消弧线圈在35 kV电网中的运行方式

赵启兵，袁建州，刘渝根

（1.鹤壁供电公司，河南省鹤壁市，458000；2.河南省电机工程学会，郑州市，450004；3.重庆大学电气工程学院，重庆市，400044）

0 引言

35 kV电网在我国城市近郊电网及农网中占较大比重，受地理条件限制，其线路一般不进行换位处理（或换位不充分），造成三相对地电容不对称，从而使电网三相电压不平衡。若按正常补偿度整定消弧线圈，三相电压不平衡度可能加剧，甚至导致电网无法正常运行。增大消弧线圈补偿度，虽然可改善电网正常运行时三相电压不平衡度，但雷击引起线路单相接地时，因消弧线圈补偿度过大，使接地点工频电弧不易熄灭，消弧线圈不能有效发挥熄灭电弧的作用，线路雷击跳闸率无法降低。本文提出了一种新型的适用于山区35 kV电网中性点运行方式，既能保证电网正常运行时三相电压平衡，又能充分发挥消弧线圈熄灭线路单相接地工频续流电弧，从而起到消除单相接地故障的作用。

1 35 kV电网运行中存在的问题

35 kV线路若不进行换位，往往存在三相对地电容不对称问题[1]，当线路总长超过100 km时，电容不对称情况更为显著。表1为重庆电力公司35 kV麒麟坝变电站总长120 km线路的单相接地电容电流实测结果[2]，表2为该线路三相对地电容的计算值。表1中ISA、ISB、ISC为A、B、C相单相接地电容电流，表2中CA、CB、CC分别为A、B、C三相对地电容。

表1 单相接地电容电流实测值Tab.1 Measured value of single-phase grounding capacitive current

表2 三相对地电容计算值Tab.2 Calculated value of three-phase grounding capacity

经计算得到电网中性点采用绝缘运行方式时的三相电压值，如表3所示，其中UA、UB、UC分别为三相电压。由表3可知，当电网中性点采用绝缘运行方式时，三相电压最大不平衡度约为4.5%，符合电网正常运行要求。

电网采用中性点经消弧线圈（以消弧线圈XDJ-550/35为例）接地运行方式时，计算电网正常运行时消弧线圈不同档位（即不同补偿度）下的中性点位移电压及三相电压，结果如表4所示。电网正常运行时，消弧线圈不同档位（即不同补偿度）下的中性点位移电压及三相电压不平衡度为5%～96%。

表3 中性点采用绝缘运行方式时电网的三相电压值Tab.3 Value of three-phase voltage underr insulation operation of neutral pointt

表4 中性点经消弧线圈接地时中性点位移电压及三相电压不平衡度Tab.4 Calculation results after compensation of suppressing coil

电网单相接地时，投入消弧线圈（以XDJ-550/35为例），计算消弧线圈不同档位（即采用不同补偿度）下的接地电弧电流，结果如表5所示。

表5 消弧线圈补偿单相接地电容电流Tab.5 Value of single-phase grounding capacitive current after compensation of suppressing coil

整定消弧线圈必须同时兼顾3个原则：（1）合适的补偿度，一般为5%～10%；（2）对于35 kV系统，经消弧线圈补偿后的单相接地电流即残流应控制为3～10 A；（3）系统带消弧线圈正常运行时，中性点位移电压小于中性点位移电压的15%，考虑到三相电压的平衡，小于中性点位移电压的5%为宜[2]。当电网在带消弧线圈运行时，从兼顾电网三相电压平衡和中性点位移电压整定原则考虑，消弧线圈补偿档位应选Ⅳ－Ⅸ档（表4）。而从消弧线圈补偿单相接地电流整定原则考虑，消弧线圈应选Ⅰ档位或Ⅱ档位（表5）。

由此可见，山区35 kV电网由于三相对地电容不对称，消弧线圈的整定几乎不能兼顾正常运行时三相电压的平衡和单相接地时消弧线圈的消弧作用，这样就给电网的正常运行和降低线路雷击跳闸率带来了相当的困难。

2 新型的中性点运行方式

在大量的现场实验和对电网运行中暂态过程数值模拟计算的基础上，通过对中性点新型运行方式下可能出现的过电压和冲击电流水平以及可行性的研究，提出了一种适于山区35 kV电网的中性点运行方式。该运行方式利用中性点绝缘运行方式下电网三相电压不平衡度最小的特点，在电网正常运行时采用中性点绝缘运行方式，保证三相电压的平衡；当电网因雷击引起线路单相接地时，通过对电网三相电压和中性点电压等参数的检测，利用自动投切装置快速投入已经正常整定的消弧线圈，消弧线圈的投入将迅速熄灭单相接地短路电流电弧，从而消除单相接地故障；在检测到单相接地故障已经消除后，利用自动投切装置退出消弧线圈将电网恢复到正常运行时的中性点绝缘运行方式。该运行方式既能保证电网正常运行时三相电压平衡，又能充分发挥消弧线圈有效熄灭单相接地电弧消除单相接地故障的作用，从而提高了山区35 kV电网运行水平和防雷水平，降低线路雷击跳闸率，减少电网停电事故。消弧线圈自动投切装置原理如图1所示。

3 新型中性点运行方式下的暂态过程计算

3.1 投切消弧线圈暂态过程计算

新型的中性点运行方式数值模拟计算等值图如图2所示。图中：RS为电源内电阻；LS为电源内电抗；L为消弧线圈的调谐电感；CA、CB、CC分别为电网各相对应的对地电容；K为单相接地短路点；S为消弧线圈的投切开关[3-4]。

电网A相在10 ms时刻燃弧，30 ms时刻重燃，并在重燃后投入消弧线圈。图3为模拟故障点2次燃熄弧[5]后投入消弧线圈故障相、健全相和中性点上的电压。图4为消弧线圈冲击电流，35 ms时刻为电流最大值时刻。

由图3、4可得：消弧线圈投入后，故障相、非故障相、中性点过电压均被有效抑制，电压恢复正常。

电网在2.00 s时刻退出消弧线圈，经计算得到消弧线圈退出时的三相电压和中性点电压曲线如图5所示。由图5可得：退出消弧线圈时三相电压和中性点最大电压值分别为1.30 pu（1 pu=35×√2/3 kV）和0.30 pu，均在暂态过程电压允许范围。

3.2 单相短路暂态过程计算

不同相单相短路对应的电网过电压最大值和消弧线圈电流的最大值如表6所示。

表6 单相短路时的过电压值和冲击电流值Tab.6 Values of over-voltage and impulse current in single-phase short circuit

新型中性点运行方式下消弧线圈的投入和切除会引起电网电磁振荡，考虑了诸多影响因素的大量数值模拟计算结果表明，暂态过程中并不会引起超过中性点绝缘运行或经消弧线圈接地运行的35 kV电网中的过电压和过电流。

4 结论

（1）提出了一种适用于山区35 kV电网的中性点运行方式，即电网正常运行时采用中性点绝缘运行方式，保证电网三相电压的平衡，在电网因雷击发生单相接地故障后投入消弧线圈，充分消弧线圈熄灭单相接地故障的作用，接地故障消除后退出消弧线圈恢复正常运行时的中性点绝缘运行方式。

（2）新型中性点运行方式的暂态过程中可能出现的故障相、健全相和中性点电压最大值分别不超过2.60、2.89 pu和2.10 pu，电网过电压水平均在电网绝缘配合的允许范围内。

（3）消弧线圈在整个暂态过程中可能承受的过电压最大值和过电流最大值分别为2.10 pu和27.4 A，因此可以利用负荷开关配以自动操作装置完成投入和退出操作。

[1]粱曦东，陈昌豫，周远翔.高电压工程[M].北京：清华大学出版社，2002.

[2]袁 涛，刘渝根，陈先禄.山区35 kV防雷值得注意的一个问题[J].重庆大学学报，2002，25（7）：72-74.

[3]要焕年，曹梅月.电力系统谐振接地[M].北京：中国电力出版社，2000.

[4]刘渝根，谢彦斌.山区35 kV电网单相接地故障类型判断方法[J].高压电器，2009，45（4）：103-105.

[5]施 围，郭 洁.电力系统过电压计算[M].北京：高等教育出版社，2006.

[6]张纬钹，何金良，张金玉.过电压防护及绝缘配合[M].北京：清华大学出版社，2002.

[7]魏晓云，徐凤阁，孙敏慧.配网消弧线圈补偿度算法探讨[J].电力设备，2004，5（9）：55-56.

[8]张重诚.山区雷电的特殊象征分析与防直接雷击[J].高电压技术，1988，13（3）：79-80，84.

[9]李继斌.浅谈消弧线圈引起社步变电站35 kV中性点电压升高的问题[J].铁道工程学报，2008，25（1）：95-99.

[10]王勇焕，姜俊莉，李洪涛.消弧线圈在河南油田6～35 kV电网中的应用[J].高电压技术，2008，33（12）：214-216.