自动补偿消弧线圈的应用

　　武艳华 曹雪 张福玲
　　【摘 要】随着电网线路长度的增加及电缆线路的增多，电网电容电流增加较快。电网中经常发生单相接地电弧不能自熄或间歇性电弧接地，产生过电压，引起电压互感器熔丝烧坏，避雷器爆炸，开关柜火烧连营。解决这些问题的基本措施是在电网中性点装设消弧线圈。
　　【关键词】方式；自动；消弧线；应用
　　《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》DL/T 620-1997中规定钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路构成的系统和所有35 kV、66 kV系统，当单相接地电容电流超过10 A时，又需在接地故障条件下运行时，应采用消弧线圈接地方式。早期电网中运行的消弧线圈，通常为人工计算电容电流，手动调节分接头，调节操作需停电进行，难以随运行方式的变化而准确及时地调整。后来出现了具有自动跟踪补偿功能的消弧线圈，它能够根据电网运行方式的变化，自动调节消弧线圈的补偿值，以保障在发生接地时消弧线圈在最佳补偿状态。自动补偿消弧线圈，有各种各样的调谐和补偿方式，调节方式分为调匝式、调容式、直流偏磁式、調气隙和高短路阻抗变压器式可控消弧线圈调节方式等；补偿方式有预调和随调。消弧线圈的自动补偿技术现在已经成熟，因此依据应用要求选择合适的自动补偿和调谐方式是非常重要的。
　　一、消弧线圈自动跟踪补偿装置
　　自动跟踪补偿消弧装置主要由三大核心部件构成：接地变压器、可调节的消弧线圈及自动调谐控制器。针对消弧线圈的不同调节方式又配置了不同的部件，如预调式需要配置阻尼电阻箱，而随调式则配置可控硅控制箱。
　　（一）接地变压器
　　对无中性点的变压器就需要先通过接地变压器来形成一个中性点。接地变压器采用Z型结线（或称曲折型结线），与普通变压器的区别是每相线圈分别绕在两个磁柱上，这样零序磁通能沿磁柱流通，而普通变压器的零序磁通是沿漏磁磁路流通，所以Z型接地变压器的零序阻抗很小。
　　接地变压器和消弧线圈的容量匹配。对于曲折联结的变压器（Z形），如6个绕组所承受的电压均为1/31/2倍的相电压，而流过的电流是中性点串联消弧线圈电流的1/3，则接地变压器的额定容量一般为消弧线圈的1.15倍。接地变压器除可带消弧线圈外，也可带二次负载，兼作站用变。
　　（二）消弧线圈自动跟踪调节原理
　　如何实现消弧线圈的自动跟踪补偿，使发生接地故障后的残流最小，就需要实时监测系统的电容电流。计算电容电流的算法有很多，如利用系统电容电流参数变化引起中性点电压、电流之间的相位变化量来计算电容电流；从消弧线圈内附TV二次侧加一电源，使位移电压发生变化，从而计算出电容电流等等。目前在自动跟踪补偿装置中用得较多的是，改变消弧线圈的电感值进行电容电流在线实时测量法。
　　微机控制器是依据中压电网的变化实时跟踪和计算系统的电容电流，在预调谐方式的消弧线圈则根据预先设定的脱谐度值来动作，当系统的脱谐度超出范围时，控制器发出指令，调整消弧线圈的电感值使脱谐度及残流满足要求。
　　（三）消弧线圈的调节方式
　　目前消弧线圈的调节方式可分为调匝式、调容式、调气隙式、调直流偏磁式、调节短路阻抗式等等。
　　自动补偿消弧线圈的补偿有预补偿方式也称为预调式，也有随机补偿方式也称为随调式。预调式的消弧线圈在正常运行时工作其电感量在最佳补偿值，即在谐振点附近运行，残流和调谐度都控制在允许范围内。由于预调谐补偿方式消弧线圈工作在接近全调谐状态，脱谐度接近于零，正常运行时消弧线圈与系统电容处于接近谐振装态，这样会有高的位移电压。
　　正常系统的不平衡电压只有1%～3%倍的相电压。在安装消弧线圈后这个不平衡电压被放大若干倍。需要增加一个阻尼电阻器串接于其中，起到阻尼作用，消除谐振过电压。使中性点位移电压小于系统相电压的15%内。系统发生单相接地故障时，自动调谐控制器感知母线TV开口三角电压、中性点电压升高及中性点电流增大，启动阻尼电阻控制器将阻尼电阻短接，投入消弧线圈补偿电容电流。采用预补偿方式的消弧线圈，由于工作在谐振点附近，当发生单相接地后，消弧线圈已经在补偿状态，这样对于瞬时性故障，可以迅速消弧。对于永久性故障不会在故障点产生过电压。
　　随调式自动补偿消弧线圈在正常运行时工作在远离谐振点的位置，这样中性点位移电压很低，所以不需要串入阻尼电阻器来限制串联谐振引起的位移电压的幅值。但是由于远离谐振点电压很低，一般中压电网的不对称度在0.5%～1.5%范围之内，由于电缆线路在城市中压电网络中比例的增加，其不对称度会变的更小。自动补偿消弧线圈是采用比较电压、电流相位来测量电容电流进行自动补偿的，所以位移电压过低将直接影响其自动跟踪测量。为解决这一问题，采用的办法是在接地变压器上人为制造一定的可以接受的不平衡电压。随调式消弧线圈在发生接地故障迅速调节消弧线圈的电感量（或高短路阻抗变压器的电抗值）以快速响应单相接地故障，完成消弧线圈的补偿，有效地抑制弧光的形成。随调式自动补偿消弧线圈可以在单相接地故障情况下改变补偿电流，以达到接地残流最小。
　　二、自动补偿消弧线圈的应用
　　目前国内10kV系统大部分还是中性点不接地方式，但由于10kV出线电缆所占比重的增加，导致电容电流大幅度增加，远远超过了规程的要求。这样不仅新建变电站需要安装自动跟踪补偿消弧装置，对于电容电流超过规程的变电站也需要加装自动补偿消弧线圈。
　　消弧线圈接地系统在正常运行情况下，中性点的长时间电压位移不应超过系统标称相电压的15%，发生单相接地故障时故障点的残余电流不宜超过10A，一般消弧线圈采用过补偿运行方式。
　　接地变压器的容量应该是消弧线圈容量的1.15倍，在接地变压器带有站用变压器的情况下，总的容量应该再加上站用变压器的容量。当两段母线都有消弧线圈，接地变压器都带有站用变压器的情况下接地变压器内部绕组的连接必须一致，否则两个站用变压器的的相位角有大的差别。
　　消弧线圈一般应采用过补偿方式，这是因为，在欠补偿时，如电网有一条线路跳闸，或线路非全相运行时，或位移电压偶然上升使消弧线圈饱和而使其电感值变小，可能产生严重的中性点位移甚至引起谐振。而采用过补偿方式则在线路跳闸时，使消弧线圈远离谐振点，自动补偿控制器可以再次调节消弧线圈达到最佳的补偿值。
　　选用随调式补偿的消弧线圈可以省去阻尼电阻，但是在调节过程中产生一定的谐波需要增加滤波器，另外如果控制器的故障则不能得到消弧线圈的补偿。预调式补偿的消弧线圈正常运行时已经在最佳补偿状态，所以控制器的故障不影响补偿的效果，但需要增加阻尼电阻来限制正常运行时过高的位移电压。
　　【参考文献】
　　[1]邢魁中. 供配电网自动补偿消弧线圈的应用研究[J]. 电子技术与软件工程， 2015（13）：237-238.