中性点不接地系统中消弧线圈补偿技术的应用及展望
　　
　　中石化股份天津分公司炼油部           魏金军
　　
　　摘要介绍中性点不接地系统电容电流对供电系统的影响,同时介绍了消弧线圈补偿技术的应用现状及其发展。
　　
　　在石化企业装置配电系统中多为6kV中性点不接地系统,且6kV出线多为铠装电缆深埋地下出线。由于电缆的对地电容远远大于架空线的对地电容,所以,在6～10kV配电网络中,单相接地电容电流将急剧增加，根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定,“3～66kV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”。
　　
　　1 中性点不接地系统的特点
　　
　　选择电网中性点接地方式是一个要考虑许多因素的问题,它与电压等级、单相接地短路电流数值、过电压水平、保护配置等有关。并直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、主变压器和发电机的安全运行以及对通信线路的干扰等。
　　
　　6kV中性点不接地系统(小电流接地系统)具有如下特点:当一相发生金属性接地故障时,接地相对地电位为零,其它两相对地电位比接地前升高倍,一般情况下,当发生单相金属性接地故障时,流过故障点的短路电流为全部线路接地电容电流之和,当其数值不大时,消弧线圈发出接地报警信号,值班人员一般在两小时内排除接地故障,保证连续不间断供电。
　　
　　2 单相接地电容电流的危害
　　
　　当电网发展到一定规模,6kV出线总长度增加,对地电容较大时,单相接地电流就不容忽视。当单相接地电流超出允许值,接地电弧不易熄灭,易产生较高弧光间歇接地过电压,波及整个电网的安全运行。单相接地电容电流过大的危害主要体现在五个方面:
　　
　　(1)弧光接地过电压危害
　　
　　当电容电流过大,接地点电弧不能自行熄灭,出现间歇性电弧接地时,产生弧光接地过电压,这种过电压可达相电压的3～5倍或更高,它遍布于整个电网中,并且持续时间长,可达几小时。它不仅击穿电网中的绝缘薄弱环节,使用电设备、电缆、变压器等绝缘老化,缩短使用寿命,而且对整个电网绝缘都有很大的危害。
　　
　　(2)造成接地点热破坏及接地网电压升高
　　
　　单相接地电容电流过大,使接地点热效应增大,对电缆等设备造成热破坏,该电流流入接地网后由于接地电阻的原因,使整个接地电网电压升高,危害人身安全。
　　
　　(3)交流杂散电流危害
　　
　　电容电流流入大地后,在大地中形成杂散电流,该电流可能产生火花,引燃可燃气体、煤尘爆炸等,并且腐蚀水管、气管等金属设施。
　　
　　(4)接地电弧还会直接引起火灾,甚至直接引起可燃气体、煤尘爆炸。
　　
　　(5)配电网对地电容电流增大后,架空线路尤其是雷雨季节,因单相接地引起的短路跳闸事故占很大比例。
　　
　　3 传统消弧线圈存在的问题
　　
　　3～66kV系统的单相接地故障电容电流超过10A时,一般都采用经消弧线圈接地的方法,通过计算电网当前脱谐度(ε=[(IL-IC)/IC]×100%与设定值的比较,决定是否调节消弧圈的档位。此类老式消弧线圈,在运行中暴露出许多问题和隐患,具体表现如下:
　　
　　(1)由于老式消弧线圈没有自动测量系统,不能实时测量电网对地电容电流和位移电压,当电网运行方式或电网参数变化后靠人工估算电容电流,误差很大,不能及时有效地控制残流和抑制弧光过电压,不易达到最佳补偿；
　　
　　(2)传统消弧线圈按电压等级的不同、电网对地电容电流大小的不同,采用的调节级数也不同,一般分五级或九级,级数少、级差电流大,补偿精度就低；
　　
　　(3)调谐需要停电、退出消弧线圈,失去了消弧补偿的连续性,响应速度太慢,隐患较大,只能适应正常线路的投切；
　　
　　(4)由于消弧线圈抑制过电压的效果与脱谐度大小相关,实践表明:只有脱谐度不超过±5%时,才能把过电压的水平限制在2.6倍的相电压以下,传统消弧线圈则很难做到这一点；
　　
　　(5)单相接地时,由于补偿方式、残流大小不明确,降低了微机选线装置的准确率;
　　
　　(6)为了提高我国电网技术和装备水平,国家正在大力推行电网通讯自动化和变电站综合自动化的科技方针,实现四遥(遥信、遥测、遥调、遥控),进而实现无人值班,传统消弧线圈根本不具备这个条件。
　　
　　4 自动跟踪消弧线圈补偿技术应用
　　
　　通过对传统消弧线圈存在的问题分析,现在都采用自动跟踪消弧线圈补偿技术和配套的单相接地微机选线技术。目前自动跟踪补偿的消弧线圈主要有3类,调匝式消弧线圈、调容式消弧线圈和相控式(偏磁式)消弧线圈。
　　
　　调匝式消弧线圈与老式消弧线圈的调节原理相同,都是通过调节有载分接开关的档位来调节线圈电感量。这种电感量的变化是分级的、不连续的,它同样也有调节档位的分接开关,而为了与自动跟踪技术相适应,此种开关为有载调节,这种开关由于是机械触点调节,所以不可避免的存在一定的机械寿命,影响设备的使用寿命。调容式消弧线圈是通过接触器切换不同容量的电容器来实现消弧线圈的电感量变化的,所以它也是有级差、不可连续的,而且由于其电子器件更多,电容器的使用寿命更短,所以此种消弧线圈也很容易出问题。
　　
　　相控式消弧线圈是通过大容量晶闸管技术来调节消弧线圈二次线圈的电感量,进而改变消弧线圈主线圈的电感量,从而实现消弧线圈电感量的连续调节。由于它没有任何机械动作,所以使用寿命更长。而偏磁式消弧线圈是相控式消弧线圈的一种,它也是采用晶闸管整流技术,但它是用平稳的直流控制消弧线圈的二次线圈来调节消弧线圈电感量的变化的。所以,它比普通相控式消弧线圈产生的谐波干扰更小。
　　
　　LBD-PXB系列自动跟踪补偿的偏磁式消弧线圈除了可以实现自动跟踪补偿的基本功能外，还可以装载专用的小电流选线模块，故障录波分析等模块，从而使控制装置实现了模块化拼装，有利于系统的更新换代。偏磁式消弧线圈全套装置包括:中性点隔离开关G、Z型接地变压器DKS(系统有中性点可不用)、偏磁式消弧线圈PXHD、中性点氧化锌避雷器MOA、集成于消弧线圈本体的电压互感器PT、中性点电流互感器CT、核心控制单元LBD-PXB。图1是该设备组成的示意图。

　　
　　该套设备具有自动化程度高、运行可靠、人机界面友好等特点,在我部有多台应用,并在接地故障时发挥了重要的作用,可靠地保证了电力系统的安全稳定运行。
　　
　　5 消弧线圈的展望
　　
　　综上分析,目前消弧线圈向着自动化、无机械触点的方向发展,由于新技术不断出现,将来会向集成化、无线操作的方向发展,人们可以随时监测和控制消弧线圈的动作,使其满足变电站的无人值守需要。
　　
　　作者简介
　　
　　魏金军，高级工程师。中国石油化工股份有限公司天津分公司炼油部电气高级专家。天津大学工程硕士，主要从事天津石化炼油部电气仪表的设备管理工作。

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