試談消弧線圈投入后引起系統(tǒng)電壓不平衡

1、 HYPERLINK / 消弧線圈投入后引起系統(tǒng)電壓不平衡緣故分析及解決方法李嗣明1，何 婧1，張熙軍1，陳 飛1，駱云峰2，王 磊3（1、海南電網(wǎng)三亞供電公司，海南三亞 572000 2、廣東電網(wǎng)惠州供電局，廣東惠州516001 3、廣東電網(wǎng)廣州供電局 廣東廣州 510627）摘 要：本文通過三亞電網(wǎng)110kV鹿回頭變電站10kV消弧線圈投入后母線電壓不平衡加劇實例，從理論上分析不平衡加劇產(chǎn)生緣故，并結(jié)合運(yùn)行實際提出了相應(yīng)的解決方法，取得了明顯的效果關(guān)鍵詞：消弧線圈 不平衡 殘流 脫諧度 改進(jìn)措施引言目前，我國的都市配電網(wǎng)的中低壓供電系統(tǒng)大部分為中性點(diǎn)不接地即小電流接地系統(tǒng)，近些年來隨著經(jīng)濟(jì)

2、的進(jìn)展，6-35kV 配電網(wǎng)不斷進(jìn)展，電纜線路占配電線路的比例日益增大，系統(tǒng)電容電流顯著增加，因此普遍配備安裝了消弧線圈裝置。但由于消弧線圈投入后會對系統(tǒng)中性點(diǎn)不平衡電壓放大，從而造成母線電壓不平衡或不平衡度加劇成為一個較普遍的問題。本文結(jié)合三亞鹿回頭變消弧線圈投運(yùn)出現(xiàn)的此種問題，進(jìn)行分析，依照現(xiàn)場提出解決方案，供大伙兒參考。消弧線圈工作原理及作用1.1消弧線圈作用小電流接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地時，電網(wǎng)仍可帶故障運(yùn)行，幸免開斷線路，提高了供電系統(tǒng)的可靠性，但當(dāng)單相接地電流較大時，接地電弧不能最終自熄，產(chǎn)生弧光接地過電壓和相間短路，給供用電設(shè)備造成極大的危害。防止這種危害的方法之一確實是在變壓器中

3、性點(diǎn)和地之間串接一個消弧線圈，利用它產(chǎn)生的感性電流補(bǔ)償接地故障時的容性電流，有效的減少接地點(diǎn)電容電流，使故障相電壓恢復(fù)的速度大大下降，從而達(dá)到自動熄弧的目的，保證供電安全。自從1917年世界上第一臺消弧線圈在德國投運(yùn)以來，隨著科技的進(jìn)步，消弧線圈也的到了長足的進(jìn)展，目前消弧線圈大致分為以下幾種：1）調(diào)匝式；（人工、自動）2）調(diào)容式；3）調(diào)氣隙式；4）直流偏磁式；5）磁閥式；1.2消弧線圈工作原理在中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)中，假如三相對地電容平衡，即線路換位專門好，則各相對地電壓相等，中性點(diǎn)的對地電壓為零。在此情況下，各相對地電容產(chǎn)生的電容電流，且超前電壓90。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，如A相接地，則A相對地

4、電壓 = 0，；中性點(diǎn)的對地電壓UN由零升高為相電壓(-)，B相和C相的對地電壓分不為： （1-1） （1-2）即非接地相電壓比正常電壓升高倍。因此B相和C相的對地電容電流值增大了倍，其有效值為： IB = IC = C0U （1-3）式中，C0為一相對地電容；U為相電壓。其方向分不領(lǐng)先于UBA 和UCA 90。接地點(diǎn)電容電流為 ICA = 3C0U （1-4）它的大小等于正常時一相對地充電電流的 3 倍，方向滯后于 A 相正常時電壓 90，如圖1所示。由于接地電流ICA和接地相正常時的相電壓相差90當(dāng)接地電流過零時，加在弧隙兩端的電源電壓為最大值，因此故障點(diǎn)的電弧不易熄滅。當(dāng)線路較長時，容易

5、形成間隙性的弧光接地或電弧穩(wěn)定接地。間隙性的弧光接地能導(dǎo)致危險的過電壓，穩(wěn)定性的弧光接地能進(jìn)展成多相短路，它們都能造成設(shè)備損壞和停電事故。 圖 1 單相接地及向量圖Fig.1 phasor diagram of single-phase earthing將消弧線圈接在變壓器或發(fā)電機(jī)繞組的中性點(diǎn)上，形成消弧線圈接地系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)單相，例如A相接地時，中性點(diǎn)的電壓UO將由零升高到相電壓，假設(shè)消弧線圈的電感為L，消弧線圈中將產(chǎn)生電感電流IL ，其大小 IL =，滯后中性點(diǎn)的電壓90，即領(lǐng)先A相正常時的相電壓90。因此，由故障點(diǎn)流回系統(tǒng)的消弧線圈的電感電流和接地電容電流的方向恰恰相反。假如適當(dāng)?shù)剡x擇消弧

6、線圈 L的大小，使L =，那么通過故障點(diǎn)的電流將等于零，即接地電容電流ICA全部被消弧線圈的電感電流IL所補(bǔ)償，從而使得電弧自動熄滅，達(dá)到了熄滅電弧的目的。消弧線圈投入不平衡電壓產(chǎn)生緣故消弧線圈接地系統(tǒng)在正常運(yùn)行時的等值電路如圖2所示。Ca、Cb、 Cc為三相對地電容，L為消弧線圈的等值電感，RL表示消弧線圈有功損耗的等值電阻。Ra、Rb、Rc為各相泄漏電阻；假設(shè)三相電源電勢對稱，且各相泄漏電阻相等為R，則以UA為參考相量，中性點(diǎn)位移電壓為 （1-5）其中 ， 式中 電網(wǎng)不對稱度（也稱導(dǎo)線對地電容的不對稱系數(shù)）；電網(wǎng)阻尼率；電網(wǎng)脫諧度。其位移電壓大小為 （1-6） 式中 UN消弧線圈未投入時中

7、性點(diǎn)不平衡電壓值圖2 消弧線圈接地系統(tǒng)正常運(yùn)行時的等值電路圖Fig 2. Equivalent diagram of arc-suppression coil in normal operation從公式（1-5）、（1-6）能夠看到，在電網(wǎng)阻尼率一定的情況下，消弧線圈接地系統(tǒng)中性點(diǎn)電壓的大小與脫諧度有關(guān)。脫諧度越小，中性點(diǎn)電壓越高；脫諧度等于零即諧振補(bǔ)償時，中性點(diǎn)電壓最高。脫諧度愈小,放大作用愈強(qiáng)。因此加裝消弧線圈后，對中性點(diǎn)位移電壓起到了放大作用，造成系統(tǒng)電壓的不平衡；假如消弧線圈未投入前系統(tǒng)差不多不平衡，投入消弧線圈后，將加劇系統(tǒng)的不平衡。因此，為了保證正常運(yùn)行時中性點(diǎn)電壓不致過高，超出

8、規(guī)程規(guī)定，應(yīng)幸免諧振補(bǔ)償，盡量在較大的過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償運(yùn)行既是增大脫諧度，或者采取措施增大系統(tǒng)的阻尼，這是補(bǔ)償電網(wǎng)調(diào)諧的另一個差不多原則。另外，在以架空線路為主的電網(wǎng)中，還應(yīng)該采納線路換位措施，以減小三相導(dǎo)線對地電容的不對稱度，提高補(bǔ)償效果。鹿回頭變電站消弧線圈投運(yùn)情況110kV鹿回頭變消弧線圈共2臺，均是由河北星光集團(tuán)生產(chǎn)的TXHK-Z調(diào)匝式自動調(diào)諧消弧線圈成套裝置，該種設(shè)備由接地變壓器、消弧線圈、TXHK-Z微機(jī)調(diào)節(jié)器、阻尼電阻箱、操縱器和系統(tǒng)中性點(diǎn)電壓合成器六個部分組成。每個檔位補(bǔ)償電流和阻尼電阻未固定值，具體參數(shù)如表11、12所示。表1-1 1消弧線圈參數(shù)Tab.1-1 the para

9、meter of arc-suppression coil 11消弧線圈參數(shù)XHDCZ-630/10檔位電流電抗值高壓axkR阻尼 電阻134.31176.68606217135.472.12642.20239.07155922.12276.89343.69138.75606220130.122.11906.31448.37125.32606221228.582.11715.41552.97114.44606222726.692.11496.29657.97104.57606223425.922.11411.76762.9396.3296062247.24.552.1

10、1265.92867.7889.436606225323.942.11203.71972.6683.429606226522.892.11100.561077.8177.907606226522.862.11098.071182.9573.080606227422.122.11027.891288.2768.675606227522.072.11023.411393.6764.716606228221.482.1969.0291498.4961.549606228321.442.1965.60515103.658.513606229020.912.1918.870表1-2 2消弧線圈參數(shù)Tab

11、. 1-2 the parameter of arc-suppression coil 22消弧線圈參數(shù)XDZ-630/10檔位高壓電流電抗值高壓axkR阻尼電阻134.1170.94606217135.452.12639.11239150.60606218432.942.12279.37343.9134.04606219531.082.12029.46448121.80606220429.712.11854.34553111.73606221428.322.11685.09657103.41606222027.552.11594.43761.896.061606222826.582.1148

12、4.50866.290.090606223425.902.11409.35971.584.388606224424.842.11296.191075.879.936606225224.052.11215.201180.876.10606225623.672.11177.521285.572.150606226023.312.11141.571390.568.587606226422.962.11107.24149765.61606226822.612.11074.4315102.462.853606227422.122.11027.89此套裝置參數(shù)設(shè)置中運(yùn)行方式共3種，即：欠補(bǔ)償、最佳補(bǔ)償、過

13、補(bǔ)償。補(bǔ)償檔位選擇原則是以在實際運(yùn)行中某一檔位的殘流最接近參數(shù)設(shè)置中的殘流下限值來自動選擇檔位。鹿回頭站10kV母線在未投入消弧線圈時母線電壓值如表2所示，能夠看到在未投入消弧線圈時母線電壓差不多不平衡。表2 未投入消弧線圈時10kV母線電壓值Tab. 2 The bus voltage of 10kV before arc-suppression coil input10kV I母電壓值（kV）10kV II母電壓值（kV）A相B相C相A相B相C相6.05.95.95.96.06.010kV母線在投入消弧線圈后母線電壓值如表3-1所示，投入消弧線圈后，系統(tǒng)的不平衡加劇，現(xiàn)在消弧線圈實際運(yùn)行情

14、況如表3-2所示。現(xiàn)場采納過補(bǔ)償方式。表3-1 投入消弧線圈后10kV母線電壓值Tab. 3-1 The bus voltage of 10kV after arc-suppression coil input10kV I母電壓值（kV）10kV II母電壓值（kV）A相B相C相A相B相C相6.15.95.95.86.06.1表3-2 消弧線圈實際運(yùn)行情況Tab.3-2 Real situation in operation of arc-suppression coil1消弧線圈（掛10kV I母）2消弧線圈（掛10kV II母）電容電流（A）50.8671.83線圈檔位5檔10檔補(bǔ)償電流（

15、A）52.9775.8殘流 （A）2.113.97表中，電容電流為消弧線圈成套裝置所測值，線圈檔位為裝置依照所設(shè)殘流下限值自動選取補(bǔ)償后殘流最接近下限值的檔位，各檔位的補(bǔ)償電流見表11、12。在出廠設(shè)置中1消弧線圈殘流值上限為6A，下限為2A；2消弧線圈殘流值上限為7A，下限為3A。因此，現(xiàn)在1消弧線圈和2消弧線圈分不在5檔和10檔時，殘流最接近設(shè)定的下限值，補(bǔ)償效果最優(yōu)?，F(xiàn)在假如按這種補(bǔ)償情況補(bǔ)償，盡管10kV母線電壓值滿足DL/T620-1997,交流電氣裝置過電壓愛護(hù)和絕緣配合中“消弧線圈接地系統(tǒng)，在正常運(yùn)行情況下，中性點(diǎn)的長時刻電壓位移不應(yīng)超過系統(tǒng)標(biāo)稱相電壓的15%”的規(guī)定，但消弧線圈

16、投入不平衡加劇情況仍是需要考慮的。改進(jìn)措施和效果通過對原殘流設(shè)定值分析，由于原殘流設(shè)定值過低，下限僅為2A和3A，造成消弧線圈實際工作點(diǎn)接近諧振點(diǎn)，脫諧度接近零，因此中性點(diǎn)位移電壓大，系統(tǒng)不平衡加劇。基于式1-5和1-6可知，為減小中性點(diǎn)位移電壓，要么增大脫諧度，要么采取措施增大系統(tǒng)的阻尼。針對鹿回頭變出現(xiàn)的問題，考慮到運(yùn)行實際，決定采納增大系統(tǒng)脫諧度的方法。重設(shè)裝置殘流范圍，即在電容電流不變的前提下增大系統(tǒng)的殘流。結(jié)合DL/T620-1997,交流電氣裝置過電壓愛護(hù)和絕緣配合規(guī)程 “消弧線圈接地系統(tǒng)故障點(diǎn)的殘余電流不宜超過10A，必要時可將系統(tǒng)分區(qū)運(yùn)行。消弧線圈宜采納過補(bǔ)償運(yùn)行方式?！?規(guī)定

17、，將1、2消弧線圈殘流值設(shè)定范圍為“6-10A”，仍采納過補(bǔ)償運(yùn)行方式。10kV消弧線圈殘流值重新設(shè)定后投運(yùn)實際情況如表4-1，系統(tǒng)母線電壓值如表4-2所示。表4-1 殘流設(shè)定更改后消弧線圈實際運(yùn)行情況Tab. 4-1 Real situation in operation of arc-suppression coil afer residual flow reset1消弧線圈2消弧線圈電容電流（A）50.8671.83線圈檔位6檔11檔補(bǔ)償電流（A）57.9780.8殘流 （A）7.118.97表4-2 殘流設(shè)定更改后投入消弧線圈10kV母線電壓值Tab. 4-2 Voltage of 1

18、0kV busbar of afer residual flow reset10kV I母電壓值（kV）10kV II母電壓值（kV）A相B相C相A相B相C相5.96.06.06.05.96.0從表4-1、4-2中能夠看出，抬高消弧線圈殘流值后，消弧線圈檔位自動調(diào)整，讓其工作點(diǎn)在設(shè)定范圍內(nèi)遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)，系統(tǒng)電壓不平衡情況減弱，差不多和未投入消弧線圈時一致，且殘留值滿足規(guī)程要求，效果明顯。結(jié)論1）消弧線圈投運(yùn)后，系統(tǒng)電壓產(chǎn)生不平衡或不平衡加劇均是正?，F(xiàn)象，只要不超過規(guī)程規(guī)定的15即可。2）消弧線圈發(fā)揮最佳作用是電網(wǎng)出現(xiàn)單相接地后,實現(xiàn)全補(bǔ)償，現(xiàn)在脫諧度為零。但在電網(wǎng)正常運(yùn)行情況下電網(wǎng)調(diào)度部門為了滿

19、足系統(tǒng)電壓平衡要求而不得不將消弧線圈的脫諧度整定在較大的數(shù)值，使接地殘流加大不能專門好的熄滅電弧，補(bǔ)償效果降低。3）為了減小中性點(diǎn)位移電壓除了增大阻尼率d以外還能夠增大脫諧度。在現(xiàn)場運(yùn)行維護(hù)時，增大脫諧度的方法比增大阻尼率更方便可行，而且不增加設(shè)備成本。鹿回頭變10kV消弧線圈解決方案正式基于此，取得了不錯的效果。參考文獻(xiàn)1 毛錦慶.電力系統(tǒng)繼電愛護(hù)有用技術(shù)問答 M .北京：中國電力出版社，2002 Mao Jin-qing. Answer and question of relaying in electric power system M . Beijing：China Electric

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