自動補償消弧線圈的應用

武艷華 曹雪 張福玲

【摘 要】隨著電網線路長度的增加及電纜線路的增多，電網電容電流增加較快。電網中經常發生單相接地電弧不能自熄或間歇性電弧接地，產生過電壓，引起電壓互感器熔絲燒壞，避雷器爆炸，開關柜火燒連營。解決這些問題的基本措施是在電網中性點裝設消弧線圈。

【關鍵詞】方式；自動；消弧線；應用

《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》DL/T 620-1997中規定鋼筋混凝土或金屬桿塔的架空線路構成的系統和所有35 kV、66 kV系統，當單相接地電容電流超過10 A時，又需在接地故障條件下運行時，應采用消弧線圈接地方式。早期電網中運行的消弧線圈，通常為人工計算電容電流，手動調節分接頭，調節操作需停電進行，難以隨運行方式的變化而準確及時地調整。后來出現了具有自動跟蹤補償功能的消弧線圈，它能夠根據電網運行方式的變化，自動調節消弧線圈的補償值，以保障在發生接地時消弧線圈在最佳補償狀態。自動補償消弧線圈，有各種各樣的調諧和補償方式，調節方式分為調匝式、調容式、直流偏磁式、調氣隙和高短路阻抗變壓器式可控消弧線圈調節方式等；補償方式有預調和隨調。消弧線圈的自動補償技術現在已經成熟，因此依據應用要求選擇合適的自動補償和調諧方式是非常重要的。

一、消弧線圈自動跟蹤補償裝置

自動跟蹤補償消弧裝置主要由三大核心部件構成：接地變壓器、可調節的消弧線圈及自動調諧控制器。針對消弧線圈的不同調節方式又配置了不同的部件，如預調式需要配置阻尼電阻箱，而隨調式則配置可控硅控制箱。

（一）接地變壓器

對無中性點的變壓器就需要先通過接地變壓器來形成一個中性點。接地變壓器采用Z型結線（或稱曲折型結線），與普通變壓器的區別是每相線圈分別繞在兩個磁柱上，這樣零序磁通能沿磁柱流通，而普通變壓器的零序磁通是沿漏磁磁路流通，所以Z型接地變壓器的零序阻抗很小。

接地變壓器和消弧線圈的容量匹配。對于曲折聯結的變壓器（Z形），如6個繞組所承受的電壓均為1/31/2倍的相電壓，而流過的電流是中性點串聯消弧線圈電流的1/3，則接地變壓器的額定容量一般為消弧線圈的1.15倍。接地變壓器除可帶消弧線圈外，也可帶二次負載，兼作站用變。

（二）消弧線圈自動跟蹤調節原理

如何實現消弧線圈的自動跟蹤補償，使發生接地故障后的殘流最小，就需要實時監測系統的電容電流。計算電容電流的算法有很多，如利用系統電容電流參數變化引起中性點電壓、電流之間的相位變化量來計算電容電流；從消弧線圈內附TV二次側加一電源，使位移電壓發生變化，從而計算出電容電流等等。目前在自動跟蹤補償裝置中用得較多的是，改變消弧線圈的電感值進行電容電流在線實時測量法。

微機控制器是依據中壓電網的變化實時跟蹤和計算系統的電容電流，在預調諧方式的消弧線圈則根據預先設定的脫諧度值來動作，當系統的脫諧度超出范圍時，控制器發出指令，調整消弧線圈的電感值使脫諧度及殘流滿足要求。

（三）消弧線圈的調節方式

目前消弧線圈的調節方式可分為調匝式、調容式、調氣隙式、調直流偏磁式、調節短路阻抗式等等。

自動補償消弧線圈的補償有預補償方式也稱為預調式，也有隨機補償方式也稱為隨調式。預調式的消弧線圈在正常運行時工作其電感量在最佳補償值，即在諧振點附近運行，殘流和調諧度都控制在允許范圍內。由于預調諧補償方式消弧線圈工作在接近全調諧狀態，脫諧度接近于零，正常運行時消弧線圈與系統電容處于接近諧振裝態，這樣會有高的位移電壓。

正常系統的不平衡電壓只有1%～3%倍的相電壓。在安裝消弧線圈后這個不平衡電壓被放大若干倍。需要增加一個阻尼電阻器串接于其中，起到阻尼作用，消除諧振過電壓。使中性點位移電壓小于系統相電壓的15%內。系統發生單相接地故障時，自動調諧控制器感知母線TV開口三角電壓、中性點電壓升高及中性點電流增大，啟動阻尼電阻控制器將阻尼電阻短接，投入消弧線圈補償電容電流。采用預補償方式的消弧線圈，由于工作在諧振點附近，當發生單相接地后，消弧線圈已經在補償狀態，這樣對于瞬時性故障，可以迅速消弧。對于永久性故障不會在故障點產生過電壓。

隨調式自動補償消弧線圈在正常運行時工作在遠離諧振點的位置，這樣中性點位移電壓很低，所以不需要串入阻尼電阻器來限制串聯諧振引起的位移電壓的幅值。但是由于遠離諧振點電壓很低，一般中壓電網的不對稱度在0.5%～1.5%范圍之內，由于電纜線路在城市中壓電網絡中比例的增加，其不對稱度會變的更小。自動補償消弧線圈是采用比較電壓、電流相位來測量電容電流進行自動補償的，所以位移電壓過低將直接影響其自動跟蹤測量。為解決這一問題，采用的辦法是在接地變壓器上人為制造一定的可以接受的不平衡電壓。隨調式消弧線圈在發生接地故障迅速調節消弧線圈的電感量（或高短路阻抗變壓器的電抗值）以快速響應單相接地故障，完成消弧線圈的補償，有效地抑制弧光的形成。隨調式自動補償消弧線圈可以在單相接地故障情況下改變補償電流，以達到接地殘流最小。

二、自動補償消弧線圈的應用

目前國內10kV系統大部分還是中性點不接地方式，但由于10kV出線電纜所占比重的增加，導致電容電流大幅度增加，遠遠超過了規程的要求。這樣不僅新建變電站需要安裝自動跟蹤補償消弧裝置，對于電容電流超過規程的變電站也需要加裝自動補償消弧線圈。

消弧線圈接地系統在正常運行情況下，中性點的長時間電壓位移不應超過系統標稱相電壓的15%，發生單相接地故障時故障點的殘余電流不宜超過10A，一般消弧線圈采用過補償運行方式。

接地變壓器的容量應該是消弧線圈容量的1.15倍，在接地變壓器帶有站用變壓器的情況下，總的容量應該再加上站用變壓器的容量。當兩段母線都有消弧線圈，接地變壓器都帶有站用變壓器的情況下接地變壓器內部繞組的連接必須一致，否則兩個站用變壓器的的相位角有大的差別。

消弧線圈一般應采用過補償方式，這是因為，在欠補償時，如電網有一條線路跳閘，或線路非全相運行時，或位移電壓偶然上升使消弧線圈飽和而使其電感值變小，可能產生嚴重的中性點位移甚至引起諧振。而采用過補償方式則在線路跳閘時，使消弧線圈遠離諧振點，自動補償控制器可以再次調節消弧線圈達到最佳的補償值。

選用隨調式補償的消弧線圈可以省去阻尼電阻，但是在調節過程中產生一定的諧波需要增加濾波器，另外如果控制器的故障則不能得到消弧線圈的補償。預調式補償的消弧線圈正常運行時已經在最佳補償狀態，所以控制器的故障不影響補償的效果，但需要增加阻尼電阻來限制正常運行時過高的位移電壓。

【參考文獻】

[1]邢魁中. 供配電網自動補償消弧線圈的應用研究[J]. 電子技術與軟件工程， 2015（13）：237-238.