變電所設(shè)計中接地變、消弧線圈及自動補償裝置

變電所設(shè)計中接地變、消弧線圈及自動補償裝置的原理和選擇簡介：本文分析析了10kV中性點不接地地系統(tǒng)的特點，以以及系統(tǒng)對地電電容電流超標的的危害，給出了了電容電流的計計算方法，對傳傳統(tǒng)消弧線圈接接地系統(tǒng)在運行行中存在的問題題進行了簡要分分析，重點闡述述了自動跟蹤消消弧線圈成套裝裝置的工作原理理和性能特點，以以及有關(guān)技術(shù)參參數(shù)的選擇和配配置。１問題提出隨著城市建設(shè)設(shè)發(fā)展的需要和和供電負荷的增增加，許多地方方正在城區(qū)建設(shè)設(shè)110/100kV終端變電所，一一次側(cè)采用電壓壓110kV進線，隨著城城網(wǎng)改造中桿線線下地，城區(qū)10kV出線絕大多數(shù)數(shù)為架空電纜出出線，10kV配電網(wǎng)絡(luò)中單單相接地電容電電流將急劇增加加，根據(jù)國家原原電力工業(yè)部《交交流電氣裝置的的過電壓保護和和絕緣配合》規(guī)規(guī)定，3—66KV系統(tǒng)的單相接接地故障電容電電流超過10A時，應(yīng)采用消消弧線圈接地方方式。一般的110/100kV變電所，其變變壓器低壓側(cè)為為△接線，系統(tǒng)低低壓側(cè)無中性點點引出，因此，在在變電所設(shè)計中中要考慮10kV接地變、消弧弧線圈和自動補補償裝置的設(shè)置置。２10kV中性性點不接地系統(tǒng)統(tǒng)的特點

選擇電網(wǎng)網(wǎng)中性點接地方方式是一個要考考慮許多因素的的問題，它與電電壓等級、單相相接地短路電流流數(shù)值、過電壓壓水平、保護配配置等有關(guān)。并并直接影響電網(wǎng)網(wǎng)的絕緣水平、系系統(tǒng)供電的可靠靠性和連續(xù)性、主主變壓器和發(fā)電電機的安全運行行以及對通信線線路的干擾。10kV中性點不接地地系統(tǒng)(小電流接地系系統(tǒng))具有如下特點點：當一相發(fā)生生金屬性接地故故障時，接地相相對地電位為零零，其它兩相對對地電位比接地地前升高√3倍，一般情況況下，當發(fā)生單單相金屬性接地地故障時，流過過故障點的短路路電流僅為全部部線路接地電容容電流之和其值值并不大，發(fā)出出接地信號，值值班人員一般在在2小時內(nèi)選擇和和排除接地故障障，保證連續(xù)不不間斷供電。3系統(tǒng)對地電容容電流超標的危危害

實踐表明明中性點不接地地系統(tǒng)(小電流接地系系統(tǒng))也存在許多問問題，隨著電纜纜出線增多，10kV配電網(wǎng)絡(luò)中單單相接地電容電電流將急劇增加加，當系統(tǒng)電容容電流大于10A后，將帶來一一系列危害，具具體表現(xiàn)如下：：

3.1當當發(fā)生間歇弧光光接地時，可能能引起高達3.5倍相電壓(見參考文獻1)的弧光過電壓壓，引起多處絕絕緣薄弱的地方方放電擊穿和設(shè)設(shè)備瞬間損壞，使使小電流供電系系統(tǒng)的可靠性這這一優(yōu)點大受影影響。

3.2配配電網(wǎng)的鐵磁諧諧振過電壓現(xiàn)象象比較普遍，時時常發(fā)生電壓互互感器燒毀事故故和熔斷器的頻頻繁熔斷，嚴重重威脅著配電網(wǎng)網(wǎng)的安全可靠性性。

3.3當有人誤觸帶帶電部位時，由由于受到大電流流的燒灼，加重重了對觸電人員員的傷害，甚至至傷亡。

3.4當配電網(wǎng)發(fā)生生單相接地時，電電弧不能自滅，很很可能破壞周圍圍的絕緣，發(fā)展展成相間短路，造造成停電或損壞壞設(shè)備的事故；；因小動物造成成單相接地而引引起相間故障致致使停電的事故故也時有發(fā)生。

3.5配電網(wǎng)對地電電容電流增大后后，對架空線路路來說，樹線矛矛盾比較突出，尤尤其是雷雨季節(jié)節(jié)，因單相接地地引起的短路跳跳閘事故占很大大比例。

4單相相接地電容電流流的計算

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

Ic=√3×UP×ω×C×103

((4-1)式中:UP━電電網(wǎng)線電壓(kV)

CC━單相對地電容(F)一般電纜單位電容容為200-4000pF/mm左右（可查電電纜廠家樣本）。

（2）根據(jù)據(jù)經(jīng)驗公式，計計算電容電流(見參考文獻3)。

Ic=0.11×UP×L

(4-2)式中:UP━電電網(wǎng)線電壓(kV)

L━電纜長度(km)

4.2架空線電容電電流的計算有以以下兩種：

（1）根據(jù)單相對地地電容,計算電容電流(見參考文獻2)。

Ic=√3×UP×ω×C×103

(44-3)式中:UP━電電網(wǎng)線電壓(kV)

CC━單相對地電容(F)一般架空線單位電電容為5-6pFF/m。

（2）根據(jù)據(jù)經(jīng)驗公式,計算電容電流(見參考文獻3)。

Ic=(22.7~3.33)×UP×L×10-33

(4--4)式中:UP━電電網(wǎng)線電壓(kV)

LL━架空線長度(km)

2.7━━系數(shù)，適用于于無架空地線的的線路

3.3━━系數(shù)，適用于于有架空地線的的線路

同桿雙回回架空線電容電電流(見參考文獻3)：Ic2=（1.3~1..6）Ic（1.3-對應(yīng)10KV線路,1.6-對應(yīng)35KV線路,

Ic-單回線路電容容電流）

4.3變電所增加電電容電流的計算算(見參考文獻3)額定電壓（KV）61035增大率（%）181613

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

5傳統(tǒng)統(tǒng)消弧線圈存在在的問題

當3—666KV系統(tǒng)的單相接接地故障電容電電流超過10A時，應(yīng)采用消消弧線圈接地方方式，通過計算算電網(wǎng)當前脫諧諧度（ε=(IL-IC)/IC·100%）與設(shè)定值的的比較，決定是是否調(diào)節(jié)消弧圈圈的分接頭，過過去選用的傳統(tǒng)統(tǒng)消弧線圈必須須停電調(diào)節(jié)檔位位，在運行中暴暴露出許多問題題和隱患，具體體表現(xiàn)如下：

5.1由由于傳統(tǒng)消弧線線圈沒有自動測測量系統(tǒng)，不能能實時測量電網(wǎng)網(wǎng)對地電容電流流和位移電壓，當當電網(wǎng)運行方式式或電網(wǎng)參數(shù)變變化后靠人工估估算電容電流，誤誤差很大，不能能及時有效地控控制殘流和抑制制弧光過電壓，不不易達到最佳補補償。

5.2傳統(tǒng)消弧線圈圈按電壓等級的的不同、電網(wǎng)對對地電容電流大大小的不同，采采用的調(diào)節(jié)級數(shù)數(shù)也不同，一般般分五級或九級級，級數(shù)少、級級差電流大，補補償精度很低。

5.3調(diào)調(diào)諧需要停電、退退出消弧線圈，失失去了消弧補償償?shù)倪B續(xù)性，響響應(yīng)速度太慢，隱隱患較大，只能能適應(yīng)正常線路路的投切。如果果遇到系統(tǒng)異常常或事故情況下下，如系統(tǒng)故障障低周低壓減載載切除線路等，來來不及進行調(diào)整整，易造成失控控。若此時正碰碰上電網(wǎng)單相接接地，殘流大，正正需要補償而跟跟不上，容易產(chǎn)產(chǎn)生過電壓而損損壞電力系統(tǒng)絕絕緣薄弱的電器器設(shè)備，引起事事故擴大、雪上上加霜。

5.4由于于消弧線圈抑制制過電壓的效果果與脫諧度大小小相關(guān)，實踐表表明：只有脫諧諧度不超過±5%時，才能把過過電壓的水平限限制在2.6倍的相電壓以以下(見參考文獻1)，傳統(tǒng)消弧線線圈則很難做到到這一點。

5.5運運行中的消弧線線圈不少容量不不足，只能長期期在欠補償下運運行。傳統(tǒng)消弧弧線圈大多數(shù)沒沒有阻尼電阻，其其與電網(wǎng)對地電電容構(gòu)成串聯(lián)諧諧振回路，欠補補償時遇電網(wǎng)斷斷線故障易進入入全補償狀態(tài)（即即電壓諧振狀態(tài)態(tài)），這種過電電壓對電力系統(tǒng)統(tǒng)絕緣所表現(xiàn)的的危害性比由電電弧接地過電壓壓所產(chǎn)生的危害害更大。既要控控制殘流量小，易易于熄弧；又要要控制脫諧度保保證位移電壓（U0=0.88U/√d2+ε2(見參考文獻3）不超標，這這對矛盾很難解解決。鑒于上述述因素，只好采采用過補償方式式運行，補償方方式不靈活，脫脫諧度一般達到到15%—25%，甚至更大，這這樣消弧線圈抑抑制弧光過電壓壓效果很差，幾幾乎與不裝消弧弧線圈一樣。

5.6單單相接地時，由由于補償方式、殘殘流大小不明確確，用于選擇接接地回路的微機機選線裝置更加加難以工作。此此時不能根據(jù)殘殘流大小和方向向或采用及時改改變補償方式或或調(diào)檔變更殘流流的方法來準確確選線。該裝置置只能依靠含量量極低的高次諧諧波（小于5%）的大小和方方向來判別，準準確率很低，這這也是過去小電電流選線裝置存存在的問題之一一。

5.7為了提高我國國電網(wǎng)技術(shù)和裝裝備水平，國家家正在大力推行行電網(wǎng)通訊自動動化和變電站綜綜合自動化的科科技方針，實現(xiàn)現(xiàn)四遙（遙信、遙遙測、遙調(diào)、遙遙控），進而實實現(xiàn)無人值班，傳傳統(tǒng)消弧線圈根根本不具備這個個條件。6自動跟蹤消弧弧線圈補償技術(shù)術(shù)

根據(jù)供配配電網(wǎng)小電流接接地系統(tǒng)對地電電容電流超標所所產(chǎn)生的影響和和投運傳統(tǒng)消弧弧線圈存在問題題的分析，應(yīng)采采用自動跟蹤消消弧線圈補償技技術(shù)和配套的單單相接地微機選選線技術(shù)。

泰興供電局采采用的接地變?yōu)闉樯虾Ｋ荚措姎鈿庥邢薰旧a(chǎn)產(chǎn)的DKSC系列的，消弧弧線圈為該廠生生產(chǎn)的XHDC系列的，自動動調(diào)諧和選線裝裝置為該廠生產(chǎn)產(chǎn)的XHK系列，全套裝裝置包括：中性性點隔離開關(guān)G、Z型接地變壓器B（系統(tǒng)有中性性點可不用）、有有載調(diào)節(jié)消弧線線圈L、中性點氧化化鋅避雷器MOA、中性點電壓壓互感器PT、中性點電流流互感器CT、阻尼限壓電電阻箱R和自動調(diào)諧和和選線裝置XHK-II。該項技術(shù)的的設(shè)備組成示意意圖見附圖。

6.1接接地變壓器

接地變壓壓器的作用是在在系統(tǒng)為△型接線或Y型接線中性點點無法引出時，引引出中性點用于于加接消弧線圈圈，該變壓器采采用Z型接線（或稱稱曲折型接線），與與普通變壓器的的區(qū)別是每相線線圈分別繞在兩兩個磁柱上，這這樣連接的好處處是零序磁通可可沿磁柱流通，而而普通變壓器的的零序磁通是沿沿著漏磁磁路流流通，所以Z型接地變壓器器的零序阻抗很很?。?0Ω左右），而普普通變壓器要大大得多。因此規(guī)規(guī)程規(guī)定，用普普通變壓器帶消消弧線圈時，其其容量不得超過過變壓器容量的的20%，而Z型變壓器則可可帶90%～100%容量的消弧線線圈，接地變除除可帶消弧圈外外，也可帶二次次負載，可代替替所用變，從而而節(jié)省投資費用用。

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

（2）消弧線圈的補補償方式：一般般分為過補、欠欠補、最小殘流流3種方式可供選選擇。

a.欠欠補：指運行中中線圈電感電流流IL小于系統(tǒng)電容容電流IC的運行方式。當當0＜IC-IL≤Id，（Id為消弧線圈相相鄰檔位間的級級差電流），即即當殘流為容性性且殘流值≤級差電流時，消消弧線圈不進行行調(diào)檔。若對地地電容發(fā)生變化化不滿足上述條條件時，則消弧弧線圈將向上或或向下調(diào)節(jié)分頭頭，直至重新滿滿足上述條件為為止。

b.過過補：指運行中中電容電流IC小于電感電流IL的運行方式。當當IC-IL＜0，且│IC-IL│≤Id，即在殘流為為感性且殘流值值≤級差電流時，消消弧線圈不進行行調(diào)檔。若對地地電容發(fā)生變化化不滿足上述條條件時，則消弧弧線圈的分接頭頭將進行調(diào)節(jié)，直直至重新滿足上上述條件為止。

c.最最小殘流：在│IC-IL│≤1/2Id時，消弧線圈圈不進行調(diào)節(jié)；；當對地電容變變化，上述條件件不滿足時進行行調(diào)節(jié)，直至滿滿足上述條件。在在這種運行方式式下，接地殘流流可能為容性，也也可能為感性，有有時甚至為零（即即全補），但由由于加裝了阻尼尼電阻，中性點點電壓不會超過過15%相電壓。

6.3限壓阻尼電阻阻箱在自動跟蹤消消弧線圈中，因因調(diào)節(jié)精度高，殘殘流較小，接近近諧振（全補）點點運行。為防止止產(chǎn)生諧振過電電壓及適應(yīng)各種種運行方式，在在消弧線圈接地地回路應(yīng)串接阻阻尼電阻箱。這這樣在運行中，即即使處于全補狀狀態(tài)，因電阻的的阻尼作用，避避免產(chǎn)生諧振，而而且中性點電壓壓不會超過15%相電壓，滿足足規(guī)程要求，使使消弧線圈可以以運行于過補、全全補或欠補任一一種方式。阻尼尼電阻可選用片片狀電阻，根據(jù)據(jù)容量選用不同同的阻值。當系系統(tǒng)發(fā)生單相接接地時，中性點點流過很大的電電流，這時必須須將阻尼電阻采采用電壓、電流流雙重保護短接接。

6.4調(diào)諧和選線裝裝置

自動調(diào)諧諧和選線裝置是是整套技術(shù)的關(guān)關(guān)鍵部分，所有有的計算和控制制由它來實現(xiàn)，控控制器實時測量量出系統(tǒng)對地的的電容電流，由由此計算出電網(wǎng)網(wǎng)當前的脫諧度度ε，當脫諧度偏偏差超出預(yù)定范范圍時，通過控控制電路接口驅(qū)驅(qū)動有載開關(guān)調(diào)調(diào)整消弧線圈分分接頭，直至脫脫諧度和殘流在在預(yù)定范圍內(nèi)為為止。系統(tǒng)發(fā)生生單相接地時，將將系統(tǒng)PT二次開口三角角處的零序電壓壓及各回路零序序電流采集下來來進行分析處理理，通過視在功功率、零序阻抗抗變化、諧波變變化、五次諧波波等選線算法來來進行選線。

6.5隔離開關(guān)、電電壓互感器

隔離開關(guān)關(guān)安裝消弧線圈圈前，用于投切切消弧線圈，由由于消弧線圈內(nèi)內(nèi)的電壓互感器器不滿足測量精精度，需另設(shè)中中性點電壓互感感器測量中性點點電壓。

7自動動跟蹤消弧線圈圈補償技術(shù)的性性能和特點

7.1該該裝置在正常運運行中每隔3S（秒）對系統(tǒng)統(tǒng)電容電流、殘殘流進行測量計計算，根據(jù)測量量結(jié)果控制消弧弧線圈升降檔，使使殘流（脫諧度度）保持在最小小，測量時不需需進行調(diào)檔試探探，具有響應(yīng)速速度快、有載開開關(guān)壽命長、跟跟蹤準確的優(yōu)點點。

7.2過補、欠補、最最小殘流3種運行方式任任選，可在現(xiàn)場場根據(jù)需要隨時時設(shè)定變更。

7.3在最小殘流方方式下運行，可可使補償后的接接地殘流≤3%額定電流（即即消弧線圈最大大電流）。7.4消弧弧線圈串聯(lián)電阻阻方式，可限制制全補時中性點點位移電壓＜15%相電壓，避免免諧振，滿足了了運行規(guī)程要求求。

7.5根根據(jù)企業(yè)電網(wǎng)的的電壓和容量等等級，依照測出出的系統(tǒng)電容電電流等具體參數(shù)數(shù)，可選用合適適型號規(guī)格的成成套裝置，該技技術(shù)適應(yīng)面大。

7.6該技術(shù)包括的的微機選線保護護裝置采用特殊殊的多種算法，可可快速準確顯示示單相接地線路路。

8.接接地變壓器、消消弧線圈容量和和額定電流的確確定

8.1根據(jù)架空線或或電纜參數(shù)計算算公式計算電容容電流Ic

8.2消弧線圈容量量的確定(見參考文獻3)

Q=K××Ic×UP/√3

(8-11)式中:K—系數(shù)，過補償償取1.35Q—消弧線圈圈容量，kVA

8.33消弧線圈容量量及額定電流的的選擇

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

8.4接地變壓器容容量選擇

接地變除除可帶消弧圈外外，兼作所用變變.式中：Q—消消弧線圈容