调匝式消弧线圈自动控制及工程运用

郭军++罗铁华++俞文俊

摘 要

准确测量配网电容电流、自动调谐脱谐度和中性点位移电压，在容流、脱谐度越限或系统运行方式变更时，独立或并联运行的消弧线圈能有效配合，自动控制装置不失控、不死机，并确保将告警和保护信息及时上传，这是消弧线圈设计、施工、调试和运行阶段亟待完善的课题。本文就调匝式消弧线圈自动控制技术如何适应工程运用进行探讨。

【关键词】电容电流 脱谐度 调匝式消弧线圈 自动控制

随着电力电缆广泛应用，配网小电流接地系统电容电流急剧增加，当出现间歇性电弧接地时，会产生弧光接地过电压，这种过电压可达相电压的2～5倍，它遍布于与故障点有直接电气连接的整个电网中，它不仅击穿电网中的绝缘薄弱环节，而且对整个电网绝缘都有很大的危害。近年来，因接地弧光过电压而造成的线路跳闸、设备烧毁、爆炸等事故率明显上升。在目前技术条件下，加装消弧线圈是治理配网电容电流最有效的手段，《城市配电网技术导则》和《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》明确要求：当配网单相接地故障电流大于10A时，中性点应装设消弧线圈，且应采用过补偿运行方式，自动调谐消弧线圈接地电容电流测量误差不应超过2%；脱谐度不超过10%；中性点位移电压不超过相电压的15%。近年来，调匝式消弧线圈因其结构简单、价廉物美而在电力系统内得到最广泛的运用，但是，受安装环境和设计理念限制，电网中运行的调匝式消弧线圈自动调谐质量大多不能满足国家标准要求，给电网安全运行留下隐患。因此，应进一步加强各类自动调谐消弧线圈标准化管理。

1 调匝式消弧线圈工作原理

1.1 调匝式消弧线圈结构

如图1所示，调匝式消弧线圈是线圈上设有若干个分接头，对应不同的电感量。装置通过控制消弧线圈分接头的位置，来调节补偿电感电流的大小。消弧线圈分接头的位置采用有载开关控制。

1.2 调谐方式

1.2.1 预调式

系统正常运行时，消弧线圈预先调节，始终靠近谐振点运行，发生单相接地故障时，消弧线圈零延时进行补偿。优点是补偿速度快，缺点是系统正常运行时抬高了中性点位移电压，增加了系统电压不对称度。

1.2.2 随调式

系统正常运行时，消弧线圈远离谐振点，发生单相接地故障时，立即调节消弧线圈至谐振点附近，优点是对系统电压对称度无影响；缺点是补偿反应速度慢。

1.3 补偿原理

如图2所示，单相接地时消弧线圈流补偿电流IL，单相接地时接地点流过电容电流IC，接地点流过补偿残流Ig= IL-IC，自动补偿原理：实时测量线路参数，计算电容电流的大小，根据设定的参数调节消弧线圈的电感量，来改变补偿电流大小，使得残流最小。

2 电容电流测量

2.1 调谐法

准确进行电容电流测量是消弧线圈能否合理补偿的关键因素，在各类容流算法中，调谐法因无需人工干预而广为自动调谐消弧线圈控制装置所采用，图3是调匝式消弧线圈接地系统等值电路图：

2.2 容流采样值校核

根据国网运检部要求，2015年南通供电公司组织实施了变电站配网电容电流实测工作，并与消弧线圈控制装置计算值进行了实时比对。南通供电公司10～35kV母线晓弧线圈配置情况及电容电流校核数据如表1所示。

实测情况表明：部分自动调谐消弧线圈控制装置对系统电容电流测量误差绝对值大于10A，远远高于国家标准《自动跟踪补偿消弧线圈成套装置技术条件》（DL/T 1057-2007）要求允许值（当系统中Ic<30A时， 测量误差不大于1A；当30A100A时，应保证残流不大于7.5A）。若考虑到调匝式消弧线圈档位补偿电流级差5A（以容量630/10 15档消弧线圈为例），则在系统发生单相接地时，接地点感性残流超过15A、脱谐度大于30%。电网接地电弧试验表明：当10kV系统接地残流大于20A或35kV系统接地残流大于15A时，接地电弧不能自行熄灭，也就是当消弧线圈采样值与实际偏差过大时，消弧线圈作用消失，使装置失去了抑制电弧重燃、防止产生弧光接地过电压的功能。

3 调匝式自动调谐消弧线圈工程应用中存在的主要问题及解决办法

3.1 调匝式自动调谐消弧线圈存在的主要问题

通过对南通供电公司本部70座变电站内103台消弧线圈使用情况全面调查和分析，发现调匝式自动调谐消弧线圈主要存在以下问题：

3.1.1 容流计算不准确

如表1所示。

3.1.2 独立或联机运行的消弧线圈控制装置调谐“失控”

如：秦灶变10kV 2号消弧线圈（山东泰开）控制器故障，装置显示调档失败，有连续频繁调档历史记录，人工指令不响应；姜北变10kV 1号消弧线圈控制器（北京电力设备厂）装置告警，容流越限、自动控制失灵、档位不能固定，历史记录显示连续频繁调档；中沙变10kV 2号消弧线圈（广州智光）控制器触发故障；北郊变10kV 2号消弧线圈（河北旭辉）控制器显示残流超标，档位为0档。

3.1.3 脱谐度或中性点位移电压越限

如：新联变10kV 2号消弧线圈（重庆亚东亚）脱谐度-893.6（电容电流过小2.9A，消弧线圈一档时补偿30A）；行南变10kV 1号消弧线圈（上海思源）自动模式下中性点位移电压越限。

3.1.4 自动跟踪补偿消弧线圈成套装置联机运行困难

预调式与随调式消弧线圈、预调式与预调式消弧线圈如无联机协议则并联时，可能出现自动控制失灵、档位不能固定、连续频繁调档等现象。如西郊变10kV 2、3号消弧线圈（预调-预调）；正场变10kV 1、2号消弧线圈（随调-预调）；东海变10kV 1、2号消弧线圈（预调-预调）都出现联机困难。