談單相接地電容電流補償方式.doc課件

1、淺談單相接地電容電流補償方式摘要：針對目前配電網(wǎng)單相接地電容電流補償方式存在的問題，分析了采用中性點經(jīng)消弧線圈接地的可行性和必要性，并在此基礎上介紹了一種單相接地電容電流自動跟蹤補償成套裝置，該裝置能自動跟蹤電網(wǎng)電容電流的變化，實施最佳補償。關鍵詞：消弧線圈 單相接地 自動補償 接地選線引言目前我國電力系統(tǒng)中壓配電網(wǎng)大多采用中性點不接地方式，部分采用諧振式接地。實踐證明，在電網(wǎng)規(guī)模及單相接地電容電流均較小的情況下，不接地方式的優(yōu)點是發(fā)生單相接地故障后，允許繼續(xù)運行2 h，不致于引起用戶斷電，提高了供電可靠性。但隨著配電網(wǎng)的擴大，電纜和架空線路的增多，這種方式顯示出弊端。(1) 當配電網(wǎng)發(fā)生單相

2、接地故障后，接地電弧不能自行熄滅必然發(fā)展成相間短路，造成用戶停電和設備損壞事故。(2) 當發(fā)生斷續(xù)性弧光接地時，會引起較高的弧光過電壓，一般為3.5倍相電壓甚至更高，波及到整個配電網(wǎng)致使絕緣薄弱的設備放電擊穿，引起設備損壞和停電的嚴重事故。(3) 當有人誤觸帶電部分時，由于受到大電流的灼傷，加重了觸電人員的傷害程度，甚至當場死亡。(4) 配電網(wǎng)長時間的諧振過電壓現(xiàn)象比較普遍，這種鐵磁諧振過電壓幅值并不高，但持續(xù)時間長，以低頻擺動引起絕緣閃絡或避雷器爆炸；或在互感器中出現(xiàn)過電流，輕者熔斷PT保險、重者將PT燒毀。當發(fā)生不穩(wěn)定的間歇性電弧，多次熄滅和重燃產(chǎn)生的過電壓與鐵磁諧振過電壓同時存在時，不但

3、會引起PT的燒毀，而且會導致部分配電設備的燒毀，稱為“火燒連營”。如電力系統(tǒng)曾發(fā)生類似的事故，對系統(tǒng)供電影響較大。(5) 在架空線與樹矛盾突出的地方，刮風、下雨時由于單相故障引起的相間短路而跳閘停電事故頻繁。1中性點經(jīng)消弧線圈接地的運行現(xiàn)狀1.1中性點經(jīng)消弧線圈接地方式的規(guī)定電力設備過電壓保護設計技術規(guī)程中規(guī)定：310 kV的電力網(wǎng)，當單相接地故障電流大于30 A時應裝設消弧線圈。電力行業(yè)標準交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合中規(guī)定：10 kV架空線路系統(tǒng)單相接地故障電流大于20 A或10 kV電纜線路系統(tǒng)單相接地故障電流大于30 A時應裝設消弧線圈，其理由是在此電流下電弧能自行熄滅?？蒲袉挝?/p>

4、經(jīng)小動物接地結(jié)果證明，對電纜和架空線的混合電網(wǎng)，單相接地電容電流大于11.75 A時電弧就不能自行熄滅，國內(nèi)也有不少單位研究證明，單相接地電容電流的上限值應取10 A，以便于提高配電網(wǎng)供電的可靠性。石化企業(yè)中壓配電網(wǎng)一般采用消弧線圈接地方式，而電力系統(tǒng)長期以來一直未采用中性點經(jīng)消弧線圈接地方式，主要原因是：(1) 受技術條件限制，用戶雜亂，對電容電流的底數(shù)不清；(2) 受規(guī)程規(guī)定約束，有的配電網(wǎng)電容電流未超過30 A沒有引起重視；(3) 10 kV配電網(wǎng)無中性點，若考慮補償措施，需專用的人工中性點變壓器，實現(xiàn)上有困難。1.2常用消弧線圈1.2.1可調(diào)匝式消弧線圈可調(diào)匝式消弧線圈實際上是鐵芯式電

5、抗器，其磁路是一個帶間隙的鐵芯，鐵芯外面繞有線圈。這種消弧線圈靠改變繞組的線圈匝數(shù)來改變電感，電感量與匝數(shù)N的平方成正比，用無載開關調(diào)節(jié)分接頭，因此其電感不連續(xù)可調(diào)。這種消弧線圈因其制造技術簡單、成熟、可靠性高而得到了廣泛的應用，目前我國電力系統(tǒng)中運行的手動調(diào)節(jié)式消弧線圈均為調(diào)匝式，國外絕大多數(shù)也是這種。將這種消弧線圈的無載開關換為有載開關即可實現(xiàn)帶電調(diào)節(jié)，加裝控制裝置后即可實現(xiàn)自動調(diào)諧，國內(nèi)研制的自動跟蹤補償系統(tǒng)均采用調(diào)匝式消弧線圈。1.2.2鐵芯氣隙可調(diào)式消弧線圈該線圈的工作原理是靠移動插入線圈內(nèi)部的可動鐵芯來改變磁導率從而改變線圈的電感。從理論上講這種消弧線圈的電感可連續(xù)調(diào)節(jié)， 但實際上

6、因為機械的慣性和電機的控制精度問題在工程上無法做到。其主要缺點是傳動機構復雜、 故障率高；響應慢，動作時間取決于可動鐵芯的移動時間；在額定電壓下調(diào)節(jié)電感時噪音相對較大，有時會因贓污引起機械動作失靈，因此在電力系統(tǒng)中采用不多。1.2.3 磁伐式通過對鐵芯注入直流磁通來改變鐵芯的磁飽和度，但該直流磁通則取自本身的一部分交流電流來產(chǎn)生，一般也由可控硅來控制和調(diào)節(jié)。1.2.4 調(diào)節(jié)二次繞組的電容值調(diào)容式將消弧線圈制成變壓器式，一次接入系統(tǒng)，二次側(cè)接入多組電容，用投切電容器組來改變變壓器容性負載，從而改變一次側(cè)的電抗值。1.2.5 調(diào)節(jié)部分電感量將電感線圈分解成固定電感和可調(diào)電感兩部分，其中的可調(diào)部分采

7、用可控硅進行調(diào)節(jié)。分為調(diào)串聯(lián)電感式和調(diào)并聯(lián)電感式兩種。1.2.6 調(diào)節(jié)短路阻抗高短路阻抗變壓器式將消弧線圈制成高短路阻抗（約100%）變壓器的型式，一次接入系統(tǒng)，二次側(cè)由可控硅短路，調(diào)節(jié)可控硅的導通角實現(xiàn)短路阻抗的調(diào)節(jié)。1.3手動式消弧線圈接地補償系統(tǒng)存在的問題中性點經(jīng)消弧線圈接地方式在石化企業(yè)中壓配電網(wǎng)得到了廣泛的應用，取得了明顯的效果，尤其是在雷雨季節(jié)減少事故跳閘次數(shù)是很有效的。但手動式消弧線圈接地補償系統(tǒng)在長期運行實踐中亦暴露出一定的問題。 (1) 調(diào)節(jié)不方便。因為這種消弧線圈是無載調(diào)節(jié)式的，要退出運行才能調(diào)節(jié)分接頭，既費工時又不安全。因此，在實際運行中很少能根據(jù)電網(wǎng)電容電流的變化及時進

8、行調(diào)節(jié)。 (2) 運行人員判斷調(diào)節(jié)困難。因沒有在線實時測量電容電流的設備，電網(wǎng)參數(shù)變化后，只是靠手工統(tǒng)計電容電流的變化(準確度很低)，無法準確判斷消弧線圈的確切檔位。 (3) 手動式接地補償裝置，由于其自身固有的特點，在電網(wǎng)中只能運行在過補償狀態(tài)(短時欠補也可)，不能長期運行在欠補，更不能在全補償狀態(tài)運行。電網(wǎng)中發(fā)生事故、跳閘或重合參數(shù)變化時，脫諧度無法控制，以致常常運行在不允許的脫諧度之下，造成一旦接地時的過壓。(4) 抑止弧光過電壓的效果較差。國內(nèi)外研究證明，只有脫諧度不超過5%，才能把過電壓限制到2.6倍相電壓以下。老式消弧線圈由于要考慮躲過全補償?shù)姆秶?，所以脫諧度一般要達到15%25%

9、甚至更大。因此弧光過電壓倍數(shù)高，接地后帶故障運行時間長，對設備絕緣威脅較大。(5) 在欠補狀態(tài)下運行遇到斷線時易產(chǎn)生嚴重的諧振過電壓，對網(wǎng)絡絕緣危害極大。(6) 電纜線路發(fā)生單相接地后，要檢查和排除故障，操作繁瑣，造成用戶不必要的停電。(7) 目前電力系統(tǒng)大力推廣無人值班變電站，對非自動調(diào)節(jié)式消弧線圈的調(diào)節(jié)更加困難，造成人員的浪費。2自動調(diào)諧接地補償裝置的研究2.1自動調(diào)諧補償?shù)谋匾杂捎谑謩诱{(diào)節(jié)式消弧線圈不采用自動跟蹤調(diào)整，消弧線圈不能始終運行在最佳檔位，因而消弧線圈的補償作用不能得到充分發(fā)揮。表1列出了不同補償時的統(tǒng)計資料。表1不同電網(wǎng)、不同運行維護水平的統(tǒng)計資料補償類型引起設備損壞的單相

10、接地短路次數(shù)與單相接地短路總次數(shù)比單相接地短路平均歷時（h）無補償0.260.990.806.10手動調(diào)整補償0.070.250.142.70自動跟蹤補償0.010.160.011.40由表1可見，采用自動跟蹤補償裝置的電網(wǎng)，補償?shù)男Ч罴?，大大提高了供電的可靠性，是我? KV（10kV）配電網(wǎng)的發(fā)展方向。2.2ZGTD系列自動跟蹤補償成套裝置消弧線圈與電阻串聯(lián)接地補償裝置是國內(nèi)最新研究成果，這種方式既具有補償電網(wǎng)的優(yōu)點，又兼?zhèn)淞说碗娮杞拥胤绞较拗七^電壓幅值的優(yōu)點，同時克服了兩者本身固有的缺點，得到了廣泛的應用。目前國產(chǎn)自動跟蹤補償消弧系統(tǒng)及其成套裝置大部分采用消弧線圈與電阻串聯(lián)接地方式。2

11、.2.1裝置的結(jié)構該裝置一次設備接線如圖1(無中性點)。成套裝置由Z型接地變壓器(系統(tǒng)中有中性點時不用)、有載調(diào)節(jié)式消弧線圈、限壓阻尼電阻箱、微機測量控制器及微機選線保護裝置(可不用)組成。 圖1一次設備接線圖(1) 曲折型接線的接地變壓器在電網(wǎng)正常運行時長期處于空載運行狀態(tài)，其零序阻抗、空載損耗很小，主要完成以下功能：引出理想的人工中性點連接消弧線圈；二次可帶負載兼做站用變；作為調(diào)節(jié)系統(tǒng)不對稱電壓的元件，滿足自動調(diào)諧的需要。(2) 有載調(diào)節(jié)式消弧線圈是一帶有載分接開關的調(diào)匝式消弧線圈，消弧線圈還附有一個PT和一個CT。單相有載開關使用在消弧線圈上，在預調(diào)試的工況下(即正常不接地的情況下調(diào)整)

12、工作是很輕松的，幾乎處在空載狀態(tài)下切換，使用壽命較長。從理論上講消弧線圈自動調(diào)諧最好用連續(xù)可調(diào)的消弧線圈，但目前沒有理想的產(chǎn)品，而且分接頭足夠多的調(diào)匝式消弧線圈也是可用的，只要消弧線圈調(diào)節(jié)時脫諧度能在規(guī)定的范圍內(nèi)。順便指出，有分接頭的消弧線圈在每個分接頭工作時的電感量是確定值，故計算電網(wǎng)的脫諧度較為方便。 (3) 限壓阻尼電阻箱在消弧線圈接地系統(tǒng)中，若消弧線圈感抗與對地電容容抗相等時，將發(fā)生串聯(lián)諧振，造成中性點過電壓而損壞設備。因此規(guī)程規(guī)定“中性點經(jīng)消弧線圈接地的電力網(wǎng)，在正常運行情況下，中性點長時間電壓位移不超過相電壓的15%，消弧線圈必須處于過補償方式，其脫諧度一般不大于10%，故障點的殘

13、流不超過10 A”。這樣在運行中切除負荷時，可避免中性點出現(xiàn)諧振過電壓。但實際測量整定時脫諧度可達到20%30%，使接地點的殘流偏大，對滅弧不利。在自動跟蹤補償系統(tǒng)中，因調(diào)節(jié)精度較高，接近諧振點運行，為防止諧振過電壓，在“ZGTD自動跟蹤補償裝置”中將消弧線圈串接阻尼電阻箱接地，增大回路的阻尼率，使全補償狀態(tài)下的中性點過電壓降低到15%相電壓以下，因此本裝置可運行在過補、欠補、全補狀態(tài)。為避免阻尼電阻降低消弧線圈的補償能力，在發(fā)生單相接地時，將電阻短接，同時也避免了電阻的過熱。阻尼電阻為ZX2型片狀電阻，其阻值在滿足中性點位移電壓的條件下根據(jù)系統(tǒng)容量配置。短接阻尼電阻采用中性點電壓和電流兩套獨

14、立啟動短接回路。一套是根據(jù)中性點電壓值來控制交流接觸器KM，若該值超過設定值，則電壓繼電器動作，控制交流接觸器閉合接點短接阻尼電阻。另一套是由直流接觸器KM2、中間繼電器、過流繼電器組成，當系統(tǒng)接地流過消弧線圈的電流超過設定值時，電流繼電器動作，通過中間繼電器使直流接觸器閉合短接阻尼電阻。雙套措施互補，保證了電阻可靠短接。若配有接地選線裝置，阻尼電阻在接地0.5 s后被短接。(4) 微機控制器?？垢蓴_較好的微機控制器，采用獨特的在線實時測量法，可快速、準確、直觀、完整地顯示電網(wǎng)的有關參數(shù)，根據(jù)設定值自動或手動調(diào)整消弧線圈分頭，使其隨時運行在最佳工作狀態(tài)。(5) 微機選線裝置。長期以來人們一直在

15、研究配電網(wǎng)單相接地故障選線裝置，目前市場上也有了成型的產(chǎn)品，常用的方法大致有：附加二次諧波信號；利用接地的瞬變電流；增大接地點的有功分量；利用沖擊電壓電流檢出故障支路；利用接地電流中高次諧波分量。中性點經(jīng)消弧線圈串電阻接地的補償裝置，在發(fā)生單相接地且電阻未短接前，同正?；芈废啾冉拥鼗芈分兴泄Ψ至枯^大，根據(jù)這一特點微機選線裝置即可將系統(tǒng)零序電壓和各回路零序電流采集下來，進行分析處理，有功分量最大者即為接地線路。2.2.2在線測量電容電流的方法實現(xiàn)自動調(diào)諧的關鍵在于快速實時地測量系統(tǒng)對地電容的容抗，并計算出系統(tǒng)單相接地時的電容電流。目前用于自動調(diào)諧系統(tǒng)中的方法主要有位移電壓曲線法、中性點位移電

16、壓(電流)相位法及在線實時測量法。前兩種測量方法在測量時必須進行調(diào)檔操作，有載開關壽命降低，響應時間(自系統(tǒng)電容電流發(fā)生變化起，至消弧線圈調(diào)節(jié)到合適檔位所需時間)也不可能做到很短，因而在實際運用中效果不佳。ZGTD系列裝置采用在線實時電容電流測量法，圖2為系統(tǒng)的零序等值網(wǎng)絡圖。在裝置投入運行時，首先用特殊的方法測出不平衡電壓E0，然后每隔3 s測量一次U相，U0，I0，則E0=U0+I0XC， I=U相/XC=U相I0/(E0-U0)。L為消弧線圈；XC為系統(tǒng)對地容抗；E0為系統(tǒng)不平衡電壓；U0為系統(tǒng)中性點電壓圖2零序等值網(wǎng)絡圖該算法的優(yōu)點是在測量過程中不需進行調(diào)檔操作，測量周期短(每隔3 s

17、測量一次)，測量精度高。2.2.3裝置的特點(1) 選用組合式機構。有載開關調(diào)節(jié)消弧電抗器、 接地變壓器、 限壓阻尼電阻箱、微機測量控制器、微機接地選線裝置都是獨立部件，便于安裝維護。(2) 過補、欠補、全補三種運行方式皆實用，并可在現(xiàn)場根據(jù)需要隨時設定、變更。(3) 測量時不需進行調(diào)檔操作，具有響應速度快、有載開關壽命長、跟蹤準確的優(yōu)點。(4) 消弧線圈串電阻接地，可限制中性點位移電壓15%相電壓，滿足運行規(guī)程的需要。(5) 微機選線裝置采用特殊的基波算法，比較可靠。(6) 裝置中設置了遠動接口，可用于無人值守變電站。(7) 采用了自動、手動調(diào)諧功能。(8) 現(xiàn)場運行效果良好，能有效地補償系統(tǒng)的電容電流。3結(jié)束語ZGTD系列自動跟蹤補償成套裝置在石化企業(yè)變電站掛網(wǎng)運行。裝置投入電網(wǎng)后對電網(wǎng)電容電流及消弧線圈動作情況進行實時跟蹤，當投切線路時對電網(wǎng)的電容電流進行測量顯示并根據(jù)測定值調(diào)節(jié)消弧線圈的分頭，發(fā)生單相接地故障時，能有效補償系統(tǒng)電容電流，防止了過電壓諧振及由弧光造成三相短路事故，深受運行人員和電網(wǎng)調(diào)度人員的歡迎。目前我國已研制出一系列自動跟蹤補償成套裝置，并且正在逐步改進和完善，在網(wǎng)運行的成套裝置運行效果證明，6 kV配電網(wǎng)采用自動跟蹤補償是比較合理的運行方式，值得推廣應用。國內(nèi)外研究證明，中性點經(jīng)消弧線圈串或并電阻后，均能有效地抑制單相接地產(chǎn)生的弧光接地過電壓，消