接地變、消弧線圈及自動補償裝置的原理和選擇

變電所設(shè)計中接地地變、消弧線線圈及自動補補償裝置的原原理和選擇摘要：本文分析了了10kV中性點不接接地系統(tǒng)的特特點，以及系系統(tǒng)對地電容容電流超標(biāo)的的危害，給出出了電容電流流的計算方法法，對傳統(tǒng)消消弧線圈接地地系統(tǒng)在運行行中存在的問問題進行了簡簡要分析，重重點闡述了自自動跟蹤消弧弧線圈成套裝裝置的工作原原理和性能特特點，以及有有關(guān)技術(shù)參數(shù)數(shù)的選擇和配配置。

關(guān)鍵詞：接地地變消弧線線圈中性點點不接地系統(tǒng)統(tǒng)

自動跟蹤消消弧線圈

１問題題提出隨著城市建設(shè)設(shè)發(fā)展的需要要和供電負荷荷的增加，許許多地方正在在城區(qū)建設(shè)110/110kV終端變電所所，一次側(cè)采采用電壓110kV進線，隨著著城網(wǎng)改造中中桿線下地，城城區(qū)10kV出線絕大多多數(shù)為架空電電纜出線，10kV配電網(wǎng)絡(luò)中中單相接地電電容電流將急急劇增加，根根據(jù)國家原電電力工業(yè)部《交交流電氣裝置置的過電壓保保護和絕緣配配合》規(guī)定，3—66KV系統(tǒng)的單相相接地故障電電容電流超過過10A時，應(yīng)應(yīng)采用消弧線線圈接地方式式。一般的110/110kV變電所，其其變壓器低壓壓側(cè)為△接線，系統(tǒng)統(tǒng)低壓側(cè)無中中性點引出，因因此，在變電電所設(shè)計中要要考慮10kV接地變、消消弧線圈和自自動補償裝置置的設(shè)置。

２100kV中性點不接接地系統(tǒng)的特特點

選擇電網(wǎng)網(wǎng)中性點接地地方式是一個個要考慮許多多因素的問題題，它與電壓壓等級、單相相接地短路電電流數(shù)值、過過電壓水平、保保護配置等有有關(guān)。并直接接影響電網(wǎng)的的絕緣水平、系系統(tǒng)供電的可可靠性和連續(xù)續(xù)性、主變壓壓器和發(fā)電機機的安全運行行以及對通信信線路的干擾擾。10kV中性點不接接地系統(tǒng)(小電流接地地系統(tǒng))具有如下特特點：當(dāng)一相相發(fā)生金屬性性接地故障時時，接地相對對地電位為零零，其它兩相相對地電位比比接地前升高高√3倍，一般情情況下，當(dāng)發(fā)發(fā)生單相金屬屬性接地故障障時，流過故故障點的短路路電流僅為全全部線路接地地電容電流之之和其值并不不大，發(fā)出接接地信號，值值班人員一般般在2小時內(nèi)選擇擇和排除接地地故障，保證證連續(xù)不間斷斷供電。

3系統(tǒng)統(tǒng)對地電容電電流超標(biāo)的危危害

實踐表明明中性點不接接地系統(tǒng)(小電流接地地系統(tǒng))也存在許多多問題，隨著著電纜出線增增多，10kV配電網(wǎng)絡(luò)中中單相接地電電容電流將急急劇增加，當(dāng)當(dāng)系統(tǒng)電容電電流大于100A后，將帶帶來一系列危危害，具體表表現(xiàn)如下：

3.1當(dāng)當(dāng)發(fā)生間歇弧弧光接地時，可可能引起高達達3.5倍相電壓(見參考文獻1)的弧光過電電壓，引起多多處絕緣薄弱弱的地方放電電擊穿和設(shè)備備瞬間損壞，使使小電流供電電系統(tǒng)的可靠靠性這一優(yōu)點點大受影響。

3.2配電電網(wǎng)的鐵磁諧諧振過電壓現(xiàn)現(xiàn)象比較普遍遍，時常發(fā)生生電壓互感器器燒毀事故和和熔斷器的頻頻繁熔斷，嚴(yán)嚴(yán)重威脅著配配電網(wǎng)的安全全可靠性。

3.3當(dāng)有人誤觸觸帶電部位時時，由于受到到大電流的燒燒灼，加重了了對觸電人員員的傷害，甚甚至傷亡。

3.4當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)發(fā)生單相接地地時，電弧不不能自滅，很很可能破壞周周圍的絕緣，發(fā)發(fā)展成相間短短路，造成停停電或損壞設(shè)設(shè)備的事故；；因小動物造造成單相接地地而引起相間間故障致使停停電的事故也也時有發(fā)生。

3.5配電網(wǎng)對地地電容電流增增大后，對架架空線路來說說，樹線矛盾盾比較突出，尤尤其是雷雨季季節(jié)，因單相相接地引起的的短路跳閘事事故占很大比比例。

4單相相接地電容電電流的計算

4.11空載電纜電電容電流的計計算方法有以以下兩種：（1）根據(jù)單相對地電電容，計算電電容電流(見參考文獻2)。

Ic=√3×UP×ω×C×1003

(4--1)式中:UP━電網(wǎng)線線電壓(kV)

CC━單相對地電電容(F)一般電纜單位電容容為200-4400pFF/m左右（可查查電纜廠家樣樣本）。

（2）根據(jù)經(jīng)驗公式，計計算電容電流流(見參考文獻3)。

Ic=0..1×UP×L

(4-2))式中:UP━電網(wǎng)線線電壓(kV)

L━電纜長度(km)

4.2架空線電容容電流的計算算有以下兩種種：

（1）根據(jù)單相對對地電容,計算電容電電流(見參考文獻2)。

Ic=√3×UP×ω×C×1003

(4-33)式中:UP━電網(wǎng)線線電壓(kV)

CC━單相對地電電容(F)一般架空線單位電電容為5-6ppF/m。

（2）根據(jù)經(jīng)驗公式,計計算電容電流流(見參考文獻3)。

Ic=((2.7~33.3)×UUP×L×100-3

(4-44)式中:UP━電網(wǎng)線線電壓(kV)

LL━架空線長度(km)

2.7━━系數(shù)，適用用于無架空地地線的線路

3.3━━系數(shù)，適用用于有架空地地線的線路

同桿雙回回架空線電容容電流(見參考文獻3)：Ic2=（1.3~11.6）Ic（1.3-對應(yīng)10KV線路,1.6-對應(yīng)35KV線路,

Icc-單回線路電電容電流）

4.3變電所增加加電容電流的的計算(見參考文獻3)額定電壓（KV）增大率率（%）611810163513

通過4--2和4-4比較得出電電纜線路的接接地電容電流流是同等長度度架空線路的的37倍左右，所所以在城區(qū)變變電站中，由由于電纜線路路的日益增多多，配電系統(tǒng)統(tǒng)的單相接地地電容電流值值是相當(dāng)可觀觀的，又由于于接地電流和和正常時的相相電壓相差90°，在接地電電流過零時加加在弧隙兩端端的電壓為最最大值，造成成故障點的電電弧不易熄滅滅，常常形成成熄滅和重燃燃交替的間隙隙性和穩(wěn)定性性電弧，間隙隙性弧光接地地能導(dǎo)致危險險的過電壓，而而穩(wěn)定性弧光光接地會發(fā)展展成相間短路路，危及電網(wǎng)網(wǎng)的安全運行行。

5傳統(tǒng)統(tǒng)消弧線圈存存在的問題

當(dāng)3—666KV系統(tǒng)的單相相接地故障電電容電流超過過10A時，應(yīng)應(yīng)采用消弧線線圈接地方式式，通過計算算電網(wǎng)當(dāng)前脫脫諧度（ε=(IIL-IC)/IC·1000%）與設(shè)定值值的比較，決決定是否調(diào)節(jié)節(jié)消弧圈的分分接頭，過去去選用的傳統(tǒng)統(tǒng)消弧線圈必必須停電調(diào)節(jié)節(jié)檔位，在運運行中暴露出出許多問題和和隱患，具體體表現(xiàn)如下：：

5.1由于于傳統(tǒng)消弧線線圈沒有自動動測量系統(tǒng)，不不能實時測量量電網(wǎng)對地電電容電流和位位移電壓，當(dāng)當(dāng)電網(wǎng)運行方方式或電網(wǎng)參參數(shù)變化后靠靠人工估算電電容電流，誤誤差很大，不不能及時有效效地控制殘流流和抑制弧光光過電壓，不不易達到最佳佳補償。

5.2傳統(tǒng)消弧線線圈按電壓等等級的不同、電電網(wǎng)對地電容容電流大小的的不同，采用用的調(diào)節(jié)級數(shù)數(shù)也不同，一一般分五級或或九級，級數(shù)數(shù)少、級差電電流大，補償償精度很低。

5.3調(diào)諧諧需要停電、退退出消弧線圈圈，失去了消消弧補償?shù)倪B連續(xù)性，響應(yīng)應(yīng)速度太慢，隱隱患較大，只只能適應(yīng)正常常線路的投切切。如果遇到到系統(tǒng)異?；蚧蚴鹿是闆r下下，如系統(tǒng)故故障低周低壓壓減載切除線線路等，來不不及進行調(diào)整整，易造成失失控。若此時時正碰上電網(wǎng)網(wǎng)單相接地，殘殘流大，正需需要補償而跟跟不上，容易易產(chǎn)生過電壓壓而損壞電力力系統(tǒng)絕緣薄薄弱的電器設(shè)設(shè)備，引起事事故擴大、雪雪上加霜。

5.4由于消消弧線圈抑制制過電壓的效效果與脫諧度度大小相關(guān)，實實踐表明：只只有脫諧度不不超過±5%時，才能把把過電壓的水水平限制在2.6倍的相電壓壓以下(見參考文獻1)，傳統(tǒng)消弧弧線圈則很難難做到這一點點。

5.5運運行中的消弧弧線圈不少容容量不足，只只能長期在欠欠補償下運行行。傳統(tǒng)消弧弧線圈大多數(shù)數(shù)沒有阻尼電電阻，其與電電網(wǎng)對地電容容構(gòu)成串聯(lián)諧諧振回路，欠欠補償時遇電電網(wǎng)斷線故障障易進入全補補償狀態(tài)（即即電壓諧振狀狀態(tài)），這種種過電壓對電電力系統(tǒng)絕緣緣所表現(xiàn)的危危害性比由電電弧接地過電電壓所產(chǎn)生的的危害更大。既既要控制殘流流量小，易于于熄??；又要要控制脫諧度度保證位移電電壓（U0=0..8U/√d2+ε2(見參考文獻3）不超標(biāo)，這這對矛盾很難難解決。鑒于于上述因素，只只好采用過補補償方式運行行，補償方式式不靈活，脫脫諧度一般達達到15%—25%，甚至更大大，這樣消弧弧線圈抑制弧弧光過電壓效效果很差，幾幾乎與不裝消消弧線圈一樣樣。

5.6單單相接地時，由由于補償方式式、殘流大小小不明確，用用于選擇接地地回路的微機機選線裝置更更加難以工作作。此時不能能根據(jù)殘流大大小和方向或或采用及時改改變補償方式式或調(diào)檔變更更殘流的方法法來準(zhǔn)確選線線。該裝置只只能依靠含量量極低的高次次諧波（小于于5%）的大小和和方向來判別別，準(zhǔn)確率很很低，這也是是過去小電流流選線裝置存存在的問題之之一。

5.7為了提高我我國電網(wǎng)技術(shù)術(shù)和裝備水平平，國家正在在大力推行電電網(wǎng)通訊自動動化和變電站站綜合自動化化的科技方針針，實現(xiàn)四遙遙（遙信、遙遙測、遙調(diào)、遙遙控），進而而實現(xiàn)無人值值班，傳統(tǒng)消消弧線圈根本本不具備這個個條件。

6自動動跟蹤消弧線線圈補償技術(shù)術(shù)

根據(jù)供配配電網(wǎng)小電流流接地系統(tǒng)對對地電容電流流超標(biāo)所產(chǎn)生生的影響和投投運傳統(tǒng)消弧弧線圈存在問問題的分析，應(yīng)應(yīng)采用自動跟跟蹤消弧線圈圈補償技術(shù)和和配套的單相相接地微機選選線技術(shù)。

泰興供電局局采用的接地地變?yōu)樯虾Ｋ妓荚措姎庥邢尴薰旧a(chǎn)的的DKSC系列的，消消弧線圈為該該廠生產(chǎn)的XHDC系列的，自自動調(diào)諧和選選線裝置為該該廠生產(chǎn)的XHK系列，全套套裝置包括：：中性點隔離離開關(guān)G、Z型接地變壓壓器B（系統(tǒng)有中中性點可不用用）、有載調(diào)調(diào)節(jié)消弧線圈圈L、中性點氧氧化鋅避雷器器MOA、中性點電電壓互感器PT、中性點電電流互感器CT、阻尼限壓壓電阻箱R和自動調(diào)諧諧和選線裝置置XHK-III。該項技術(shù)術(shù)的設(shè)備組成成示意圖見附附圖。

6.1接地變壓器器

接地變壓壓器的作用是是在系統(tǒng)為△△型接線或Y型接線中性性點無法引出出時，引出中中性點用于加加接消弧線圈圈，該變壓器器采用Z型接線（或或稱曲折型接接線），與普普通變壓器的的區(qū)別是每相相線圈分別繞繞在兩個磁柱柱上，這樣連連接的好處是是零序磁通可可沿磁柱流通通，而普通變變壓器的零序序磁通是沿著著漏磁磁路流流通，所以Z型接地變壓壓器的零序阻阻抗很?。?0Ω左右），而而普通變壓器器要大得多。因因此規(guī)程規(guī)定定，用普通變變壓器帶消弧弧線圈時，其其容量不得超超過變壓器容容量的20%，而Z型變壓器則則可帶90%～100%容量的消弧弧線圈，接地地變除可帶消消弧圈外，也也可帶二次負負載，可代替替所用變，從從而節(jié)省投資資費用。

6.2有載調(diào)節(jié)消消弧線圈（1）消弧線圈的調(diào)流方方式：一般分分為3種，即：調(diào)調(diào)鐵芯氣隙方方式、調(diào)鐵芯芯勵磁方式和和調(diào)匝式消弧弧線圈。目前前在系統(tǒng)中投投運的消弧線線圈多為調(diào)匝匝式，它是將將繞組按不同同的匝數(shù)，抽抽出若干個分分接頭，將原原來的無勵磁磁分接開關(guān)改改為有載分接接開關(guān)進行切切換，改變接接入的匝數(shù)，從從而改變電感感量，消弧線線圈的調(diào)流范范圍為額定電電流的30～100%，相鄰分頭頭間的電流數(shù)數(shù)按等差級數(shù)數(shù)排列，分頭頭數(shù)按相鄰分分頭間電流差差小于5A來確定。為為了減少殘流流，增加了分分頭數(shù)，根據(jù)據(jù)容量不同，目目前有9檔—14檔，因而工工作可靠，可可保證安全運運行。消弧線線圈還外附一一個電壓互感感器和一個電電流互感器。

（2）消弧線圈的的補償方式：：一般分為過過補、欠補、最最小殘流3種方式可供供選擇。

a.欠欠補：指運行行中線圈電感感電流IL小于系統(tǒng)電電容電流IC的運行方式式。當(dāng)0＜IC-IL≤Id，（Id為消弧線圈圈相鄰檔位間間的級差電流流），即當(dāng)殘殘流為容性且且殘流值≤級差電流時時，消弧線圈圈不進行調(diào)檔檔。若對地電電容發(fā)生變化化不滿足上述述條件時，則則消弧線圈將將向上或向下下調(diào)節(jié)分頭，直直至重新滿足足上述條件為為止。

b.過過補：指運行行中電容電流流IC小于電感電電流IL的運行方式式。當(dāng)IC-IL＜0，且│IC-IL│≤Id，即在殘流流為感性且殘殘流值≤級差電流時時，消弧線圈圈不進行調(diào)檔檔。若對地電電容發(fā)生變化化不滿足上述述條件時，則則消弧線圈的的分接頭將進進行調(diào)節(jié)，直直至重新滿足足上述條件為為止。

c.最最小殘流：在在│IC-IL│≤1/2IId時，消弧線線圈不進行調(diào)調(diào)節(jié)；當(dāng)對地地電容變化，上上述條件不滿滿足時進行調(diào)調(diào)節(jié)，直至滿滿足上述條件件。在這種運運行方式下，接接地殘流可能能為容性，也也可能為感性性，有時甚至至為零（即全全補），但由由于加裝了阻阻尼電阻，中中性點電壓不不會超過15%相電壓。

6.3限壓阻尼電電阻箱在自動跟蹤消消弧線圈中，因因調(diào)節(jié)精度高高，殘流較小小，接近諧振振（全補）點點運行。為防防止產(chǎn)生諧振振過電壓及適適應(yīng)各種運行行方式，在消消弧線圈接地地回路應(yīng)串接接阻尼電阻箱箱。這樣在運運行中，即使使處于全補狀狀態(tài)，因電阻阻的阻尼作用用，避免產(chǎn)生生諧振，而且且中性點電壓壓不會超過15%相電壓，滿滿足規(guī)程要求求，使消弧線線圈可以運行行于過補、全全補或欠補任任一種方式。阻阻尼電阻可選選用片狀電阻阻，根據(jù)容量量選用不同的的阻值。當(dāng)系系統(tǒng)發(fā)生單相相接地時，中中性點流過很很大的電流，這這時必須將阻阻尼電阻采用用電壓、電流流雙重保護短短接。

6.4調(diào)諧和選線線裝置

自動調(diào)諧諧和選線裝置置是整套技術(shù)術(shù)的關(guān)鍵部分分，所有的計計算和控制由由它來實現(xiàn)，控控制器實時測測量出系統(tǒng)對對地的電容電電流，由此計計算出電網(wǎng)當(dāng)當(dāng)前的脫諧度度ε，當(dāng)脫諧度度偏差超出預(yù)預(yù)定范圍時，通通過控制電路路接口驅(qū)動有有載開關(guān)調(diào)整整消弧線圈分分接頭，直至至脫諧度和殘殘流在預(yù)定范范圍內(nèi)為止。系系統(tǒng)發(fā)生單相相接地時，將將系統(tǒng)PT二次開口三三角處的零序序電壓及各回回路零序電流流采集下來進進行分析處理理，通過視在在功率、零序序阻抗變化、諧諧波變化、五五次諧波等選選線算法來進進行選線。

6.5隔離開關(guān)、電電壓互感器

隔離開關(guān)關(guān)安裝消弧線線圈前，用于于投切消弧線線圈，由于消消弧線圈內(nèi)的的電壓互感器器不滿足測量量精度，需另另設(shè)中性點電電壓互感器測測量中性點電電壓。

7自動動跟蹤消弧線線圈補償技術(shù)術(shù)的性能和特特點

7.1該裝裝置在正常運運行中每隔3S（秒）對系系統(tǒng)電容電流流、殘流進行行測量計算，根根據(jù)測量結(jié)果果控制消弧線線圈升降檔，使使殘流（脫諧諧度）保持在在最小，測量量時不需進行行調(diào)檔試探，具具有響應(yīng)速度度快、有載開開關(guān)壽命長、跟跟蹤準(zhǔn)確的優(yōu)優(yōu)點。

7.2過補、欠補補、最小殘流流3種運行方式式任選，可在在現(xiàn)場根據(jù)需需要隨時設(shè)定定變更。

7.3在最小殘流流方式下運行行，可使補償償后的接地殘殘流≤3%額定電流（即即消弧線圈最最大電流）。7.4消弧線圈圈串聯(lián)電阻方方式，可限制制全補時中性性點位移電壓壓＜15%相電壓，避避免諧振，滿滿足了運行規(guī)規(guī)程要求。

7.5根據(jù)據(jù)企業(yè)電網(wǎng)的的電壓和容量量等級，依照照測出的系統(tǒng)統(tǒng)電容電流等等具體參數(shù)，可可選用合適型型號規(guī)格的成成套裝置，該該技術(shù)適應(yīng)面面大。

7.6該技術(shù)包括括的微機選線線保護裝置采采用特殊的多多種算法，可可快速準(zhǔn)確顯顯示單相接地地線路。

8.接接地變壓器、消消弧線圈容量量和額定電流流的確定

8.1根據(jù)架空線線或電纜參數(shù)數(shù)計算公式計計算電容電流流Ic

8.2消弧線圈容容量的確定(見參考文獻3)

Q=KK×Ic×UUP/√3

(8-11)式中:K—系數(shù)數(shù)，過補償取取1.35

QQ—消弧線圈容容量，kVA

8.33消弧線圈容容量及額定電電流的選擇

根據(jù)最大大電容電流Ic，確定相應(yīng)應(yīng)的消弧線圈圈容量及額定定電流，使最最大補償電感感電流滿足要要求。