自动跟踪接地补偿装置在变电所10kV系统中的应用

宋晓菲

摘 要： 由于近几年城乡电网改造，电力事业得到迅速发展，城网和农网的结构发生了明显地变化，电力电缆应用比例逐年上升，特别是城市中心区、新建商业区及新开发的住宅小区都出现了以电缆为主体的配电网络。整个电力网的对地电容电流远远超过10kV中性点接地系统的规定值。这样的电力网一旦发生单相接地故障，电弧则很难熄灭，甚至使事故扩大，目前在我局110kV及以下变电站的10kV系统采用自动调谐原理的接地补偿装置能够解决10kV的相关问题，从而保障电网的安全稳定运行。

关键词： 消弧线圈 中性点 电容电流 自动跟踪补偿

1、接地故障的危害

电力企业承担着提供可靠、优质电力的重任，对供电质量的要求非常严格。近几年来，随着城网、农网改建的深化，电网规模逐步扩大，经常发生瞬时性接地故障不能自动消除，永久性故障在允许的时间内不能准确查找故障点，致使许多绝缘薄弱的地方放电击穿和设备瞬间损坏；配电网的铁磁谐振现象，经常发生电器设备烧毁和熔断器熔断现象；由于动物和树枝等引发的系统单相接地，电弧不能自灭，破坏了周围的绝缘，发展成相间短路，造成停电和设备损坏事故。

2、消弧线圈接地方式的优点及传统消弧线圈存在的问题

10KV电力系统的单相接地故障电容电流超过10A时，应采用消弧线圈接地方式。采用采用自动调谐原理的接地补偿经消弧线圈接地的方式，能克服传统消弧线圈的不足之处具有明显的优点：

2.1供电可靠性高。由于接地电流很小，其电弧可以瞬时自行熄灭，对单相永久性接地故障，允许在一定时间内带故障运行，避免了过多的跳闸现象。

2.2 对人身及设备的安全性较好。由于单相接地时的故障点电流很小，跨步电压和接触电压都比较低，使人身伤亡和弱电设备的损坏率都显著降低。

2.3 接地电流小，对附近通讯线路的干扰极小。

2.4 电弧重燃的次数大为降低，从而使高幅值的过电压出现的概率减小。

3、自动调谐接地补偿装置的应用

现在我们采用自动调谐原理的接地补偿装置，通过欠补、全补和过补的运行方式，很好地解决了这类问题。此装置主要由五大部分组成：接地变压器、电动式消弧线圈、微机控制部分、阻尼电阻部分、中性点专用互感器和非线性电阻。接地变压器提供了人为的中性点，方便接入消弧线圈。消弧线圈电流通过有载开关调节并实现远方自动控制，采用自动调节方式，即在正常运行方式下，根据电网参数的变化而随时调节消弧线圈的分接头到最佳位置。自动跟踪和自动调谐利用微机控制器实现，通过测量中性点位移电压和中性点电流与电压之间的相位差，准确的计算、判断、发出指令，自动进行调整，并显示电容电流、电感电流、残流和位移电压等相关参数。还有追忆、报警、自动打印和信号远送等功能，满足了无人值班变电所的需要。

自动调谐接地补偿装置能够实现很小的脱谐度和全补偿运行，主要是由于在消弧线圈的一次回路中串入了大功率的阻尼电阻，降低了中性点谐振过电压的幅值使之达到相电压的5%～10%。因为如果当系统的电容电流与消弧线圈工作电流相等时，即在谐振时中性点电压也被限制在允许值以下，这样就可实现全补偿方式，这是残流为最小的最佳工作方式。接地时残流很小，不会引起弧光过电压。消弧线圈的脱谐度与电压及电网的阻尼率有关，当电网形成后其不对称电压基本是个固定值，消弧线圈为保证在单相接地时有效地抑制弧光过电压的产生，要求脱谐度在±5%以内，那么只有改变阻尼率，才能改变位移电压，因此应在消弧线圈回路中串入电阻，控制中性点位移电压。

低压电网中由于中性点不对称电压很小，可采用特制的中性点专用互感器来提高测量精度和检测灵敏度；。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，流过变压器的三个同方向的零序磁通，經过油箱壁绝缘油及空气等介质形成闭合的回路，在油箱铁心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%。为了满足消弧线圈接地补偿和满足动力与照明混合负载的需要，可采用ZN/YN 11 连接组别的Z型接线变压器。由于变压器高压侧采用Z 型接线，每相绕组由两段组成，并分别位于不同相的铁芯柱上，两段线圈反极性相连，零序阻抗非常小，空载损耗低，变压器容量可以100%地被利用，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较好的选择。

该消弧线圈采用有载调匝式调节方式，有16个分接头，加宽了调流范围，能够达到最小的脱谐度。配有有载开关可以远方电动或自动操作，有载开关在预调方式下工作，即正常调谐是在系统不接地状态下切换，安全可靠。消弧线圈调谐是由微机自动控制，调谐时消弧线圈不须退出运行，克服了老式线圈的一些缺点，因此，建议目前需要改造的老式消弧线圈采用新型自动调谐消弧线圈方式。

自动调谐接地补偿装置， 是将变压器柜改造为变压器兼接地变压器柜，加装开关、电流互感器及相应的二次保护；接地变。消弧线圈选用有载调匝式调节方式，调节档位应大于9个，以便能够达到最小的脱谐度；正常运行采用过补偿方式，消弧线圈接地回路串接阻尼电阻，以限制中性点电压；保证脱谐度及中性点的位移电压在限定范围内（脱谐度控制在±5%以内，消弧线圈的位移电压不大于相电压的15%，故障点残流不大于5A）；控制部分采用微机控制，自动消谐装置进行自动补偿，能自动检测电网对地电容参数的变化，自动或手动调整消弧线圈的分接头，使其运行在最佳的工作点，保证残流能降低到可靠熄弧的程度；并能远方遥控、遥信、遥测和遥调；以适应变电站无人值班的需要。接地变选用零序阻抗低的ZN/YN 接线方式，能够调节电网的不对称电压。

目前虽然采取了多种形式限制由于电压互感器铁心饱和引起的铁磁谐振过电压，已取得了一些效果，但都不够理想。有的装了消谐器还是产生了谐振过电压，这是由于铁磁谐振过电压本身是一个非线性过程，现象比较复杂。在系统装有多台TV 时，只在某一台TV 的开口三角上装消谐器是很难奏效的，必须要使系统参数发生较大的变化才能将谐振过电压抑制住。

如果在系统的接入消弧线圈来破坏它的谐振条件，就能够有效地抑制谐振过电压的发生。谐振不会发生。另一方面，单相接地发生间歇性电弧时若无消弧线圈，则电容经多次充放电容易造成TV 烧毁；有了消弧线圈，电容对小感抗放电，TV 中电流很小，不会烧毁了。所以在中性点接入消弧线圈，对于由电压互感器铁心饱和引起的铁磁谐振过电压具有很好的限制作用，能够有效地避免事故的发生。

结论

随着经济的发展，对供电的可靠性和电力质量都提出了更高的要求。具有自动跟踪补偿功能的消弧线圈的接地方式目前在10kV系统中使用的比较多。采用自动跟踪补偿功能的消弧线圈，可以将电容电流补偿到残流很小，使瞬时性接地故障自动消除而不影响供电。采用自动调谐原理的接地补偿装置则是比较合理和很有发展前景的中性点接地方式。