消弧線圈參數(shù)的整定及選擇

1、消弧線圈參數(shù)的整定及選擇摘要：目前國(guó)內(nèi)中壓電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式有三種，即中性點(diǎn)不 接地、經(jīng)消弧線圈接地和經(jīng)電阻接地。接地電容電流超過(guò)10a的中 壓電網(wǎng)需加裝消弧線圈。本文結(jié)合某座變電站，對(duì)消弧線圈的容量 選擇、參數(shù)的整定進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng) 消弧線圈 參數(shù)整定1、引言消弧線圈裝設(shè)于變壓器或發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)，是一種鐵芯帶有空 氣間隙的可調(diào)電感線圈。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，消弧線圈的 電感電流補(bǔ)償了電網(wǎng)的接地電容電流，故障電流減小，有力地限制 了電動(dòng)力、電流熱效應(yīng)和空氣游離等的破壞作用，減小了故障點(diǎn)形 成殘留性故障的可能性；故障點(diǎn)介質(zhì)絕緣的恢復(fù)強(qiáng)度大于故障相電 壓的恢復(fù)初速度，因此接地電弧能

2、夠徹底熄滅，補(bǔ)償電網(wǎng)可在瞬間 恢復(fù)正常運(yùn)行。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式的主要優(yōu)點(diǎn)有：系統(tǒng)發(fā)生單相接地 故障時(shí)可繼續(xù)運(yùn)行，不會(huì)中斷供電，提高了供電可靠性；有力地限 制了電弧過(guò)電壓的危害作用，一定程度上提高了設(shè)備絕緣水平；對(duì) 通信系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)的干擾很小。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式的主要缺點(diǎn)為：電纜線路對(duì)系統(tǒng)零 序阻抗影響較大，電纜線路的投入與退出運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)電容電流影響 較大，消弧線圈的脫諧度要隨之及時(shí)調(diào)整，操作頻繁，增加了運(yùn)行 維護(hù)工作量；電纜線路增加造成電網(wǎng)電容電流進(jìn)一步增大，消弧線 圈容量也隨之增大，電網(wǎng)建設(shè)投資增加，經(jīng)濟(jì)性降低；接地故障電 流因消弧線圈的補(bǔ)償作用而變小，使繼電保護(hù)裝置有選擇性動(dòng)

3、作比 較困難；當(dāng)電網(wǎng)運(yùn)行方式發(fā)生變化，消弧線圈的脫諧度調(diào)整不當(dāng)容 易發(fā)生諧振。2、電容電流理論計(jì)算方法計(jì)算消弧線圈的容量，需先計(jì)算出系統(tǒng)電容電流的大小。對(duì)架 空線路和電力電纜的電容電流計(jì)算，可利用單相接地故障分析方 法，這種方法得到的電容電流計(jì)算值很精確，但計(jì)算繁瑣；電容電 流還可以按經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，也可通過(guò)查表或查圖獲得，這對(duì)確 定消弧線圈的容量、選定測(cè)量?jī)x器是足夠準(zhǔn)確的1。本文根據(jù)電 網(wǎng)實(shí)際情況和研究需要，選擇利用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。2.1架空線路電容電流經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式（a）（1）式中：線路的額定線電壓，kv； l線路長(zhǎng)度，km。該公式源于木桿線路，當(dāng)線路有無(wú)避雷線時(shí)，系數(shù)分別為3.3 與2

4、.7,對(duì)于水泥桿及金屬桿塔的線路，電容電流需增大10% 12%1。2.2電纜線路電容電流經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式單位長(zhǎng)度電力電纜的電容電流，與其截面、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)及運(yùn)行 電壓有關(guān)，現(xiàn)運(yùn)行中的單芯或三芯電纜，制造廠家進(jìn)行型式試驗(yàn)后， 能提供單位長(zhǎng)度電力電纜的電容電流，依此可計(jì)算出電纜電容電流 精確值，但實(shí)際運(yùn)行中因廠家相關(guān)資料不全，可利用以下經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算1：（2）式中：一一單位電纜長(zhǎng)度的電容電流，a/km； s 電纜芯線 截面積，mm2；線路的額定線電壓，kv。（1）電力網(wǎng)絡(luò)：當(dāng)計(jì)算電網(wǎng)的電容電流時(shí)，在架空線路和電力 電纜線路電容電流的基礎(chǔ)上，還應(yīng)考慮變電站配電裝置的影響，運(yùn) 行電壓越低，增大電容電流的作

5、用越明顯，具體可參照表1進(jìn)行計(jì) 算。（2）某變電站10kv系統(tǒng)電容電流計(jì)算：110kvza變10kv線路 長(zhǎng)度如表2所示。利用式（1）和（2），對(duì)表2所示各線路進(jìn)行電容電流計(jì)算，線 路的額定線電壓=10.0kv，電纜芯線截面積s=240mm2。經(jīng)過(guò)計(jì)算，110kv za變10kv出線電容電流總計(jì)為25.08a。變 電站電氣設(shè)備引起的電容電流增加值，可按表1進(jìn)行計(jì)算。由表1 可知，變電站電氣設(shè)備可增加電容電流16%，則該變電站10kv配網(wǎng) 電容電流理論計(jì)算值為29.10a。3、消弧線圈參數(shù)的整定及選擇3.1消弧線圈的容量選擇消弧線圈的容量選擇，應(yīng)以當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)電網(wǎng)的電容電流為 主要依據(jù)，并要考

6、慮510年的電網(wǎng)發(fā)展需要，容量可按下式計(jì)算：（3）式中：q 消弧線圈容量，單位為kva；系統(tǒng)額定線電壓，單位為kv；系統(tǒng)對(duì)地電容電流，單位為a； s 負(fù)荷增長(zhǎng)系數(shù)，一般 取 1.25 1.35。依據(jù)電網(wǎng)中消弧線圈的總臺(tái)數(shù)和電網(wǎng)發(fā)展需要，綜合考慮確定 負(fù)荷增長(zhǎng)系數(shù)s的取值。電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)消弧線圈的空載損耗很小， 因此在選擇消弧線圈容量時(shí)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果容量應(yīng)向上靠攏。110kv za變10kv配網(wǎng)電容電流理論計(jì)算值為29.10a，依據(jù)式3，計(jì)算得 出消弧線圈的容量為218kva，消弧線圈容量選擇為250kva。3.2消弧線圈最小脫諧度的選擇(1)補(bǔ)償電網(wǎng)中性點(diǎn)位移電壓及最小脫諧度的定義：補(bǔ)償電網(wǎng)中

7、性點(diǎn)位移電壓用以下公式進(jìn)行計(jì)算：(4)式中：中性點(diǎn)位移電壓有效值；一一補(bǔ)償電網(wǎng)的不對(duì)稱(chēng)度; v補(bǔ)償電網(wǎng)的脫諧度；d 補(bǔ)償電網(wǎng)的阻尼率；補(bǔ)償電 網(wǎng)額定相電壓有效值。由式4可知，當(dāng)、d 一定時(shí)，隨著v的減小而增大，當(dāng)v小到 一定數(shù)值時(shí)，將會(huì)達(dá)到一個(gè)最大值，中性點(diǎn)位移電壓過(guò)大，會(huì)破壞 系統(tǒng)的絕緣，電網(wǎng)的絕緣薄弱部位將被擊穿，這是不允許的。最小脫諧度就是當(dāng)為最大值時(shí)的脫諧度v：(5)式中：一一系統(tǒng)接地電容電流；一一消弧線圈的補(bǔ)償電流。當(dāng)v0時(shí)為欠補(bǔ)償，v0時(shí)為過(guò)補(bǔ)償。（2）中性點(diǎn)位移電壓的規(guī)定值：長(zhǎng)時(shí)間允許值小于15%相電壓；1小時(shí)允許值小于30%相電壓;事故限時(shí)運(yùn)行允許值小于100%相電壓。以上規(guī)定

8、表明，系統(tǒng)在正常 運(yùn)行狀態(tài)，中性點(diǎn)位移電壓須小于15%相電壓；系統(tǒng)線路跳閘或停 運(yùn)時(shí)，位移電壓須小于30%相電壓；系統(tǒng)發(fā)生斷線故障時(shí)，位移電 壓須小于100%相電壓。（3）消弧線圈的整定原則：中性點(diǎn)加裝消弧線圈的主要作用是系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)， 單相接地故障電流因消弧線圈的補(bǔ)償作用而變小，從而使接地電弧 能瞬間自行熄滅，系統(tǒng)能快速恢復(fù)運(yùn)行。從減小接地故障電流的角 度考慮，脫諧度越小越好，但是消弧線圈的脫諧度越小，在電網(wǎng)正 常運(yùn)行和發(fā)生斷線故障情況下中性點(diǎn)的位移電壓就越高。鑒于以上原因，若能保證中性點(diǎn)位移電壓在規(guī)程規(guī)定的范圍， 脫諧度要盡可能選的最小，以使消弧線圈的消弧作用能達(dá)到最好效 果，這

9、是消弧線圈的整定原則。在整定消弧線圈的脫諧度時(shí)要盡量采用過(guò)補(bǔ)償方式。若采用欠 補(bǔ)償方式，當(dāng)系統(tǒng)某條線路跳閘或停運(yùn)后，電網(wǎng)電容電流將減小， 消弧線圈有可能在全補(bǔ)償狀態(tài)下運(yùn)行，不僅有可能引起諧振過(guò)電 壓，而且還會(huì)導(dǎo)致中性點(diǎn)位移電壓超過(guò)允許值。同時(shí)，若系統(tǒng)某條 線路發(fā)生斷線故障，消弧線圈欠補(bǔ)償狀態(tài)下的中性點(diǎn)位移過(guò)電壓要 比過(guò)補(bǔ)償狀態(tài)下的更加嚴(yán)重。（4）最小脫諧度計(jì)算：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱(chēng)故障時(shí)，若消弧線圈過(guò)補(bǔ)償運(yùn)行，中性點(diǎn)位 移電壓將減小，脫諧度將會(huì)增大，因此可以按照正常運(yùn)行情況計(jì)算 過(guò)補(bǔ)償時(shí)的脫諧度，即按照中性點(diǎn)位移電壓不超過(guò)15%相電壓來(lái)計(jì)算，計(jì)算公式為：(6)多次計(jì)算與實(shí)測(cè)結(jié)果表明，以架空線路為主

10、的電網(wǎng)不對(duì)稱(chēng)度一 般為0.5%1.5%。架空線路電網(wǎng)對(duì)應(yīng)較大的數(shù)值，電纜占主要比例 的混合電網(wǎng)對(duì)應(yīng)較小的數(shù)值，純電纜網(wǎng)絡(luò)的不對(duì)稱(chēng)度一般情況下數(shù) 值很小1。不同電壓等級(jí)、不同類(lèi)型電網(wǎng)，阻尼率的大小并不相等，電氣 設(shè)備的絕緣水平與其關(guān)系密切。工程實(shí)測(cè)表明，對(duì)于中性點(diǎn)不接地 電網(wǎng)，在絕緣正常的情況下，架空線路電網(wǎng)的阻尼率較大，一般為 1.5%2.0% ；電纜網(wǎng)絡(luò)的阻尼率較小，一般不超過(guò)1.5%。經(jīng)消弧線 圈接地的電網(wǎng)，消弧線圈的有功損耗會(huì)引起電網(wǎng)阻尼率增加，增加 的阻尼率約為1.5%2.0% 1。鑒于以上論述，110kv za變10kv諧振接地電網(wǎng)的不對(duì)稱(chēng)度可取 1%，而阻尼率d可取4%，則利用式6,計(jì)算得到過(guò)補(bǔ)償時(shí)的最小脫 諧度：v=0.053。4、結(jié)語(yǔ)經(jīng)過(guò)計(jì)算，110kv za變10kv配網(wǎng)電容電流理論計(jì)算值為29.10a。 依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合(dl/t 620-1997)的規(guī)定，10kv電網(wǎng)接地電容電流超過(guò)10a時(shí)，要采用中 性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈