城市变电站消弧线圈容量选择

邵昱 拜姝羽 李陆军 李丰克

摘 要：随着城乡建设的不断发展，用户负荷增长，变电站馈线回路增多，线路增长，再加上近年来城市架空入地工程的大量实施，导致系统电容电流值不断增大，在10kV中性点采用经消弧线圈接地系统中，经常出现消弧线圈容量不足的问题。发生单相接地时，由于电容电流较大，弧光不能自熄，将造成绝缘损伤。本文结合××市多个变电站的电容电流实测情况，综合分析了目前常见的消弧线圈容量不足的原因，根据实际情况提出了合理的消弧线圈容量选择，并提出了电容电流值过大时的解决办法。

关键词：消弧线圈;电容电流;容量选择

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）14-0134-03

Capacity Selection of Arc Auppression Coil in Urban Substation

SHAO Yu BAI Shuyu LI Lujun LI Fengke

（State Network Henan Electric Power Company Zhengzhou Power Supply Company，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： With the continuous development of urban and rural construction， the increase of user load， the increase of substation feeder loops， the increase of lines， and the implementation of urban aerial access engineering in recent years， the system capacitance current value is increasing continuously， at 10kV. The neutral point adopts the arc-suppression coil grounding system， and the capacity of the arc-suppressing coil is often insufficient. If single-phase grounding occurs， the arc current cannot be self-extinguishing due to the large capacitance current， which will cause insulation damage. Based on the measured capacitance current of several substations in XX city， this paper comprehensively analyzed the reasons for the shortage of the current capacity of the arc suppression coil， and put forward a reasonable choice of the capacity of Arc cancellation coil according to the actual situation. The solution was proposed when the capacitance current value was too large.

Keywords： arc suppression coil;capacitor current;capacity selection

随着城市电网的不断发展，市区架空线路入地改造大量实施。城市建设的不断扩展，城市中电缆线路的长度快速增加，导致系统单相接地电容电流越来越大。当系统单相接地电容电流超过一定的范围而不对其进行补偿，或补偿容量长期不足，不仅会影响消弧线圈的灭弧功能，而且会对电网和其他设备带来危害[1]。

国家相关电力工程设计规程规定，当6～10kV电网的单相接地电容电流大于30A，中性点应设置消弧线圈，可以在系统发生单相接地故障时产生感性电流，补偿接地电容电流，使通过接地点的电流低于产生间歇电弧或维持稳定的电弧所需要的电流，起到消除接地点电弧的作用，有效减少产生弧光接地过电压的机率。本文结合××市多个变电站的电容电流实测值，选取其中有代表性的变电站，根据相关规程的规定进行电容电流计算，并与投运后的实测值进行对比，找出存在差距的原因，提出解决建议[2]。

1 ××市电网系统电容电流测量结果

表1为变电站消弧线圈及实测值一览表。

由表1可知，有相当一部分变电站目前未配置消弧线圈，其余的变电站则补偿容量不足，或实测值已达到补偿容量的最大值。根据规程规定，装在电网变压器中性点的消弧线圈应采用过补偿式，以防止运行方式改变时，电容电流减少，使消弧线圈处于谐振点运行，过补偿系统取1.35。因此，表1所列变电站的消弧线圈均需要进行增容改造[3]。

2 電容电流计算及消弧线圈容量选择

变电站的建设根据电网规划进行，其供电半径也根据规划决定[4]。以表1所列变电站10为例，对变电站设计时的电容电流进行计算，涉及的公式出自《电力工程电气设计手册电气一次部分》，即[W=KIcUe3]，式中所涉及的参数具体如下。

2.1 Ic为电缆的电容电流

对于10kV电缆线路，电缆的电容电流，根据手册P81相关公式进行计算：

[Ic=95+1.44S2 200+0.23SUe]                     （1）

式中，S为电缆截面;Ue为系统额定电压。

2.2 S为电缆截面的选择

本站主变容量2×63MVA，根据本省电力公司《电网发展技术及装备原则》“城市中低压配电网规划设计原则”4.2条规定：63MVA的110kV主变10kV出线，主变线电缆截面选择铜芯400mm2。因此，S值确定为400。

Ue为系统额定电压，取10.5kV。

则400mm2电缆每公里的电容电流：

[Ic=95+1.44S2 200+0.23SUe=95+1.44×4002 200+0.23×400×10.5=3.07A/km]（2）

依据《电力工程电气设计手册电气一次部分》P262表6-46，变电所10kV增加的接地电容电流附加值为16%。

2.3 电缆长度

根据本省《电网发展技术及装备原则》“城市中低压配电网规划设计原则”2.5条，中压线路的供电半径，在满足供电能力的末端电压质量的前提下，宜控制在如下范围：第一类地区城区不宜超过2km，郊区不宜超过4km。其他城市城区不宜超过3km，郊区不宜超过5km。xx市属于第一类地区，本站变位于城区，因此供电半径按照每回路最大2km计算，10kV每段12回，共24km[5]。则本站变电容电流的估算值为：

[Ic=1.16×3.07×2×12=85.5A]            （3）

2.4 消弧线圈的补偿容量

依据《交流电气装置的过电压保护和绝缘槽盒设计规范》（GB/T 50064—2014）P6页相关公式可知，消弧线圈的补偿容量为：

[W=KIcUe3=1.35×85.5×10.53=699.6kVA]   （4）

式中，W为消弧线圈容量;K为补偿系数，取1.35kVA;Ic为接地电容电流;Ue为系统标称电压。

即在规划的线路规模下，10kV系统每段每条馈线回路均按最大供电半径计算，其电容电流值预估为85.5A，消弧线圈补偿容量最低应选择699.6kVA。本站实际消弧线圈容量选择为600kVA，最大补偿电流100A，实测电容电流116A。

3 变电站出线情况分析

以变电站10为例，分析变电站10kV出线电缆的实际情况，作为计算电容电流实际数值的依据。本站10kVⅠ段出线回路12回，估算电容电流为85.5A，实际消弧线圈容量选择为600kVA，最大补偿电流100A，而实际测量值分别为124A和160A。经核实，10kVⅠ段出线电缆长度总计约32km，每回出线电缆长度平均约为2.6km。

本变电站投运较早，位于城市三环以外，当时属于城郊地区，报装容量不大，出线也多采用架空出线。近年来，随着城市不断扩建，附近大量城中村改造重建，快速路建成通车，带动附近的商业及住宅迅速发展，因周边变电站整体规划尚未完成，本变电站承载的负荷越来越大，电容电流迅速增加。

4 影响电容电流的因素

根据电容电流的计算方法，对比各个变电站的电容电流实测值以及现场核实情况。电容电流的计算中，电缆长度是一个重要因素，但又是一个十分不确定的变量因素，很难估算准确，从而引起电容电流值的估算偏差。影响电缆长度的因素主要有如下两个方面[6]。

①新建变电站电缆长度的确定。根据本省《电网发展技术及装备原则》，xx市新建变电站中压线路的供电半径，市区不宜超过2km，郊区不宜超过4km。但由于供电半径是直线距离，实际中电缆敷设路径很可能超过直线距离的数值。

②由于城市建设的快速发展，而变电站的建设周期较长，客观上造成变电站的从电半径增大，电缆长度增加。

5 对策与建议

①新建变电站在选择消弧线圈容量时，建议电缆长度在供電半径的基础上适当增加，2km的供电半径，电缆长度可按照2.5～3km左右计算。

②新建变电站同期规划配电网系统，在消弧线圈容量计算时掌握准确数据，对线路的敷设路径及负荷性质尽可能了解详细，容量的选择应留有余量。

③根据相关规划，结合国网公司通用设备以及物资系统标准设备参数，建议xx市区变电站消弧线圈容量统一按照900～1 000kVA选择，农网或架空线路可按照630kVA选择。

④规划变电站时充分考虑供电性质及发展规划，对于实际接地电容电流确有可能较大、变电站集中补偿不能满足要求的情况，建议在变电站下端的开闭所进行分散补偿。

参考文献：

[1]刘燕，刘伟.消弧线圈各种补偿方式的分析及应用[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2015（9）：285-286.

[2]魏剑.消弧线圈各种补偿方式的分析和应用[J].现代商贸工业，2010（16）：328.

[3]赵祝伟，裴凌云，孙志明，等.消弧线圈现场安装配置分析与应用研究[J].华北电力技术，2012（5）：25-28.

[4]吴旭涛，邢琳，樊庆龄，等.宁夏电网消弧线圈配置合理性评价[J].宁夏电力，2017（6）：23-27，34.

[5]郭军，罗铁华，俞文俊.调匝式消弧线圈自动控制及工程运用[J].电子技术与软件工程，2016（22）：127-129.

[6]苗晓鹏，辛少飞，辛正，等.基于零序电压等幅相差的消弧线圈调谐新方法[J].电气应用，2017（11）：80-83.