消弧线圈接地方式在10kV 配电网中的应用
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摘 要：对于电容电流过大的配电网，中性点大都采用小电阻接地或消弧线圈接地方式。本文探讨了10kV 配网中采用中性点经消弧线圈接地方式的工作原理及消弧线圈类型，以及如何选择消弧线圈容量，从而来提高电网的经济运行。仅供同行借鉴。
关键词： 10kV 配网消弧线圈消弧线圈容量
一、 消弧线圈类型
对于电容电流过大的配电网，中性点大都采用小电阻接地或消弧线圈接地方式。小电阻接地系统可有效地防止过电压问题。但其缺点在于跳闸率过高。当系统发生单相接地时，不论瞬时性故障还是永久性接地故障，系统都会马上跳闸。而系统中发生的单相接地，大多都是瞬时性的。目前供电局运行方式通常是在发生永久性接地后继续带电运行2h，查找故障，然后再拉开关排除故障，以保证生产的连续性。若要采用小电阻接地，工作量加大，否则就会频繁跳闸。同时，单相接地时巨大的接地电流将使地电位升高，严重时会超过安全值，可能对通信线路、低压电器和人身安全造成不利影响。因此，在电容电流没有达到一定值以前，小电阻接地系统不能适应目前供电局对供电可靠性越来越高的要求。
中性点经消弧线圈接地方式，是目前架空线路与电缆混合的配电网主要采用的方式。消弧线圈能有效灭弧，减少弧光过电压带来的危害。目前，自动跟踪补偿消弧线圈按改变电感方法的不同，大致可分为调匝式、调气隙式、调容式、调直流偏磁式、可控硅调节式等。
（一）调匝式自动跟踪补偿消弧线圈
调匝式消弧线圈是将绕组按不同的匝数抽出分接头，用有载分接开关进行切换，改变接入的匝数，从而改变电感量。调匝式因调节速度慢，只能工作在预调谐方式，为保证较小的残流，必须在谐振点附近运行。
（二）调气隙式自动跟踪补偿消弧线圈
调气隙式电感是将铁心分成上下两部分，下部分铁心同线圈固定在框架上，上部分铁心用电动机，通过调节气隙的大小达到改变电抗值的目的。它能够自动跟踪无级连续可调，安全可靠。其缺点是振动和噪声比较大，在结构设计中应采取措施控制噪声。这类装置也可以将接地变压器和可调电感共箱，使结构更为紧凑。
（三）调容式消弧补偿装置
通过调节消弧线圈二次侧电容量大小来调节消弧线圈的电感电流，二次绕组连接电容调节柜，当二次电容全部断开时，主绕组感抗最小，电感电流最大。二次绕组有电容接入后，根据阻抗折算原理，相当于主绕组两端并接了相同功率、阻抗为K2倍的电容，使主绕组感抗增大，电感电流减小。因此，通过调节二次电容的容量即可控制主绕组的感抗及电感电流的大小。电容器的内部或外部装有限流线圈，以限制合闸涌流。电容器内部还装有放电电阻。
（四）调直流偏磁式自动跟踪补偿消弧线圈
在交流工作线圈内布置一个铁心磁化段，通过改变铁心磁化段磁路上的直流励磁磁通大小来调节交流等值磁导，实现电感连续可调。直流励磁绕组采取反串连接方式，使整个绕组上感应的工频电压相互抵消。通过对三相全控整流电路输出电流的闭环调节，实现消弧线圈励磁电流的控制，利用微机的数据处理能力，对这类消弧线圈伏安特性上固有的不大的非线性实施动态校正。
（五）可控硅调节式自动跟踪补偿消弧线圈
该消弧系统主要由高短路阻抗变压器式消弧线圈和控制器组成，同时采用小电流接地选线装置为配套设备。变压器的一次绕组作为工作绕组接入配电网中性点，二次绕组作为控制绕组由2个反向连接的可控硅短路，可控硅的导通角由触发控制器控制，调节可控硅的导通角由0～180°之间变化，使可控硅的等效阻抗在无穷大至零之间变化，输出的补偿电流就可在零至额定值之间得到连续无级调节。可控硅工作在与电感串联的无电容电路中，其工况既无反峰电压的威胁，又无电流突变的冲击，因此可靠性得到保障。
二、可控硅调节式消弧线圈工作原理
IDC 型消弧线圈是一种高短路阻抗变压器式可控消弧线圈，其结构简单，不带任何转动或传动机构。它是通过改变可控硅的导通角来连续无级调节消弧线圈的容量，同时设计了滤波绕组消除可控硅导通时产生的谐波，使消弧线圈输出的电感电流保持为工频电流。
三、接地变压器的选择
（一）使用Z 型接线变压器作为接地变压器
消弧线圈接入系统必须要有电源中性点，在其中性点上接入消弧线圈，当发生单相接地时，流过变压器的三相同方向的零序磁通，经过油箱壁绝缘油及空气等介质形成闭合的回路，在油箱铁芯等处产生附加的损耗。这种损耗是不均匀的，必然要形成局部过热，影响变压器的正常运行和使用寿命。所以，接入此类接地变压器的消弧线圈的容量不应超过变压器容量的20%。为满足消弧线圈接地补偿的需要，同时也满足动力与照明混合负载的需要，可采用Z 型接线的变压器(ZN，yn11连接的变压器)。由于变压器高压侧采用Z 型接线，每相绕组由2 段组成，并分别位于不同相的铁芯柱上，2 段线圈反极性相连，零序阻抗非常小。它的空载损耗低，变压器容量的95%可以被利用，并能够调节电网的不对称电压。由此可见，Z 型接线的变压器作为接地变压器是一种比较好的选择。
（二）容量的选择
接地变压器的容量应与消弧线圈的容量相配合。当接地变压器只带消弧线圈，无二次负载时，接地变压器的容量与消弧线圈的容量相等即可。当接地变压器除带消弧线圈外，还兼作所用变压器使用时，接地变压器的容量应大于消弧线圈的容量，具体应根据接地变压器二次侧的容量来定。系统单相接地时，流过接地变压器的电流是零序电流与二次负荷电流的矢量和。
四、消弧线圈容量的选择
消弧线圈容量应主要根据系统单相接地故障时电容电流的大小来确定，并应留一定裕度，以适应系统今后的发展和满足设备裕度的要求等。消弧线圈的容量可按式（1）确定：
Q=1.35ICUn（1）
式中：Q―――消弧线圈的容量，kVA ；
Un―――系统标称电压，kV ；
IC―――对地电容电流，A。
对于改造工程，IC 应以实测值或估算值为依据；对于新建工程，则应根据配电网络的规划、设计资料进行计算消弧线圈接地装置的选择首先是由配电网的电容电流确定，主要有两种方法：
1．进行实际测量利用中性点外加电容法、增量法等，可以比较有效地将电容电流测出来，且对系统没有较大的影响。
2．根据配电网参数估算，电容电流主要包括有电气连接的所有架空线路、电缆线路、变压器以及母线和电气的电容电流。架空线路的电容电流近似估算公式为：
无架空地线：IC=2.7×Un ×L×10-3 （2）
有架空地线：IC=3.3×Un ×L×10-3（3）
式中，L 为线路的长度，km；IC 为线路的电容电流，A ；Un 为系统额定标称电压，kV。同杆双回线路的电容电流为单回路的1. 3～1. 6 倍。
电缆线路单位长度电容电流近似估算公式：
6kV 电缆线路：IC =（95+2.84S）／Un2200+6S（4）
10kV 电缆线路：IC =（95+1.44S）／Un2200+0.23S（5）
上式中，S 为电缆截面，mm2；I C为线路的电容电流，A ；Un为系统额定标称电压，kV。
上述公式主要适用于油浸纸电力电缆，对于目前采用较多的交联聚乙烯电缆，其每km 的对地电容电流根据制造厂提供的参数比油浸纸电力电缆大20 %左右。
五、结语
消弧线圈确实能起到灭弧、防止电弧重燃、抑制弧光过电压的作用。具有自动跟踪补偿功能的消弧线圈接地的接地方式在城市配电网中使用已比较普遍。采用自动跟踪补偿的消弧线圈，特别是可控硅调节式的消弧线圈，可以实现对电容电流的精确补偿，使瞬时性接地故障自动消除而不影响供电。如果配有自动选线装置，对于永久性故障，能正确选出故障线路并跳闸，则可不影响其他非故障线路的正常运行，是比较合理并很有发展前景的中性点接地方式。
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