孫廣友

山東單縣供電公司綜合部，山東菏澤 274300

煤礦供配電網(wǎng)自動(dòng)補(bǔ)償消弧線圈的應(yīng)用

孫廣友

山東單縣供電公司綜合部，山東菏澤 274300

本文蛀牙對配電網(wǎng)中消弧線圈的工作原理，選擇消弧線圈的方法、自動(dòng)調(diào)諧方式的實(shí)現(xiàn)等方面進(jìn)行了探討。

配電系統(tǒng)；消弧線圈；接地變壓器；運(yùn)行方式

《煤礦安全規(guī)程》第457條規(guī)定“礦井高壓電網(wǎng)必須采取措施限制單相接地電容電流不得超過20A?！蹦壳?，煤礦生產(chǎn)過程中大多采用10kV中性點(diǎn)不接地供配電系統(tǒng)，而且供配電系統(tǒng)中多采用電纜饋出線路，隨著礦井的延深和開采，電纜饋出線路不斷增加延長，導(dǎo)致了對地電容電流的不斷增大，主要有以下3方面的危害：

1）當(dāng)供配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地電流較大產(chǎn)生弧光過電壓，一般為相電壓的5倍以上。給整個(gè)供電系統(tǒng)絕緣造成的很大的危害甚至使絕緣薄弱地點(diǎn)放電擊穿，引起設(shè)備損壞和停電事故；

2）接地電流的增大有可能造成相間短路，損壞設(shè)備、造成用戶停電；

3）電容電流流入大地后形成較強(qiáng)的雜散電流該電流有可能引起火花放電，引燃瓦斯、煤塵爆炸，也可能引起井下雷管的先期引爆等事故。

如何解決上述供配電系統(tǒng)中存在的電容電流，最有效的方法是在中性點(diǎn)與地之間串接一個(gè)電抗器，通常我們稱之為消弧線圈裝置。

1 消弧線圈的分類

目前我們國家主要有3種調(diào)節(jié)電容電流的補(bǔ)償消弧線圈：

1）調(diào)間隙式消弧線圈；

2）調(diào)匝式消弧線圈；

3）偏磁式自動(dòng)補(bǔ)償消弧線圈。

3種調(diào)節(jié)方式的消弧線圈相比較，偏磁式消弧線圈的調(diào)節(jié)范圍大、調(diào)節(jié)速度快。煤礦是特殊的作業(yè)環(huán)境而且供配電系統(tǒng)復(fù)雜，確保礦井供電安全可靠非常重要，因而常采用偏磁式消弧線圈補(bǔ)償調(diào)節(jié)方式。

2 消弧線圈的工作原理

消弧線圈的作用就是在電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后提供一電感電流來補(bǔ)償接地電容電流，使接地電流減小，并且使故障相接地電弧兩端的恢復(fù)電壓速度降低、達(dá)到熄滅電弧、減小對設(shè)備的損壞和短路事故的發(fā)生的目的。

動(dòng)態(tài)自動(dòng)補(bǔ)償消弧線圈系統(tǒng)的構(gòu)成：主要有接地變壓器、偏磁式消弧線圈、勵(lì)磁電源及帶小電流接線選線功能的自動(dòng)控制裝置組成。

工作原理：消弧線圈是一個(gè)帶有分段鐵芯可調(diào)電感線圈附加直流勵(lì)磁磁化鐵芯。運(yùn)用伏安特性不飽和性，改變鐵芯的磁導(dǎo)率實(shí)現(xiàn)電感量的連續(xù)變化。附圖1三相平衡系統(tǒng)中C相接地故障進(jìn)行分析，設(shè)GX、LX分別表示為消弧線圈的電導(dǎo)和電感；ga、gb、gc分別表示為三相對地電導(dǎo)；ca、cb、cF分別為三相對地電容。圖2為發(fā)生單相接地故障電流等效電路圖Id表示接地點(diǎn)d的接地電流、Ic表示電網(wǎng)的電容電流、IL表示消弧線圈的補(bǔ)償電流，因?yàn)橄【€圈是一個(gè)感性元件，所以相量圖中Ic和IL為方向相反的電流,根據(jù)以上分析可得出Id的數(shù)值

圖1 單相接地故障示意圖

圖2 單相接地系統(tǒng)等效電路圖

當(dāng)Id＝0時(shí)，電網(wǎng)電容電流全部被消弧線圈補(bǔ)償。

工程上常用脫諧度v描述調(diào)諧程度

當(dāng)v=0時(shí)為全補(bǔ)償，當(dāng)v＞0時(shí)為欠補(bǔ)償、當(dāng)v＜0時(shí)為過補(bǔ)償。從發(fā)揮消弧線圈的作用上來說，脫諧度越小越好，最佳是處于全補(bǔ)償狀態(tài)即調(diào)至原點(diǎn)上。但在供電系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，小脫諧度的消弧線圈會產(chǎn)生諧振過電壓，過電壓會給整個(gè)供電系統(tǒng)帶來危害。因而要求當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，希望消弧線圈的脫諧度越小越好，當(dāng)供電系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)脫諧度越大越好。

式中UO為中性點(diǎn)不對稱電壓，V為電網(wǎng)脫諧度，D為阻尼。

由公式可以得出：電壓的大小取決于電網(wǎng)消弧線圈的脫諧度和阻尼電阻，《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》中規(guī)定“消弧線圈接地系統(tǒng)在正常運(yùn)行情況下中性點(diǎn)電壓不應(yīng)超過系統(tǒng)相電壓的15%”如何實(shí)現(xiàn)上述指標(biāo)采用增加電網(wǎng)阻尼率的方法有一定的局限性。

煤礦廣泛應(yīng)用偏磁式自動(dòng)補(bǔ)償消弧線圈，通過改變鐵芯磁化段磁通的大小來調(diào)節(jié)交流磁導(dǎo)實(shí)現(xiàn)電感量的連續(xù)調(diào)整。公式（3）IL的變化情況實(shí)現(xiàn)調(diào)諧度的調(diào)整。

3 消弧線圈容量的選擇

一般情況下消弧線圈的容量根據(jù)系統(tǒng)單相接地電容電流的大小確定并允許有一定的富裕系數(shù)。消弧線圈的容量A＝1.35IcUn（5）

式中A為消弧線圈的容量，Un為電網(wǎng)系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，Ic對地電容電流

4 接地變壓器的選擇

在煤礦10kV供電系統(tǒng)中電源變壓器都是三角形接線無中性接點(diǎn)引出，因三相式配電變壓器將中性點(diǎn)引出，在中性點(diǎn)接消弧線圈達(dá)到安全和可靠，接地變壓器只做為消弧線圈補(bǔ)償，在特殊情況下也可要以滿足部分動(dòng)力和照明之需，煤礦企業(yè)一般不采用混合供電方式。

接地變壓器容量選擇應(yīng)和消弧線圈的容量相匹配，當(dāng)只作為消弧線圈的補(bǔ)償時(shí)接地變壓器和消弧線圈容量相等，當(dāng)接入部分負(fù)荷時(shí)，接地變壓器的容量應(yīng)大于消弧線圈的容量，應(yīng)包含所帶的負(fù)荷的大小。

5 消弧線圈的自動(dòng)調(diào)諧

煤礦企業(yè)供配電網(wǎng)復(fù)雜而且負(fù)荷的變化比較頻繁，需要消弧線圈的補(bǔ)償電流隨著電網(wǎng)的變化而變化，并且實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整。那么實(shí)現(xiàn)消弧線圈的自動(dòng)跟蹤調(diào)諧補(bǔ)償非常必要。

最理想的消弧線圈是能實(shí)現(xiàn)監(jiān)測電網(wǎng)電流大小，在發(fā)生單相接地能瞬時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)電感電流，達(dá)到完全補(bǔ)償電容電流，使接地殘流的基波的無功分量為零。自動(dòng)補(bǔ)償消弧線圈在電網(wǎng)系統(tǒng)正常時(shí)應(yīng)處于最佳補(bǔ)償狀態(tài)，即在諧振點(diǎn)調(diào)諧度控制允許的范圍之內(nèi)。

目前，煤礦常用的小電流選線裝置和零序電感器相配合方式達(dá)到自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償功能，同時(shí)選線裝置及時(shí)發(fā)現(xiàn)是哪條饋出線路發(fā)生故障，為準(zhǔn)確的消除故障提供了依據(jù)，減少故障時(shí)間和故障影響范圍。此技術(shù)非常成熟很有發(fā)展前景。

TU7

A

1674-6708（2010）22-0156-02

孫廣友，工程師，現(xiàn)任單縣供電公司工程技術(shù)部主任，負(fù)責(zé)公司安全生產(chǎn)技術(shù)管理工作