談單相接地電容電流補(bǔ)償方式.doc課件

1、淺談單相接地電容電流補(bǔ)償方式摘要：針對(duì)目前配電網(wǎng)單相接地電容電流補(bǔ)償方式存在的問題，分析了采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的可行性和必要性，并在此基礎(chǔ)上介紹了一種單相接地電容電流自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償成套裝置，該裝置能自動(dòng)跟蹤電網(wǎng)電容電流的變化，實(shí)施最佳補(bǔ)償。關(guān)鍵詞：消弧線圈 單相接地 自動(dòng)補(bǔ)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(diǎn)不接地方式，部分采用諧振式接地。實(shí)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(diǎn)是發(fā)生單相接地故障后，允許繼續(xù)運(yùn)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(kuò)大，電纜和架空線路的增多，這種方式顯示出弊端。(1) 當(dāng)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(shè)備損壞事故。(2) 當(dāng)發(fā)生斷續(xù)性弧光接地時(shí)，會(huì)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(gè)配電網(wǎng)致使絕緣薄弱的設(shè)備放電擊穿，引起設(shè)備損壞和停電的嚴(yán)重事故。(3) 當(dāng)有人誤觸帶電部分時(shí)，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(dāng)場死亡。(4) 配電網(wǎng)長時(shí)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(shí)間長，以低頻擺動(dòng)引起絕緣閃絡(luò)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(xiǎn)、重者將PT燒毀。當(dāng)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(shí)存在時(shí)，不但

3、會(huì)引起PT的燒毀，而且會(huì)導(dǎo)致部分配電設(shè)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(duì)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(fēng)、下雨時(shí)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(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行現(xiàn)狀1.1中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式的規(guī)定電力設(shè)備過電壓保護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程中規(guī)定：310 kV的電力網(wǎng)，當(dāng)單相接地故障電流大于30 A時(shí)應(yīng)裝設(shè)消弧線圈。電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)交流電氣裝置的過電壓保護(hù)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(shí)應(yīng)裝設(shè)消弧線圈，其理由是在此電流下電弧能自行熄滅。科研單位

4、經(jīng)小動(dòng)物接地結(jié)果證明，對(duì)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(shí)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(yīng)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(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式，主要原因是：(1) 受技術(shù)條件限制，用戶雜亂，對(duì)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(diǎn)，若考慮補(bǔ)償措施，需專用的人工中性點(diǎn)變壓器，實(shí)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(shí)際上是鐵芯式電

5、抗器，其磁路是一個(gè)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(guān)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(shù)簡單、成熟、可靠性高而得到了廣泛的應(yīng)用，目前我國電力系統(tǒng)中運(yùn)行的手動(dòng)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(guān)換為有載開關(guān)即可實(shí)現(xiàn)帶電調(diào)節(jié)，加裝控制裝置后即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)諧，國內(nèi)研制的自動(dòng)跟蹤補(bǔ)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(dòng)插入線圈內(nèi)部的可動(dòng)鐵芯來改變磁導(dǎo)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(shí)際上

6、因?yàn)闄C(jī)械的慣性和電機(jī)的控制精度問題在工程上無法做到。其主要缺點(diǎn)是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜、 故障率高；響應(yīng)慢，動(dòng)作時(shí)間取決于可動(dòng)鐵芯的移動(dòng)時(shí)間；在額定電壓下調(diào)節(jié)電感時(shí)噪音相對(duì)較大，有時(shí)會(huì)因贓污引起機(jī)械動(dòng)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(duì)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(fù)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(jìn)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(dǎo)通角實(shí)現(xiàn)短路阻抗的調(diào)節(jié)。1.3手動(dòng)式消弧線圈接地補(bǔ)償系統(tǒng)存在的問題中性點(diǎn)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(yīng)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(dòng)式消弧線圈接地補(bǔ)償系統(tǒng)在長期運(yùn)行實(shí)踐中亦暴露出一定的問題。 (1) 調(diào)節(jié)不方便。因?yàn)檫@種消弧線圈是無載調(diào)節(jié)式的，要退出運(yùn)行才能調(diào)節(jié)分接頭，既費(fèi)工時(shí)又不安全。因此，在實(shí)際運(yùn)行中很少能根據(jù)電網(wǎng)電容電流的變化及時(shí)進(jìn)

8、行調(diào)節(jié)。 (2) 運(yùn)行人員判斷調(diào)節(jié)困難。因沒有在線實(shí)時(shí)測量電容電流的設(shè)備，電網(wǎng)參數(shù)變化后，只是靠手工統(tǒng)計(jì)電容電流的變化(準(zhǔn)確度很低)，無法準(zhǔn)確判斷消弧線圈的確切檔位。 (3) 手動(dòng)式接地補(bǔ)償裝置，由于其自身固有的特點(diǎn)，在電網(wǎng)中只能運(yùn)行在過補(bǔ)償狀態(tài)(短時(shí)欠補(bǔ)也可)，不能長期運(yùn)行在欠補(bǔ)，更不能在全補(bǔ)償狀態(tài)運(yùn)行。電網(wǎng)中發(fā)生事故、跳閘或重合參數(shù)變化時(shí)，脫諧度無法控制，以致常常運(yùn)行在不允許的脫諧度之下，造成一旦接地時(shí)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(bǔ)償?shù)姆秶悦撝C度一般要達(dá)到

9、15%25%甚至更大。因此弧光過電壓倍數(shù)高，接地后帶故障運(yùn)行時(shí)間長，對(duì)設(shè)備絕緣威脅較大。(5) 在欠補(bǔ)狀態(tài)下運(yùn)行遇到斷線時(shí)易產(chǎn)生嚴(yán)重的諧振過電壓，對(duì)網(wǎng)絡(luò)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(duì)非自動(dòng)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(fèi)。2自動(dòng)調(diào)諧接地補(bǔ)償裝置的研究2.1自動(dòng)調(diào)諧補(bǔ)償?shù)谋匾杂捎谑謩?dòng)調(diào)節(jié)式消弧線圈不采用自動(dòng)跟蹤調(diào)整，消弧線圈不能始終運(yùn)行在最佳檔位，因而消弧線圈的補(bǔ)償作用不能得到充分發(fā)揮。表1列出了不同補(bǔ)償時(shí)的統(tǒng)計(jì)資料。表1不同電網(wǎng)、不同運(yùn)行維護(hù)水平的統(tǒng)計(jì)資料補(bǔ)償類型引起設(shè)

10、備損壞的單相接地短路次數(shù)與單相接地短路總次數(shù)比單相接地短路平均歷時(shí)（h）無補(bǔ)償0.260.990.806.10手動(dòng)調(diào)整補(bǔ)償0.070.250.142.70自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償0.010.160.011.40由表1可見，采用自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償裝置的電網(wǎng)，補(bǔ)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(dòng)跟蹤補(bǔ)償成套裝置消弧線圈與電阻串聯(lián)接地補(bǔ)償裝置是國內(nèi)最新研究成果，這種方式既具有補(bǔ)償電網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)，又兼?zhèn)淞说碗娮杞拥胤绞较拗七^電壓幅值的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了兩者本身固有的缺點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。目前國產(chǎn)自動(dòng)跟蹤補(bǔ)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)

11、接地方式。2.2.1裝置的結(jié)構(gòu)該裝置一次設(shè)備接線如圖1(無中性點(diǎn))。成套裝置由Z型接地變壓器(系統(tǒng)中有中性點(diǎn)時(shí)不用)、有載調(diào)節(jié)式消弧線圈、限壓阻尼電阻箱、微機(jī)測量控制器及微機(jī)選線保護(hù)裝置(可不用)組成。 圖1一次設(shè)備接線圖(1) 曲折型接線的接地變壓器在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)長期處于空載運(yùn)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(diǎn)連接消弧線圈；二次可帶負(fù)載兼做站用變；作為調(diào)節(jié)系統(tǒng)不對(duì)稱電壓的元件，滿足自動(dòng)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(guān)的調(diào)匝式消弧線圈，消弧線圈還附有一個(gè)PT和一個(gè)CT。單相有載開關(guān)使用在消弧線圈上，在預(yù)調(diào)試的工況下(即正常不接地的

12、情況下調(diào)整)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(dòng)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(shí)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(gè)分接頭工作時(shí)的電感量是確定值，故計(jì)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(duì)地電容容抗相等時(shí)，將發(fā)生串聯(lián)諧振，造成中性點(diǎn)過電壓而損壞設(shè)備。因此規(guī)程規(guī)定“中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電力網(wǎng)，在正常運(yùn)行情況下，中性點(diǎn)長時(shí)間電壓位移不超過相電壓的15%，消弧線圈必須處于過補(bǔ)償方式，其脫諧度一般不大于10%

13、，故障點(diǎn)的殘流不超過10 A”。這樣在運(yùn)行中切除負(fù)荷時(shí)，可避免中性點(diǎn)出現(xiàn)諧振過電壓。但實(shí)際測量整定時(shí)脫諧度可達(dá)到20%30%，使接地點(diǎn)的殘流偏大，對(duì)滅弧不利。在自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償系統(tǒng)中，因調(diào)節(jié)精度較高，接近諧振點(diǎn)運(yùn)行，為防止諧振過電壓，在“ZGTD自動(dòng)跟蹤補(bǔ)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(bǔ)償狀態(tài)下的中性點(diǎn)過電壓降低到15%相電壓以下，因此本裝置可運(yùn)行在過補(bǔ)、欠補(bǔ)、全補(bǔ)狀態(tài)。為避免阻尼電阻降低消弧線圈的補(bǔ)償能力，在發(fā)生單相接地時(shí)，將電阻短接，同時(shí)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(diǎn)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(diǎn)電壓

14、和電流兩套獨(dú)立啟動(dòng)短接回路。一套是根據(jù)中性點(diǎn)電壓值來控制交流接觸器KM，若該值超過設(shè)定值，則電壓繼電器動(dòng)作，控制交流接觸器閉合接點(diǎn)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(dāng)系統(tǒng)接地流過消弧線圈的電流超過設(shè)定值時(shí)，電流繼電器動(dòng)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(bǔ)，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(jī)控制器。抗干擾較好的微機(jī)控制器，采用獨(dú)特的在線實(shí)時(shí)測量法，可快速、準(zhǔn)確、直觀、完整地顯示電網(wǎng)的有關(guān)參數(shù)，根據(jù)設(shè)定值自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)整消弧線圈分頭，使其隨時(shí)運(yùn)行在最佳工作狀態(tài)。(5) 微機(jī)選線裝置。長期以

15、來人們一直在研究配電網(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(hào)；利用接地的瞬變電流；增大接地點(diǎn)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(diǎn)經(jīng)消弧線圈串電阻接地的補(bǔ)償裝置，在發(fā)生單相接地且電阻未短接前，同正常回路相比接地回路中所含有功分量較大，根據(jù)這一特點(diǎn)微機(jī)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(jìn)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)諧的關(guān)鍵在于快速實(shí)時(shí)地測量系統(tǒng)對(duì)地電容的容抗，并計(jì)算出系統(tǒng)單相接地時(shí)的電容電流。目前用于自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)中的方法主要有位移電壓曲線法、

16、中性點(diǎn)位移電壓(電流)相位法及在線實(shí)時(shí)測量法。前兩種測量方法在測量時(shí)必須進(jìn)行調(diào)檔操作，有載開關(guān)壽命降低，響應(yīng)時(shí)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(shí)間)也不可能做到很短，因而在實(shí)際運(yùn)用中效果不佳。ZGTD系列裝置采用在線實(shí)時(shí)電容電流測量法，圖2為系統(tǒng)的零序等值網(wǎng)絡(luò)圖。在裝置投入運(yùn)行時(shí)，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(duì)地容抗；E0為系統(tǒng)不平衡電壓；U0為系統(tǒng)中性點(diǎn)電壓圖2零序等值網(wǎng)絡(luò)圖該算法的優(yōu)點(diǎn)是在測量過程中不需進(jìn)行調(diào)檔操作，測量周期短

17、(每隔3 s測量一次)，測量精度高。2.2.3裝置的特點(diǎn)(1) 選用組合式機(jī)構(gòu)。有載開關(guān)調(diào)節(jié)消弧電抗器、 接地變壓器、 限壓阻尼電阻箱、微機(jī)測量控制器、微機(jī)接地選線裝置都是獨(dú)立部件，便于安裝維護(hù)。(2) 過補(bǔ)、欠補(bǔ)、全補(bǔ)三種運(yùn)行方式皆實(shí)用，并可在現(xiàn)場根據(jù)需要隨時(shí)設(shè)定、變更。(3) 測量時(shí)不需進(jìn)行調(diào)檔操作，具有響應(yīng)速度快、有載開關(guān)壽命長、跟蹤準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。(4) 消弧線圈串電阻接地，可限制中性點(diǎn)位移電壓<15%相電壓，滿足運(yùn)行規(guī)程的需要。(5) 微機(jī)選線裝置采用特殊的基波算法，比較可靠。(6) 裝置中設(shè)置了遠(yuǎn)動(dòng)接口，可用于無人值守變電站。(7) 采用了自動(dòng)、手動(dòng)調(diào)諧功能。(8) 現(xiàn)場運(yùn)行效果

18、良好，能有效地補(bǔ)償系統(tǒng)的電容電流。3結(jié)束語ZGTD系列自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償成套裝置在石化企業(yè)變電站掛網(wǎng)運(yùn)行。裝置投入電網(wǎng)后對(duì)電網(wǎng)電容電流及消弧線圈動(dòng)作情況進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，當(dāng)投切線路時(shí)對(duì)電網(wǎng)的電容電流進(jìn)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(shí)，能有效補(bǔ)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(yùn)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(dòng)跟蹤補(bǔ)償成套裝置，并且正在逐步改進(jìn)和完善，在網(wǎng)運(yùn)行的成套裝置運(yùn)行效果證明，6 kV配電網(wǎng)采用自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償是比較合理的運(yùn)行方式，值得推廣應(yīng)用。國內(nèi)外研究證明，中性點(diǎn)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，