考文獻(xiàn)：

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