浅析配电网消弧线圈补偿

2014-11-05左保民杨保华张喻斌

电子技术与软件工程 2014年18期

左保民++杨保华++张喻斌

摘要

配电网系统为中性点不接地系统，消弧线圈的作用就是为限制电网中单相接地故障时产生过大电容电流，防止铁磁谐振过电压，增加对电网的保护作用。消弧线圈补偿系统的分类固定和自动补偿系统，补偿方式有全补偿、欠补偿、过补偿三种。

【关键词】消弧线圈过电压接地脱谐度补偿系统

传统观念认为，3～35kV电网属于配电网，此类电网中内部过电压的绝对值不高，所以危及电网绝缘安全的主要因素不是内部过电压，而是大气过电压，因而长期以来采取的过电压保护措施仅限于装设各种类型的避雷器，其保护值较高，一般为正常运行时相对地电压峰值的3.5倍以上，仅对保护雷电侵害有效，但对内部过电压不起任何保护作用。

然而，当这类电网发展到一定规模时，内部过电压，特别是电网发生单相间歇性弧光接地时产生的弧光接地过电压及特殊条件下产生的铁磁谐振过电压已成为这类电网设备安全运行的一大威胁，其中以单相弧光接地过电压最为严重。一旦系统发生单相接地故障，较大的接地电流（电容电流）就会在故障点产生电弧等，严重时会引起相间故障或造成停电事故，尤其在电机、变压器内部发生单相接地故障，会彻底烧毁设备，给生产造成重大损失，为了防止造成这些危害，因此广泛采用消弧线圈对其进行补偿。

1 消弧线圈的作用

消弧线圈是装设于配电网中性点的可调电感线圈，当电网发生单相接地故障时，消弧线圈产生电感电流，该电感电流补偿因单相接地而形成的电容电流，使得故障点接地电流变为数值减小的残余电流；降低了接地电弧过零熄灭后故障相电压恢复的初速度，延长了恢复时间，并限制了恢复电压的最大值，避免了接地电弧的重燃，达到彻底熄弧的目的。同时由于消弧线圈的嵌位作用，可以有效的防止铁磁谐振过电压。消弧线圈补偿效果越好，对电网的安全保护作用越大，所以需要跟踪电容电流变化自动调谐的消弧线圈。

2 消弧线圈作用原理及分类

2.1 消弧线圈作用原理

当消弧线圈正确调谐时，可以有效的减少产生弧光接地过电压的机率，和抑制过电压的辐值，最大限度的减小了故障点热破坏作用及接地网的电压等。

所谓正确调谐，即电感电流接地或等于电容电流，工程上用脱谐度V来描述调谐程度

V=（IC-IL）/IC

当V=0时，称为全补偿，当V>0时为欠补偿，V<0时为过补偿。从发挥消弧线圈的作用上来看，脱谐度的绝对值越小越好，最好是处于全补偿状态，即调至谐振点上。但是在电网正常运行时，小脱谐度的消弧线圈将产生各种谐振过电压。如在油田电网中，当消弧线圈处于全补偿时，电网正常稳态运行情况下其中性点位移电压是未补偿电网的10～25倍，这就是通常所说的串联谐振过电压。除此之外，电网中的各种操作（如大电机的启动等）都可能产生危险的过电压，所以电网正常运行时或发生单相接地故障以外的其它故障时，小脱谐度的消弧线圈给电网带来的不安全因素。综上所述，当电网未发生单相接地故障时，希望消弧线圈的脱谐度越大越好。

2.2 消弧线圈补偿系统的分类

（1）固定补偿系统早期采用人工调匝式固定补偿的。固定补偿方式因很难适应变动比较频繁的电网，这种系统已不再使用。

（2）自动补偿系统跟踪电网电容电流自动调谐的装置，又分为两种，一种为动态补偿系统，另一种为随动式补偿系统。

动态补偿系统是：在电网正常运行时，调整消弧线圈远离谐振点，彻底避免串联谐振过电压和各种谐振过电压产生的可能性，当电网发生单相接地后，瞬间调整消弧线圈到最佳状态，使接地电弧自动熄灭。这种系统要求消弧线圈能带高电压快速调整，从根本上避免了串联谐振产生的可能性，通过适当的控制，该系统是唯一可能使电网中原有功率方向型单相接地选线装置继续使用的系统。采用动态补偿方式，从根本上解决了补偿系统串联谐振过电压与最佳补偿之间相互矛盾的问题。

随动式补偿系统是：自动跟踪电网电容电流的变化，随时调整消弧线圈，使其保持在谐振点上，在消弧线圈中串一电阻，增加电网阻尼率，将谐振过电压限制在允许的范围内。当电网发生单相接地故障后，控制系统将电阻短接掉，达到最佳补偿效果，该系统的消弧线圈不能带高压调整。缺点是不能解决暂态谐振过电压的问题，另外由于电阻的功率限制，在出现接地故障后必须迅速的切除，这无疑给电网增加了一个不安全因素。

根据改变电感方法的不同，又可分为三类：调气隙式、调匝式及偏磁式。

（1）调气隙式调气隙式属于随动式补偿系统。其消弧线圈属于动芯式结构，通过移动铁芯改变磁路磁阻达到连续调节电感的目的。但只能在低电压或无电压情况下进行，电感调整范围上下限之比为2.5倍。当发生单相接地后，必须在0.2S内将电阻短接实现最佳补偿，否则电阻有爆炸的危险。

（2）调匝式调匝式属于随动式补偿系统，它同调气隙式的唯一区别是动芯式消弧线圈用有载调匝式消弧线圈取代，即采用有载调节开关改变工作绕组的匝数，达到调节电感的目的。该装置同调气隙式相比，消除了消弧线圈的高噪音，但却牺牲了补偿效果，消弧线圈不能连续调节，只能离散的分档调节，补偿效果差，存在过电压情况。

（3）偏磁式偏磁式消弧线圈是采用避开谐振点的动态补偿方法，根本不让串联谐振出现，即在电网正常运行时，不施加励磁电流，将消弧线圈调谐到远离谐振点的状态，但实时检测电网电容电流的大小，当电网发生单相接地后，瞬时（约20ms）调节消弧线圈实施最佳补偿。

3 消弧线圈的补偿方式

补偿方式的选择，应视发电机电势是否对称、电网各相电容是否相等、电网正常工作时中性点电压是否等于零等情况而定，分为三种形式：全补偿，过补偿，欠补偿。

（1）全补偿消弧线圈中的电流与电容电流相等，接地电流接近于零，此时ωL=1/3ωC∑，容易引起串联谐振，谐振将导致电源中性点对地低压升高及系统过电压，不采用。

（2）欠补偿消弧线圈中的电流小于电容电流，如果采用欠补偿方式，在切除部分线路后，也可能造成全补偿，引起谐振，有使电压升高的危险。很少采用。

（3）过补偿消弧线圈中的电流大于电容电流，这种补偿方式没有发生过电压的危险，并且在过补偿情况下，当电网中线路减少时，不致成为全补偿，一般均采用过补偿方式。

参考文献

[1]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（08）.

[2]江苏省电力工业局南通供电局变电运行培训教材[M].北京：中国水利电力出版社.