消弧線圈自動調(diào)諧裝置在10KV配電網(wǎng)中運用分析

Summary：消弧線圈可以連接變壓器中性點以及大地，從而形成接地系統(tǒng)，有效保護電力的安全、穩(wěn)定輸送，是小電流接地的一種系統(tǒng)。本文深入分析、消弧線圈的結(jié)構(gòu)、補償原理、特性、接地方式、阻尼電阻以及接地容變量選擇等內(nèi)容，希望對我國的10KV配電網(wǎng)的運行安全有積極的影響。Keys：消弧線圈；10KV配電網(wǎng)；接地方式引言：在10KV配電網(wǎng)中，如果變壓器的中性點不接地，就會導(dǎo)致其出現(xiàn)單相金屬性故障的發(fā)生。在以前，這種故障可以在短時間內(nèi)解決，但是隨著城鄉(xiāng)居民用電需求的增加，電網(wǎng)的不斷擴大，電纜線路眾多，因此導(dǎo)致對地電容電流的大量增加，因此在發(fā)生短路故障的時候，由于電流較大，就會造成停電事故。而應(yīng)用消弧線圈，可以減小接地電流，從而避免故障的擴大。1消弧線圈的結(jié)構(gòu)以及補償原理1.1消弧線圈的結(jié)構(gòu)消弧線圈的結(jié)構(gòu)十分簡單，中間的三個鐵芯和上面的線圈組成了Z型的變壓器，并且這個變壓器是接地裝置，三相引出頭1,2,3和配網(wǎng)相互連接，并且中性點和兩側(cè)的繞組相互連接，兩邊的柱子上存在繞組，并且和鐵芯上的兩個繞組交叉連接，最終與接地變壓器的中性點以及大地相連，最終形成了消弧線圈[1]。在電網(wǎng)運行的時候，三相對稱電壓會加到接地變壓器的三端，可以在鐵芯的位置形成正序的磁通，但是在鐵芯的上下兩端所進行的交匯是零，并且通過消弧線圈的兩端的電壓也是零。一旦在配網(wǎng)中存在單相接地的故障，那么就會導(dǎo)致零序電壓的數(shù)值出現(xiàn)變化，而此時變壓器上面所顯示的電壓數(shù)值也會變成零。因為這個時候的零序電壓已經(jīng)被消弧線圈抵消了。如圖1所示，是消弧線圈的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1消弧線圈的結(jié)構(gòu)示意圖1.2消弧線圈的補償原理消弧線圈在應(yīng)用的時候，其作用是補償配網(wǎng)中的電流，使其保持平衡的狀態(tài)，而接地點的電流下降以后，就能夠避免在配網(wǎng)短路的時候電弧重燃，確保能夠提供穩(wěn)定安全的用電。在應(yīng)用的時候，消弧線圈在應(yīng)用的時候還可以使電壓在恢復(fù)的時候速度變低，這樣就不會發(fā)生電弧重燃所導(dǎo)致的電壓急劇升高而造成的惡劣影響。系統(tǒng)的運行一般存在三個相，假設(shè)它們?yōu)镃1、C2、C3，當(dāng)它們處于對稱的情況時，電流就相同，并且相位相差為120°，如果其中的某一個相出現(xiàn)了故障，就會導(dǎo)致其電壓降低為零，而這時候的接地零序電壓為負數(shù)。但是其他的兩個相電壓在出現(xiàn)波動以后會逐漸上升，此時接地點處的電容電流可以用下列公式計算：在這個公式中，U代表的是電阻，I代表的是電流，當(dāng)I3,1和I3,2分別比U1和U2大90°，那么要想計算電容電流的絕對值數(shù)值，就要應(yīng)用下列的計算公式：這個時候，相位為I1的電壓比零序電壓超前90°，因為受到零序電壓的影響，此時的消弧線圈電流也在零序電壓之后90°，因此這個電壓的決定值是：其中U0表示的是零序電壓，而IL則是經(jīng)過消弧線圈的電感電流。因為IL與I3之間的相位差了180°，這個時候在故障點的電流就可以達到平衡的狀態(tài)，從而實現(xiàn)穩(wěn)定的運行。2消弧線圈的特性2.1諧波特性

工作人員在對消弧線圈處于不同的電容量之下的電流諧波進行計算，可以發(fā)現(xiàn)線圈的諧波電流會根據(jù)電容量的變化而變化。如果電容量為額定，或者是50%額定，那么諧波的含量就非常小。在電容量為1/4或者是3/4額定的時候，諧波就會達到最大值的7%[2]。因此工作人員只需要對消弧線圈的特性參數(shù)進行調(diào)整，就能夠減小諧波。2.2伏安特性

伏安特性也就是指一個元件的兩端的電壓和通過這個元件的電流之間存在的一種關(guān)系，對于電阻而言，其兩端的電壓與通過這個電阻的電流是呈現(xiàn)出正比例的關(guān)系的，因此電阻的伏安特性也就是一個直線。在對消弧線圈的伏安特性進行試驗的時候，可以采用串聯(lián)諧振法。在對消弧線圈進行調(diào)諧正確之后，以及投入使用之前，需要對消弧線圈的伏安特性進行測量。具體的做法是利用線圈的電感以及電容組成一個串聯(lián)回路，使其感抗以及容抗能夠得到最高電壓以及最大電流。此時，工作人員需要利用線圈的電感值，對電容量進行估算，然后利用串聯(lián)以及并聯(lián)方法組合成想要的電容量，接著就要斷開電源，并調(diào)節(jié)三相電壓，將電流表調(diào)整為10KV，讀取到對應(yīng)的數(shù)值。接著工作人員要對電壓器進行調(diào)節(jié)，使電壓為零，再將電源打開。隨后，工作人員要將消弧線圈的抽頭位置改變，此時電容器中的電容量也會改變，和電感量互相匹配，重復(fù)上述的步驟，測量10KV時的電流值。最后，工作人員只需要根據(jù)電流值就可以得到消弧線圈的伏安特性曲線。310kV配網(wǎng)的中性接地方式

在接入消弧線圈的時候，工作人員需要將其與電源的中性點連接，這樣在出現(xiàn)單相接地故障的時候，就可以保護配網(wǎng)的安全運行。當(dāng)單相接地故障發(fā)生的時候，繞組如果沒有存在故障，也會承受一定的電壓，這個電壓是原來的倍，但是這種出現(xiàn)損耗的情況在各個位置并不均勻，可能會出現(xiàn)局部電壓激增，導(dǎo)致局部線路過熱的情況，影響變壓器的穩(wěn)定運行，甚至還會使其使用壽命減少。因此在接入接地的消弧線圈的時候，需要保證其容量小于變壓器的容量的20%。本文中的消弧線圈接線方式選擇了Z型接線方式，并且使每相的繞組都有2段，并且處于不同的鐵芯柱子上，而且讓兩段線圈反極性連接，使消弧線圈的零度阻抗更小。此種接地方式所造成的損耗更小，而變壓器中的電容量又能夠得到95%的利用，對配網(wǎng)中的不對稱電壓的調(diào)節(jié)有用。4阻尼電阻4.1阻尼電阻的接入阻尼電阻的接入是為了避免諧振過壓，從而對裝置形成保護的部分。本文中使用阻尼電阻最主要的目的就是在系統(tǒng)出現(xiàn)諧振的情況時，保證中性點的電壓與15%的相電壓小，這樣才能夠報保證系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全運行，從而避免諧振過電壓。如果系統(tǒng)出現(xiàn)了單相接地故障，此時中性點會流過較大的電流，這時候就要阻尼電阻進行短接，使用可控硅，隔離一次與二次的回路[3]。此時，中性點的電壓和電流會急劇增高和增大，如果它們超過了設(shè)定數(shù)值，可控硅就會被觸動，從而進行導(dǎo)通，使阻尼電阻短接，這樣既能夠保護變壓器的安全，又能夠避免發(fā)生更大的故障。一直到單相接地故障消失或者被解決，可控硅就會在過零的時候自己斷開，從而使變壓器能夠正常運行。4.2阻尼電阻的取值

在配網(wǎng)運行的過程中，串聯(lián)的阻尼電阻可以在其正常運行的時候發(fā)揮出作用，但是在發(fā)生單相接地的故障時，因為在變壓器的中性點位置的電流較大，就需要阻尼電阻對短路進行保護。工作人員在進行阻尼電阻取值的時候，需要確保消弧線圈處于全補償狀態(tài)，也就是當(dāng)系統(tǒng)處于諧振點的時候，此時阻尼電阻可以使中性點的電壓升高受到限制，并且能夠抑制諧振電壓過高。4.3阻尼電阻的保護形式當(dāng)配網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障的時候，那么此時的變壓器中性點的電壓就會急劇升高，經(jīng)過中性點的電流較大，這個時候必須將阻尼電阻進行短路保護。在接入阻尼電阻的時候，工作人員需要同時安裝一個交流電源操作的單相真空開關(guān)和一個直流電流操作的單相真空開關(guān)，對阻尼電阻形成保護，而且兩個開關(guān)都必須由獨立的電路執(zhí)行操作命令。5消弧線圈的容量選擇以及運行情況5.1消弧線圈的容量選擇消弧線圈的容量選擇，需要根據(jù)系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障的時候所產(chǎn)生的電容電流的大小進行確定，并且還要比故障時的電流要大，這樣在使用中就可以保證配網(wǎng)的安全。消弧線圈的容量選擇計算公式為：在這個公式中，Q是指消弧線圈的容量，1.35是過補償?shù)南禂?shù)，而Un則是系統(tǒng)的標(biāo)準電壓，而IC則是對地電容電流的大小。在變電管理三所110kV敦厚站10kV消弧線圈更換工程中，對地的電容電流應(yīng)該根據(jù)實際的測量數(shù)據(jù)進行確定，在進行新建工程的時候，則需要根據(jù)配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃以及設(shè)計的資料進行計算，從而確定對地電容電流。要想選擇接地變壓器的容量，其計算公式為：在上面的公式中，S指的是所變?nèi)萘?，而指的是功率因素角，SJ表示的是接地變?nèi)萘?。在配網(wǎng)的運行過程中，接地的變壓器在實際運行的過程中其容量一般和消弧線圈處于相同的水平。當(dāng)接地的變壓器并沒有其他的負載時，只存在一個消弧線圈，那么它們的容量是一致的，但是如果存在其他的負載，也就是變壓器本身承擔(dān)作用，就要具有更大的容量，而具體的數(shù)值應(yīng)該根據(jù)二次側(cè)容量確定。在系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障的時候，需要保證接地電阻流經(jīng)的電流與二次負荷電流和零序電流的矢量和相等。5.2消弧線圈的運行情況在應(yīng)用消弧線圈對變壓器進行保護的時候，當(dāng)出現(xiàn)單相接地故障時，要想避免在線路跳閘以后出現(xiàn)串聯(lián)諧振的現(xiàn)象，就應(yīng)該利用消弧線圈進行補償，如果補償?shù)娜萘坎蛔悖托枰扇∏费a償?shù)男问竭\行[4]。在一般的情況下，配網(wǎng)運行的不對稱度應(yīng)該小于或等于15%，而且中性點的電壓需要保持在15%以內(nèi)，在操作1小時以內(nèi)，應(yīng)該使其允許值設(shè)為30%。如果消弧線圈兩端的電壓已經(jīng)超過了15%的相電壓，那么此時消弧線圈就已經(jīng)處于工作中，也就是已經(jīng)發(fā)生了接地故障，需要工作人員盡快尋找接地點。在系統(tǒng)發(fā)生接地故障的時候，工作人員不能夠停止消弧線圈的運行。當(dāng)消弧線圈內(nèi)部存在異響或者出現(xiàn)放電的聲音，或者是線圈的套管被嚴重破壞的時候，工作人員需要先對接地線路進行停電處理，然后再硬質(zhì)消弧線圈的使用，對系統(tǒng)進行詳細的檢查。如果消弧線圈出現(xiàn)較多的異常情況，工作人員需要對這些異常情況進行記錄，并且及時進行調(diào)度。6中性點電壓的調(diào)整6.1中性點位移電壓異常出現(xiàn)的危害在電纜線配網(wǎng)運行中，中性點的位移電壓如果偏高，或者偏低都會對配網(wǎng)安全造成較大的危害。如果不對稱的電壓較低，并且有限的位移無法滿足自動調(diào)諧裝置的電壓要求，此時調(diào)節(jié)器的靈敏度以及準確性都出現(xiàn)了下降的趨勢，就會導(dǎo)致調(diào)節(jié)器做出較多的調(diào)檔的指令，而其中電流值和脫諧度值出現(xiàn)頻繁的變化，處于不穩(wěn)定的狀態(tài)。此時，因為受到系統(tǒng)電壓處于波動狀態(tài)時的影響，消弧線圈也會出現(xiàn)頻繁的調(diào)檔的情況，從而使裝置以及系統(tǒng)處于不穩(wěn)定的運行中。在架空線配網(wǎng)的運行中，如果系統(tǒng)的不對稱性較大，已經(jīng)達到了1.5%-2.0%，此時消弧線圈的諧振就會較大，使中性點的位移電壓達到5%-12%，此時就會造成三相電壓出現(xiàn)嚴重的不平衡現(xiàn)象，使系統(tǒng)運行的安全性受到威脅。而且中性點的電流也會增大，從而導(dǎo)致阻尼電阻溫度升高，可能會存在接地短路消失以后阻尼電阻不能恢復(fù)如初的情況。6.2中性點位移電壓的調(diào)整方法

鑒于中性點位移電壓異常存在的危害，工作人員需要在對配網(wǎng)進行檢查的時候及時發(fā)現(xiàn)電壓的異常變化，然后對中性點的位移電壓進行調(diào)整。在配網(wǎng)系統(tǒng)中，接地變有3個抽頭，在位移電壓出現(xiàn)異常的時候，工作人員可以對抽頭采取調(diào)檔處理，這樣不僅可以使中性點的電壓降低或者增加。因為系統(tǒng)的不對稱是因為電容不平衡所導(dǎo)致的，對地電容量最小的一般是電壓最高相，而對地電容量最大的一般是電壓最低相，這也就造成了電壓最高相提高電容以后就能夠降低電壓，而反之則可以增加電壓。例如，在進行10KV配網(wǎng)的消弧線圈字運行中的情況進行分析時，對其進行調(diào)查，了解到此段配網(wǎng)的不平衡電壓是2.5V，而在中性點的位移電壓是11.6V，在一般情況中，消弧線圈應(yīng)該在7檔進行運行，并且電容電流是42.3A，電感電流為47.6A。但是因為受到不平衡的電壓的影響，處于中性點的位移電壓較小，此時調(diào)節(jié)器因為受到波動，而出現(xiàn)電容電流數(shù)值不穩(wěn)定的情況，導(dǎo)致測量出的數(shù)值都是錯誤的。此時，工作人員就要將相分接頭從額定的位置調(diào)整到11kV，并且保持其他的兩個相數(shù)值不變，這樣調(diào)節(jié)器受到的干擾就變少，電流數(shù)值相對穩(wěn)定，可以保證裝置的穩(wěn)定、安全運行。結(jié)論：總之，在現(xiàn)代社會的發(fā)展過程中，工業(yè)生產(chǎn)以及人們的生活對用電安全與穩(wěn)定提出了更高的要求。為了避免單相接地故障對城鄉(xiāng)用電安全造成威脅，就需要使用消弧線圈自動調(diào)諧裝置，利用消弧線圈的自動補償功能，使單相接地故障的危險降到最低，保障正常供電。Reference：[1]呂爭,李建軍.消弧線圈在變電站10