邵昱 拜姝羽 李陸軍 李豐克

摘 要：隨著城鄉(xiāng)建設(shè)的不斷發(fā)展，用戶負(fù)荷增長(zhǎng)，變電站饋線回路增多，線路增長(zhǎng)，再加上近年來城市架空入地工程的大量實(shí)施，導(dǎo)致系統(tǒng)電容電流值不斷增大，在10kV中性點(diǎn)采用經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，經(jīng)常出現(xiàn)消弧線圈容量不足的問題。發(fā)生單相接地時(shí)，由于電容電流較大，弧光不能自熄，將造成絕緣損傷。本文結(jié)合××市多個(gè)變電站的電容電流實(shí)測(cè)情況，綜合分析了目前常見的消弧線圈容量不足的原因，根據(jù)實(shí)際情況提出了合理的消弧線圈容量選擇，并提出了電容電流值過大時(shí)的解決辦法。

關(guān)鍵詞：消弧線圈;電容電流;容量選擇

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）14-0134-03

Capacity Selection of Arc Auppression Coil in Urban Substation

SHAO Yu BAI Shuyu LI Lujun LI Fengke

（State Network Henan Electric Power Company Zhengzhou Power Supply Company，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： With the continuous development of urban and rural construction， the increase of user load， the increase of substation feeder loops， the increase of lines， and the implementation of urban aerial access engineering in recent years， the system capacitance current value is increasing continuously， at 10kV. The neutral point adopts the arc-suppression coil grounding system， and the capacity of the arc-suppressing coil is often insufficient. If single-phase grounding occurs， the arc current cannot be self-extinguishing due to the large capacitance current， which will cause insulation damage. Based on the measured capacitance current of several substations in XX city， this paper comprehensively analyzed the reasons for the shortage of the current capacity of the arc suppression coil， and put forward a reasonable choice of the capacity of Arc cancellation coil according to the actual situation. The solution was proposed when the capacitance current value was too large.

Keywords： arc suppression coil;capacitor current;capacity selection

隨著城市電網(wǎng)的不斷發(fā)展，市區(qū)架空線路入地改造大量實(shí)施。城市建設(shè)的不斷擴(kuò)展，城市中電纜線路的長(zhǎng)度快速增加，導(dǎo)致系統(tǒng)單相接地電容電流越來越大。當(dāng)系統(tǒng)單相接地電容電流超過一定的范圍而不對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償，或補(bǔ)償容量長(zhǎng)期不足，不僅會(huì)影響消弧線圈的滅弧功能，而且會(huì)對(duì)電網(wǎng)和其他設(shè)備帶來危害[1]。

國(guó)家相關(guān)電力工程設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)定，當(dāng)6～10kV電網(wǎng)的單相接地電容電流大于30A，中性點(diǎn)應(yīng)設(shè)置消弧線圈，可以在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)產(chǎn)生感性電流，補(bǔ)償接地電容電流，使通過接地點(diǎn)的電流低于產(chǎn)生間歇電弧或維持穩(wěn)定的電弧所需要的電流，起到消除接地點(diǎn)電弧的作用，有效減少產(chǎn)生弧光接地過電壓的機(jī)率。本文結(jié)合××市多個(gè)變電站的電容電流實(shí)測(cè)值，選取其中有代表性的變電站，根據(jù)相關(guān)規(guī)程的規(guī)定進(jìn)行電容電流計(jì)算，并與投運(yùn)后的實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，找出存在差距的原因，提出解決建議[2]。

1 ××市電網(wǎng)系統(tǒng)電容電流測(cè)量結(jié)果

表1為變電站消弧線圈及實(shí)測(cè)值一覽表。

由表1可知，有相當(dāng)一部分變電站目前未配置消弧線圈，其余的變電站則補(bǔ)償容量不足，或?qū)崪y(cè)值已達(dá)到補(bǔ)償容量的最大值。根據(jù)規(guī)程規(guī)定，裝在電網(wǎng)變壓器中性點(diǎn)的消弧線圈應(yīng)采用過補(bǔ)償式，以防止運(yùn)行方式改變時(shí)，電容電流減少，使消弧線圈處于諧振點(diǎn)運(yùn)行，過補(bǔ)償系統(tǒng)取1.35。因此，表1所列變電站的消弧線圈均需要進(jìn)行增容改造[3]。

2 電容電流計(jì)算及消弧線圈容量選擇

變電站的建設(shè)根據(jù)電網(wǎng)規(guī)劃進(jìn)行，其供電半徑也根據(jù)規(guī)劃決定[4]。以表1所列變電站10為例，對(duì)變電站設(shè)計(jì)時(shí)的電容電流進(jìn)行計(jì)算，涉及的公式出自《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)電氣一次部分》，即[W=KIcUe3]，式中所涉及的參數(shù)具體如下。

2.1 Ic為電纜的電容電流

對(duì)于10kV電纜線路，電纜的電容電流，根據(jù)手冊(cè)P81相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算：

[Ic=95+1.44S2 200+0.23SUe] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中，S為電纜截面;Ue為系統(tǒng)額定電壓。

2.2 S為電纜截面的選擇

本站主變?nèi)萘?×63MVA，根據(jù)本省電力公司《電網(wǎng)發(fā)展技術(shù)及裝備原則》“城市中低壓配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)原則”4.2條規(guī)定：63MVA的110kV主變10kV出線，主變線電纜截面選擇銅芯400mm2。因此，S值確定為400。

Ue為系統(tǒng)額定電壓，取10.5kV。

則400mm2電纜每公里的電容電流：

[Ic=95+1.44S2 200+0.23SUe=95+1.44×4002 200+0.23×400×10.5=3.07A/km]（2）

依據(jù)《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)電氣一次部分》P262表6-46，變電所10kV增加的接地電容電流附加值為16%。

2.3 電纜長(zhǎng)度

根據(jù)本省《電網(wǎng)發(fā)展技術(shù)及裝備原則》“城市中低壓配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)原則”2.5條，中壓線路的供電半徑，在滿足供電能力的末端電壓質(zhì)量的前提下，宜控制在如下范圍：第一類地區(qū)城區(qū)不宜超過2km，郊區(qū)不宜超過4km。其他城市城區(qū)不宜超過3km，郊區(qū)不宜超過5km。xx市屬于第一類地區(qū)，本站變位于城區(qū)，因此供電半徑按照每回路最大2km計(jì)算，10kV每段12回，共24km[5]。則本站變電容電流的估算值為：

[Ic=1.16×3.07×2×12=85.5A] ? ? ? ? ? ?（3）

2.4 消弧線圈的補(bǔ)償容量

依據(jù)《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣槽盒設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50064—2014）P6頁相關(guān)公式可知，消弧線圈的補(bǔ)償容量為：

[W=KIcUe3=1.35×85.5×10.53=699.6kVA] ? （4）

式中，W為消弧線圈容量;K為補(bǔ)償系數(shù)，取1.35kVA;Ic為接地電容電流;Ue為系統(tǒng)標(biāo)稱電壓。

即在規(guī)劃的線路規(guī)模下，10kV系統(tǒng)每段每條饋線回路均按最大供電半徑計(jì)算，其電容電流值預(yù)估為85.5A，消弧線圈補(bǔ)償容量最低應(yīng)選擇699.6kVA。本站實(shí)際消弧線圈容量選擇為600kVA，最大補(bǔ)償電流100A，實(shí)測(cè)電容電流116A。

3 變電站出線情況分析

以變電站10為例，分析變電站10kV出線電纜的實(shí)際情況，作為計(jì)算電容電流實(shí)際數(shù)值的依據(jù)。本站10kVⅠ段出線回路12回，估算電容電流為85.5A，實(shí)際消弧線圈容量選擇為600kVA，最大補(bǔ)償電流100A，而實(shí)際測(cè)量值分別為124A和160A。經(jīng)核實(shí)，10kVⅠ段出線電纜長(zhǎng)度總計(jì)約32km，每回出線電纜長(zhǎng)度平均約為2.6km。

本變電站投運(yùn)較早，位于城市三環(huán)以外，當(dāng)時(shí)屬于城郊地區(qū)，報(bào)裝容量不大，出線也多采用架空出線。近年來，隨著城市不斷擴(kuò)建，附近大量城中村改造重建，快速路建成通車，帶動(dòng)附近的商業(yè)及住宅迅速發(fā)展，因周邊變電站整體規(guī)劃尚未完成，本變電站承載的負(fù)荷越來越大，電容電流迅速增加。

4 影響電容電流的因素

根據(jù)電容電流的計(jì)算方法，對(duì)比各個(gè)變電站的電容電流實(shí)測(cè)值以及現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)情況。電容電流的計(jì)算中，電纜長(zhǎng)度是一個(gè)重要因素，但又是一個(gè)十分不確定的變量因素，很難估算準(zhǔn)確，從而引起電容電流值的估算偏差。影響電纜長(zhǎng)度的因素主要有如下兩個(gè)方面[6]。

①新建變電站電纜長(zhǎng)度的確定。根據(jù)本省《電網(wǎng)發(fā)展技術(shù)及裝備原則》，xx市新建變電站中壓線路的供電半徑，市區(qū)不宜超過2km，郊區(qū)不宜超過4km。但由于供電半徑是直線距離，實(shí)際中電纜敷設(shè)路徑很可能超過直線距離的數(shù)值。

②由于城市建設(shè)的快速發(fā)展，而變電站的建設(shè)周期較長(zhǎng)，客觀上造成變電站的從電半徑增大，電纜長(zhǎng)度增加。

5 對(duì)策與建議

①新建變電站在選擇消弧線圈容量時(shí)，建議電纜長(zhǎng)度在供電半徑的基礎(chǔ)上適當(dāng)增加，2km的供電半徑，電纜長(zhǎng)度可按照2.5～3km左右計(jì)算。

②新建變電站同期規(guī)劃配電網(wǎng)系統(tǒng)，在消弧線圈容量計(jì)算時(shí)掌握準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，對(duì)線路的敷設(shè)路徑及負(fù)荷性質(zhì)盡可能了解詳細(xì)，容量的選擇應(yīng)留有余量。

③根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，結(jié)合國(guó)網(wǎng)公司通用設(shè)備以及物資系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備參數(shù)，建議xx市區(qū)變電站消弧線圈容量統(tǒng)一按照900～1 000kVA選擇，農(nóng)網(wǎng)或架空線路可按照630kVA選擇。

④規(guī)劃變電站時(shí)充分考慮供電性質(zhì)及發(fā)展規(guī)劃，對(duì)于實(shí)際接地電容電流確有可能較大、變電站集中補(bǔ)償不能滿足要求的情況，建議在變電站下端的開閉所進(jìn)行分散補(bǔ)償。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉燕，劉偉.消弧線圈各種補(bǔ)償方式的分析及應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2015（9）：285-286.

[2]魏劍.消弧線圈各種補(bǔ)償方式的分析和應(yīng)用[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2010（16）：328.

[3]趙祝偉，裴凌云，孫志明，等.消弧線圈現(xiàn)場(chǎng)安裝配置分析與應(yīng)用研究[J].華北電力技術(shù)，2012（5）：25-28.

[4]吳旭濤，邢琳，樊慶齡，等.寧夏電網(wǎng)消弧線圈配置合理性評(píng)價(jià)[J].寧夏電力，2017（6）：23-27，34.

[5]郭軍，羅鐵華，俞文俊.調(diào)匝式消弧線圈自動(dòng)控制及工程運(yùn)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016（22）：127-129.

[6]苗曉鵬，辛少飛，辛正，等.基于零序電壓等幅相差的消弧線圈調(diào)諧新方法[J].電氣應(yīng)用，2017（11）：80-83.