消弧线圈在化工类企业供电系统中的应用

张 祥

(抚顺供电公司调控中心,辽宁抚顺 113008)

消弧线圈在化工类企业供电系统中的应用

张 祥

(抚顺供电公司调控中心,辽宁抚顺 113008)

针对存在高危生产环境、对供电可靠性要求较高的企业,研究利用消弧线圈通过谐振接地方式提高供电安全性和可靠性,包括消弧线圈的参数选择、安装、调整、运行等内容.认为谐振接地实施技术能更充分发挥谐振接地方式的功能,使其具有更好的技术经济指标.

消弧线圈;化工企业;供电系统

化工企业生产大多需要高温、高压和连续工作的条件,对电能的依赖性比较强,要求电网能够提供连续、稳定的电能支撑.随着近几年化工企业数量迅速增加,企业规模不断扩大,对电能负荷总量的需求迅速增加,供电电压越来越高,企业供电系统得到迅速发展.与此同时,也使得电网对地电容电流急剧增加,当系统发生接地后电弧不易熄灭,易产生间歇性弧光接地过电压以及铁磁谐振过电压,给供电系统的安全运行带来很大的隐患,可能产生供电电缆爆炸、开关柜烧毁和避雷器爆炸故障,甚至企业供电系统全停等事故,由此带来的经济损失和影响也越来越大.采用中性点经消弧线圈接地方式,可增强供电网的安全性和可靠性,减少或者避免此类事故的发生[13].

1 消弧线圈的运行条件

1.1 电容电流

供电系统的电容电流是选择消弧线圈运行参数的主要依据.根据我国的现状,6、10、66 k V的线路主要为钢筋混凝土杆塔和电缆线路,建弧率很高.石油和化工等企业中的电缆网络,对供电连续性的要求高,当电容电流IC＞10 A时,对其危害性必须进行限制,而采用自动跟踪补偿的消弧线圈将残流中的无功分量限制到5 A以下,一般是不困难的.根据国内外标准、规程的相关规定和我国试验研究、运行经验进行论证,对于10 k V的全塑电缆、油纸电缆和交联电缆,自动熄弧的上限电流分别为25、15、16 A.为此,接地故障电流补偿界限值最好限定在10～15 A.

1.2 容量计算

供电系统消弧线圈的容量利用公式Q= SICUA/3计算,式中,容量储备系数S,一般取值在1.25～1.35之间;系统对地电容电流IC(A);系统额定电压UA(k V);消弧线圈的容量Q (k VA).计算中,要以当前供电系统的电容电流为主要参考,同时考虑未来几年的冗余.通过选择合适的S值,并综合考虑其他因素,以适应供电系统调谐的要求[4].

1.3 使用方式

利用消弧线圈的自动补偿功能,可以提高消弧线圈运行的成功率,减轻现场人员的操作负担.虽然增加投资,但具有自动跟踪补偿功能的消弧线圈具有诸多好处,降低供电系统运行人员的劳动强度,而且还能显著提高供电系统的连续性,此方面对化工类企业供电非常有意义.如果计划采用多台消弧线圈并列运行,则自动调谐的数量根据供电系统的要求确定[5].

1.4 台数选择

在10 k V及以下供电系统中,可以选择使用单台消弧线圈,超过66 k V的供电系统,或电容电流超过50 A时,应当尽量选择两台以上的消弧线圈,这样配置的原因是增大补偿电流的范围,使调谐精度提高,满足供电系统的灵活调度能力.

2 消弧线圈的安装

2.1 安装消弧线圈的要求

在变电站安装消弧线圈时,需要考虑消弧线圈的容量,要求变压器具有合适的中性点.如果系统发生单相接地故障,补偿电流会流过变压器的一相绕组,因存在一定数值的零序阻抗而形成压降,故作用于消弧线圈上的电压低于相电压,造成消弧线圈的容量不能发挥作用.在保持补偿电流不变的条件下,变压器的零序阻抗越大,消弧线圈的可利用容量越小.为了尽量利用消弧线圈的补偿容量,应将其安装在零序阻抗较小的变压器中性点上.

2.2 变压器的接线方式

消弧线圈的利用容量与变压器的附加损耗问题,均与相应变压器的接线方式有密切的关系.

(1)Y/△接线.如果消弧线圈容量为变压器额定容量的50%,最大电流的额定时间为2 h,变压器过载30%可以运行2 h.此时变压器的零序压降仅为2.75%～5.03%,实际不影响消弧线圈作用的发挥.零序负荷的附加损耗造成变压器过热,与消弧线圈最大补偿电流的额定运行时间有关.由于变压器具有△形绕组,所以不论铁心型式为内铁型或外铁型,也不论△形绕组的布置如何,包括单相变压器组在内,消弧线圈容量不应超过变压器容量50%.为了充分利用消弧线圈的容量和减少电力变压器的零序损耗,将消弧线圈安装于有△绕组的Y绕组中性点是比较理想的.

(2)Y/Y接线.对于Y/Y接线方式的外铁型变压器和单相变压器组,因零序磁通完全经过铁心成闭合回路,零序阻抗与励磁阻抗相等,其塞流作用很大,消弧线圈的作用不能发挥,因此其中性点一般不允许安装消弧线圈.

(3)Y/Y/△接线.Y/Y/△接线方式的变压器,在运行中比较多见.由于有△接线的绕组,如果系统发生接地故障,如单相接地,会使故障绕组产生的补偿电流在变压器铁心内产生附加磁通,造成三相铁心柱是同相的.此时△绕组成为一个负荷,所感应的磁通都是同相的,两者基本平衡,安装消弧线圈非常合适.

3 消弧线圈的使用

使用消弧线圈主要是完成调谐工作,要正确选定运行分接头的位置,为提高使用寿命,位移度不能过高,形成电压谐振;而故障情况下会形成电流谐振,使接地电弧容易熄灭.消弧线圈在不同工作状态下,要求中性点位移电压和残流允许值必须同时满足规定,这样才能合理使用.

3.1 位移度允许值

正常运行情况下,电网的中性点均有残压存在.电网中性点的残压是由三相对地电容不对称引起的,在电网正常运行的情况下,中性点位移度U0的最大允许值为额定相电压的15%.这样,当某一相电压最大可能升高到1.15倍时,则其余两相电压各下降6.5%,可以长期运行.对于电缆网络而言,其不对称很小,在正常情况下,即使靠近谐振点运行,U0也很难超过15%.当U0≤30% 时,允许运行1 h,但应采取措施,设法降到15%以下.当U0=100%时,说明电网中发生了单相永久性接地故障.对于架空线路电网而言,持续运行时间可视具体情况而定.对于电缆网络和混合电网而言,最长不得超过2 h.

3.2 残流无功分量允许值

当谐振接地电网发生单相接地时,从故障点的电弧熄灭和绝缘强度恢复等方面考虑,残流值越小越好.残余电流具有直观性,且便于掌握,故调谐消弧线圈时应以残流为准.在我国规定残流一般不大于5 A.

3.3 补偿状态

消弧线圈具有三种补偿状态,即过补偿运行、欠补偿运行或在临界谐振点运行.如果供电系统中消弧线圈工作在欠补偿状态下发生断路器异常时,造成失谐度减少,而不对称度明显增大,进而系统中性点的位移电压显著升高,这样就可能导致消弧线圈异常动作,带来系统电压事故的诱因.另外,如果消弧线圈工作在过补偿状态下,失谐度会随不对称度升高而增大,可以抑制中性点位移电压的升高,造成中性点位移电压最高也不会超过相电压.

3.4 运行灵活性

在调谐消弧线圈时,应当考虑电网正常运行和故障情况下的运行灵活性.当不同运行方式时,应当保证在电网不会失去补偿,同时重要部分应能保持过补偿运行等.为了保障消弧线圈的正常运行,应当采用具有自动跟踪补偿功能的消弧线圈,减少运行过程中的人工操作,降低生产强度,保证化工类企业的安全生产.供电系统投运时,先由人工调谐消弧线圈,改变补偿电流,待系统稳定后切入自动状态,这样当供电系统运行方式改变时,消弧线圈会自动跟踪并补偿,进而保持系统的正常运转.

4 保障消弧线圈正常运行的方法

在谐振接地系统中,除了对消弧线圈合理调谐、正确操作和适当的运行维护外,还应根据具体情况配合采取如下的一些措施,以保障消弧线圈的正常运行.

4.1 消弧线圈的自动操作

消弧线圈自动运行可以跟踪补偿电容电流,满足系统对调谐状态的性能要求,有助于抑制相间短路和接地故障的概率,可以有效防止接地电弧的破坏作用.这样,消弧线圈的动作成功率自然会提高.

4.2 降低不对称度

在满足U0≤15%的条件下,当电网的不对称度较高时,残流中的无功分量将会大于10 A.若消弧线圈靠近谐振点运行,则必须降低不对称度.

4.3 掌握电容电流变化规律

电网的接地电容电流,随着季节和气候以及导线弧垂的变化而改变.实测结果表明,电容电流冬夏相差约10%,为了提高动作成功率,消弧线圈在冬夏应重新进行调谐.

5 结 论

本文针对化工类企业供电系统的谐振接地实施方法进行研究,重点涉及消弧线圈的使用问题.消弧线圈使用的数量、满足的容量和具体的型号,对提高谐振接地方式的有效性非常重要,应结合化工类企业供电网现状和电网规划综合考虑确定.其中安装地点应合理,相应的变压器接线最好为Y/△接线方式.调谐应以残余电流为主,以失谐度为辅,正确选择运行分接头的位置.为了提高消弧线圈的动作成功率,应尽量采用自动消弧线圈,注意消除电网的绝缘弱点,总结运行经验并提高生产管理水平.

[1] 刘军,张放鸣,张昌征,等.消弧线圈在配电网中的应用分析[J].工矿自动化,2006(3):8587. (Liu Jun,Zhang Fangming,Zhang Changzheng,et al.The Application Analysis of Arc Suppression Coil in Distributed Power Network[J].Industry and Mine Automation,2006, 3:8587.)

[2] 李勤.智能型消弧线圈对配电网接地电容电流的补偿[J].河北电力技术,2007,26(5):3033. (Li Qin.Compensation of Intelligent Arc Suppressing Coil (ASC)for Grounding Capacitive Current of Distribution Network[J].Hebei Electric Power,2007,26(5):3033.)

[3] 李颖峰.配电网中性点经消弧线圈接地方式探讨[J].电气开关,2008,46(6):12,5. (Li Yingfeng.Discussion on Distribution Network Neutral Grounding Modes through Arc Suppression Coil[J]. Electric Switchgear,2008,46(6):12,5.)

[4]叶鹤林,陈霞.10 k V消弧线圈选择与应用[J].江西电力, 2010,34(6):2730. (Ye Helin,Chen Xia.Selection and Application of 10 k V Arc Suppression Coil[J].Jiangxi Electric Power,2010,34 (6):2730.)

[5]李兴发.浅谈谐振接地技术的应用[J].科技资讯,2012 (9):111. (Li Xingfa.Introduction to the Resonant Grounding Technology Application[J].Science&Technology Information,2012(9):111.)

【责任编辑:祝 颖】

Application of Arc Suppression Coil in Power Supply System of Chemical Enterprises

Zhang Xiang
(Control Center,Fushun Power Supply Company,Fushun 113008,China)

For high-risk production environment,higher requirements on the power supply reliability of the enterprise,the use of arc suppression coil by resonant grounding to improve the safety and reliability of power supply is studied,including the parameter selection,installation,adjustment and operation of arc suppression coil.It is considered that the implementation of resonant grounding gives full play to the functions of resonant grounding method,and makes it has better technical and economic indicators.

arc suppression coil;chemical enterprise;power supply system

2095-5456(2014)01-0042-03

TM 475

A

2013 11 23

张 祥(1968),男,辽宁抚顺人,抚顺供电公司调控中心工程师.