王來(lái)春

（常州大學(xué)變電站，江蘇 常州213016）

在10kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，一般情況下，當(dāng)發(fā)生單相金屬性接地故障時(shí)，流過(guò)故障點(diǎn)的短路電流僅為全部線路接地電容電流之和其值并不大，發(fā)出接地信號(hào)，值班人員一般在2小時(shí)內(nèi)選擇和排除接地故障，保證連續(xù)不間斷供電。但隨著城鄉(xiāng)電網(wǎng)的擴(kuò)大及電纜出線的增多，系統(tǒng)對(duì)地電容電流急劇增加，而且10kV電網(wǎng)發(fā)生單相接地的頻率很高，單相接地后流經(jīng)故障點(diǎn)的電流較大，電弧不易熄滅，容易導(dǎo)致二相短路，這就使線路故障跳閘，造成停電事故。那么，有什么好辦法能減少不必要的停電呢？

首先，減少單相接地時(shí)的電容電流，是避免線路故障跳閘的必要條件。電網(wǎng)中普遍應(yīng)用了消弧線圈，它接在變壓器的中性點(diǎn)，目的是使經(jīng)消弧線圈流入接地弧道的電感電流抵消經(jīng)健全相流入該處的電容電流，從而使接地電流大大減小，達(dá)到自然熄弧，防止事故擴(kuò)大甚至消除事故的目的。

大家知道，10kV電網(wǎng)系統(tǒng)因變壓器繞組大多是三角形接線，沒(méi)有可供接消弧線圈的中性點(diǎn)，為了接入消弧線圈，需人為建立一個(gè)中性點(diǎn)。解決方法就是在10kV母線上接一個(gè)星形接線的變壓器，在它的中性點(diǎn)接消弧線圈。

1 使用Z型接線變壓器作為接地變壓器

消弧線圈接入系統(tǒng)必須要有電源中性點(diǎn)，在其中性點(diǎn)上接入消弧線圈，當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，流過(guò)變壓器的三相同方向的零序磁通，經(jīng)過(guò)油箱壁絕緣油及空氣等介質(zhì)形成閉合的回路，在油箱鐵芯等處產(chǎn)生附加的損耗，由于在單相接地時(shí)非故障相的繞組承受的電壓升高到相電壓的倍，因此這種損耗是不均勻的，必然要形成局部過(guò)熱，影響變壓器的正常運(yùn)行和使用壽命（圖1）。所以接入此類(lèi)接地變壓器的消弧線圈的容量不應(yīng)超過(guò)變壓器容量的20%；為滿足消弧線圈接地補(bǔ)償?shù)男枰?，同時(shí)也滿足動(dòng)力與照明混合負(fù)載的需要，可采用Z型接線的ZN，yn11連接的變壓器。由于變壓器高壓側(cè)采用Z型接線，每相繞組由2段組成，并分別位于不同相的鐵芯柱上，2段線圈反極性相連，零序阻抗非常小。它的空載損耗低，變壓器容量可以95%被利用；并能夠調(diào)節(jié)電網(wǎng)的不對(duì)稱(chēng)電壓。由此可見(jiàn)，Z型接線的變壓器作為接地變壓器是一種比較好的選擇。

圖1

2 消弧線圈的工作原理

消弧線圈的作用主要是補(bǔ)償系統(tǒng)電容電流，使接地點(diǎn)數(shù)值較小，防止弧光短路，保證安全供電；同時(shí)降低弧隙電壓恢復(fù)速度，提高弧隙絕緣強(qiáng)度，防止因電弧重燃造成間隙性接地過(guò)電壓（圖2）。

圖2

由電工知識(shí)知道，如當(dāng)C相接地時(shí)，Uc電壓降低為零值，接地點(diǎn)零序電壓Uo=-Uc,其它兩相升為線電壓，IC在相位上較零序電壓Uo超前90°，在Uo的作用下，消弧線圈中流過(guò)電感電流IL,它較Uo滯后90°，IL與IC相位差180°。如圖所示，流過(guò)接地弧道的電流由電容電流IC和電感電流IL組成，它們可相互抵消，即所謂的電流補(bǔ)償，這促使電弧自動(dòng)熄滅。降低了由單相故障發(fā)展為二相短路的概率。那么，怎樣才能得到合理補(bǔ)償？

消弧線圈的脫諧度ν是決定消弧線圈的調(diào)節(jié)依據(jù)，可以用來(lái)描述消弧線圈的補(bǔ)償程度。式中IC——對(duì)地電容電流，IL——消弧線圈電感電流。當(dāng) IL＜IC,為欠補(bǔ)償方式，IL＞IC為過(guò)補(bǔ)償方式，IL=IC，為全補(bǔ)償方式。在實(shí)際運(yùn)行中，應(yīng)采用過(guò)補(bǔ)償方式；當(dāng)消弧線圈容量不足時(shí)，可采用欠補(bǔ)償方式；應(yīng)避免出現(xiàn)全補(bǔ)償方式，以防止出現(xiàn)諧振現(xiàn)象。

脫諧度數(shù)值的選取應(yīng)適當(dāng)。一方面，脫諧度的減小不僅能減小單相接地弧道中的殘流，還可以降低恢復(fù)電壓的上升速度，從而可知，脫諧度越小越好；但另一方面，脫諧度的減小會(huì)使消弧線圈分接頭數(shù)量增多，增加設(shè)備的復(fù)雜程度，還會(huì)使有載調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)頻繁動(dòng)作，降低設(shè)備運(yùn)行的可靠性。目前在系統(tǒng)中投運(yùn)的消弧線圈多為調(diào)匝式，它是將繞組按不同的匝數(shù)，抽出若干個(gè)分接頭，將原來(lái)的無(wú)勵(lì)磁分接開(kāi)關(guān)改為有載分接開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換，改變接入的匝數(shù)，從而改變電感量。電感量與匝數(shù)N的平方成比例。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，脫諧度不大于5%就能很好地滅弧、維持較理想的殘余電流和恢復(fù)電壓的上升速度。

3 接入阻尼電阻

阻尼電阻是用來(lái)限制諧振過(guò)電壓，保護(hù)整套裝置安全有效地運(yùn)行的一個(gè)重要組成部分。

增加阻尼電阻的目的，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生諧振時(shí)（即XL＝XC），為保證中心點(diǎn)的位移電壓Un小于15%的相電壓，維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行，阻止諧振過(guò)電壓。

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，中性點(diǎn)流過(guò)很大的電流，這時(shí)必須將阻尼電阻短接。短接阻尼電阻，可采用可靠性極高的可控硅，使一次、二次回路完全隔離。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，中性點(diǎn)電壓升高，中性點(diǎn)電流增大。當(dāng)大于設(shè)定值時(shí)，可控硅觸發(fā)導(dǎo)通，迅速將阻尼電阻短接，當(dāng)單相接地消失后，可控硅在過(guò)零時(shí)自動(dòng)關(guān)斷，恢復(fù)正常運(yùn)行。

4 消弧線圈及接地變?nèi)萘康倪x擇

消弧線圈容量應(yīng)主要根據(jù)系統(tǒng)單相接地故障時(shí)電容電流的大小來(lái)確定，并應(yīng)留一定裕度，以適應(yīng)系統(tǒng)今后的發(fā)展和滿足設(shè)備裕度的要求等。消弧線圈的容量選擇：

式中Q——消弧線圈的容量；Un——系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)電壓；IC——對(duì)地電容電流。1.35——過(guò)補(bǔ)償系數(shù)

對(duì)于改造工程，IC應(yīng)以實(shí)測(cè)值為依據(jù)；對(duì)于新建工程，則應(yīng)根據(jù)配電網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)資料進(jìn)行計(jì)算。

接地變壓器容量選擇：接地變除可帶消弧圈外，兼作所用變。

式中：Q——消弧線圈容量，kVA S——所變?nèi)萘?，kVA

φ——功率因素角，SJ——接地變?nèi)萘?，kVA

接地變壓器的容量應(yīng)與消弧線圈的容量相配合。當(dāng)接地變壓器只帶消弧線圈，無(wú)二次負(fù)載時(shí)，接地變壓器的容量與消弧線圈的容量相等即可，當(dāng)接地變壓器除帶消弧線圈外，還兼作所用變壓器使用時(shí)，接地變壓器的容量應(yīng)大于消弧線圈的容量，具體應(yīng)根據(jù)接地變壓器二次側(cè)的容量來(lái)定。系統(tǒng)單相接地時(shí)，流過(guò)接地變壓器的電流是零序電流與二次負(fù)荷電流的矢量和。

5 運(yùn)行規(guī)定

（1）為避免線路跳閘后發(fā)生的串聯(lián)諧振，消弧線圈應(yīng)采用過(guò)補(bǔ)償，但補(bǔ)償容量不足時(shí)，可采用欠補(bǔ)償運(yùn)行。

（2）在正常情況下不對(duì)稱(chēng)度應(yīng)不大于1.5%，中性點(diǎn)位移電壓的極限值長(zhǎng)期不容許超過(guò)15%，操作過(guò)程中1小時(shí)內(nèi)允許值為30%。

（3）當(dāng)消弧線圈的端電壓超過(guò)相電壓的15%時(shí)，消弧線圈已經(jīng)動(dòng)作，應(yīng)按接地事故處理，并尋找接地點(diǎn)。

（4）在系統(tǒng)發(fā)生接地故障的情況下，不得停用消弧線圈。

（5）消弧線圈出現(xiàn)內(nèi)部有異響及放電聲、套管?chē)?yán)重破損或閃絡(luò)、瓦斯保護(hù)動(dòng)作等異?，F(xiàn)象時(shí)，先將接地的線路停電，然后將消弧線圈停用，進(jìn)行檢查試驗(yàn)。

（6）消弧線圈動(dòng)作或發(fā)生異常現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)該記錄動(dòng)作時(shí)間，中性點(diǎn)電壓、電流，三相對(duì)地電壓等，并及時(shí)報(bào)告調(diào)度。

6 結(jié)論

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)用電的可靠性和用電質(zhì)量都提出了更高的要求。目前，具有自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償功能的消弧線圈接地的接地方式在城市供電網(wǎng)中使用得比較多。采用自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償?shù)南【€圈，可以將電容電流補(bǔ)償?shù)綒埩骱苄?，使瞬時(shí)性接地故障自動(dòng)消除而不影響供電。如果配有自動(dòng)選線裝置，對(duì)于永久性故障，能正確選出故障線路并跳閘，則可做到不影響其它非故障線路的正常運(yùn)行，則是比較合理并很有發(fā)展前景的中性點(diǎn)接地方式。

［1］李福壽.消弧線圈自動(dòng)調(diào)諧技術(shù)講義[Z].1995.

［2］消弧線圈自動(dòng)調(diào)諧成套裝置使用說(shuō)明書(shū)[S].上海思源電氣有限公司.

［3］變電運(yùn)行技術(shù)問(wèn)答[M].第二版.中國(guó)電力出版社.