1、論單相接地電容電流危害及消弧線圈的發(fā)展煤炭工業(yè)部濟(jì)南設(shè)計(jì)研究院 周海斌、魏岱寧摘要：本文介紹了單相接地電容電流的危害、傳統(tǒng)消弧線圈存在的問(wèn)題以及現(xiàn)在國(guó)內(nèi)主要的幾種消弧線圈的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：電容電流、消弧線圈作者簡(jiǎn)介：周海斌，男，1979年生，2001年畢業(yè)于山東科技大學(xué)電氣工程系，畢業(yè)后進(jìn)入濟(jì)南煤炭設(shè)計(jì)院從事電氣專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)至今。通訊地址：濟(jì)南市堤口路141號(hào)煤炭設(shè)計(jì)院 250031魏岱寧，男，1976年生，2000年畢業(yè)于山東工業(yè)大學(xué)工業(yè)自動(dòng)化系，畢業(yè)后進(jìn)入濟(jì)南煤炭設(shè)計(jì)院從事電氣專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)至今。通訊地址：濟(jì)南市堤口路141號(hào)煤炭設(shè)計(jì)院 250031 Discussing single-phase g

2、rounding capacitance currents damage and developing of arc arrest coilJinan Institute of Design & Research,Ministry of Coal Industry Zhou Haibin 、Wei Daining Abstract: This text introduced the single-phase grounding capacitance currents damage、tradition arc arrest coil existing problems and characte

3、ristics of a few primary kinds arc arrest coil. Key words: capacitance current、arc arrest coil一、我國(guó)城鄉(xiāng)配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的發(fā)展概況建國(guó)初期，我國(guó)各大城市電網(wǎng)開(kāi)始改造簡(jiǎn)化電壓等級(jí)，將遺留下來(lái)的3kV、6kV配電網(wǎng)相繼升壓至10kV，解放前我國(guó)城市配電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地、直接接地和低電阻接地方式都存在過(guò)，上海10kV電纜配電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地、經(jīng)電纜接地、經(jīng)電抗接地3種方式并存運(yùn)行至今，北京地區(qū)10kV系統(tǒng)中性點(diǎn)低電阻與消弧線圈并聯(lián)接地，上海35kV系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈和低電阻接地2種方式并存至今。但是，從

4、50年代至80年代中期，我國(guó)10(6)66kV系統(tǒng)中性點(diǎn)，逐步改造為采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地兩種方式，這種情況在原水利電力部頒發(fā)的電力設(shè)備過(guò)電壓保護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程SDJ7-79中規(guī)定得很明確。80年代中期我國(guó)城市10kV配電網(wǎng)中，電纜線路增多，電容電流相繼增大，而且運(yùn)行方式經(jīng)常變化，當(dāng)電纜發(fā)生單相接地故障時(shí)間一長(zhǎng)，往往發(fā)展成為二相短路。 二、單相接地電容電流的危害目前我國(guó)635kV的電網(wǎng)大多采用中性點(diǎn)不接地的運(yùn)行方式。現(xiàn)有的運(yùn)行規(guī)程規(guī)定：“中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，允許運(yùn)行兩小時(shí)”，但規(guī)程未對(duì)“單相接地故障”的概念加以明確界定。如果單相接地故障為金屬性接地，則故障相的電壓降為零，

5、其余兩健全相對(duì)地電壓升高至線電壓，這類(lèi)電網(wǎng)的電氣設(shè)備在正常情況下都應(yīng)能承受這種過(guò)電壓而不損壞。但是，如果單相接地故障為弧光接地，則會(huì)在系統(tǒng)中產(chǎn)生最高值達(dá)3.5倍相電壓的過(guò)電壓，這樣高的過(guò)電壓如果數(shù)小時(shí)作用于電網(wǎng)，勢(shì)必會(huì)造成電氣設(shè)備內(nèi)絕緣的積累性損傷，如果在健全相的絕緣薄弱環(huán)節(jié)造成絕緣對(duì)地?fù)舸?，將?huì)引發(fā)成相間短路的重大事故。單相接地電容電流的危害主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：1、產(chǎn)生弧光接地過(guò)電壓。2、造成接地點(diǎn)熱破壞及接地網(wǎng)電壓升高。3、產(chǎn)生交流雜散電流。4、接地電弧引起瓦斯煤塵爆炸。三、消弧線圈的作用消弧線圈的作用是當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，提供一電感電流，補(bǔ)償接地電容電流，使接地電流減小，也使得

6、故障相接地電弧兩端的恢復(fù)電壓速度降低，達(dá)到熄滅電弧的目的。當(dāng)消弧線圈正確調(diào)諧時(shí)，不僅可以有效的減少產(chǎn)生弧光接地過(guò)電壓的機(jī)率，還可以有效的抑制過(guò)電壓的輻值，同時(shí)也最大限度的減小了故障點(diǎn)熱破壞作用及接地網(wǎng)的電壓等。四、傳統(tǒng)消弧線圈存在的問(wèn)題 當(dāng)366kV系統(tǒng)的單相接地故障電容電流超過(guò)10A時(shí)，應(yīng)采用消弧線圈接地方式，通過(guò)計(jì)算電網(wǎng)當(dāng)前脫諧度（ = (IL- IC)/IC 100%）與設(shè)定值的比較，決定是否調(diào)節(jié)消弧圈的分接頭，過(guò)去選用的傳統(tǒng)消弧線圈必須停電調(diào)節(jié)檔位，在運(yùn)行中暴露出許多問(wèn)題和隱患，具體表現(xiàn)如下： 1 由于傳統(tǒng)消弧線圈沒(méi)有自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，不能實(shí)時(shí)測(cè)量電網(wǎng)對(duì)地電容電流和位移電壓，當(dāng)電網(wǎng)運(yùn)行方式

7、或電網(wǎng)參數(shù)變化后靠人工估算電容電流，誤差很大，不能及時(shí)有效地控制殘流和抑制弧光過(guò)電壓，不易達(dá)到最佳補(bǔ)償。 2 傳統(tǒng)消弧線圈按電壓等級(jí)的不同、電網(wǎng)對(duì)地電容電流大小的不同，采用的調(diào)節(jié)級(jí)數(shù)也不同，一般分五級(jí)或九級(jí)，級(jí)數(shù)少、級(jí)差電流大，補(bǔ)償精度很低。 3 調(diào)諧需要停電、退出消弧線圈，失去了消弧補(bǔ)償?shù)倪B續(xù)性，響應(yīng)速度太慢，隱患較大，只能適應(yīng)正常線路的投切。如果遇到系統(tǒng)異?；蚴鹿是闆r下，如系統(tǒng)故障低周低壓減載切除線路等，來(lái)不及進(jìn)行調(diào)整，易造成失控。若此時(shí)正碰上電網(wǎng)單相接地，殘流大，正需要補(bǔ)償而跟不上，容易產(chǎn)生過(guò)電壓而損壞電力系統(tǒng)絕緣薄弱的電器設(shè)備，引起事故擴(kuò)大、雪上加霜。 4由于消弧線圈抑制過(guò)電壓的效果與

8、脫諧度大小相關(guān)，實(shí)踐表明：只有脫諧度不超過(guò)5%時(shí)，才能把過(guò)電壓的水平限制在2.6倍的相電壓以下(見(jiàn)參考文獻(xiàn)1)，傳統(tǒng)消弧線圈則很難做到這一點(diǎn)。 5運(yùn)行中的消弧線圈不少容量不足，只能長(zhǎng)期在欠補(bǔ)償下運(yùn)行。傳統(tǒng)消弧線圈大多數(shù)沒(méi)有阻尼電阻，其與電網(wǎng)對(duì)地電容構(gòu)成串聯(lián)諧振回路，欠補(bǔ)償時(shí)遇電網(wǎng)斷線故障易進(jìn)入全補(bǔ)償狀態(tài)（即電壓諧振狀態(tài)），這種過(guò)電壓對(duì)電力系統(tǒng)絕緣所表現(xiàn)的危害性比由電弧接地過(guò)電壓所產(chǎn)生的危害更大。既要控制殘流量小，易于熄弧；又要控制脫諧度保證位移電壓不超標(biāo)，這對(duì)矛盾很難解決。鑒于上述因素，只好采用過(guò)補(bǔ)償方式運(yùn)行，補(bǔ)償方式不靈活，脫諧度一般達(dá)到15%25%，甚至更大，這樣消弧線圈抑制弧光過(guò)電壓效果

9、很差，幾乎與不裝消弧線圈一樣。 6單相接地時(shí)，由于補(bǔ)償方式、殘流大小不明確，用于選擇接地回路的微機(jī)選線裝置更加難以工作。此時(shí)不能根據(jù)殘流大小和方向或采用及時(shí)改變補(bǔ)償方式或調(diào)檔變更殘流的方法來(lái)準(zhǔn)確選線。該裝置只能依靠含量極低的高次諧波（小于5%）的大小和方向來(lái)判別，準(zhǔn)確率很低，這也是過(guò)去小電流選線裝置存在的問(wèn)題之一。 7 為了提高我國(guó)電網(wǎng)技術(shù)和裝備水平，國(guó)家正在大力推行電網(wǎng)通訊自動(dòng)化和變電站綜合自動(dòng)化的科技方針，實(shí)現(xiàn)四遙（遙信、遙測(cè)、遙調(diào)、遙控），進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班，傳統(tǒng)消弧線圈根本不具備這個(gè)條件。五、自動(dòng)跟蹤消弧線圈補(bǔ)償技術(shù)自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈裝置可以自動(dòng)適時(shí)的監(jiān)測(cè)跟蹤電網(wǎng)運(yùn)行方式的變化，快速地

10、調(diào)節(jié)消弧線圈的電感值，以跟蹤補(bǔ)償變化的電容電流，使失諧度始終處于規(guī)定的范圍內(nèi)。大多數(shù)自動(dòng)跟蹤消弧裝置在可調(diào)的電感線圈下串有阻尼電阻，它可以限制在調(diào)節(jié)電感量的過(guò)程中可能出現(xiàn)的中性點(diǎn)電壓升高，以滿足規(guī)程要求不超過(guò)相電壓的15%。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生永久性單相接地故障時(shí)，阻尼電阻可由控制器將其短路，以防止損壞。六、目前國(guó)內(nèi)的幾種產(chǎn)品自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈按改變電感方法的不同，大致可分為有分接頭的調(diào)匝式,有可動(dòng)鐵芯的調(diào)氣隙式，磁閥式調(diào)節(jié)的消弧線圈，高短路阻抗變壓器式消弧系統(tǒng)以及調(diào)容式消弧補(bǔ)償裝置等?，F(xiàn)僅介紹主要的三種產(chǎn)品。1、調(diào)匝式該裝置屬于隨動(dòng)式補(bǔ)償系統(tǒng)，它同調(diào)氣隙式的唯一區(qū)別是動(dòng)芯式消弧線圈用有載調(diào)匝式消弧線

11、圈取代，這種消弧線圈是用原先的人工調(diào)匝消弧線圈改造而成，即采用有載調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)改變工作繞組的匝數(shù)，達(dá)到調(diào)節(jié)電感的目的。其工作方式同調(diào)氣隙式完全相同，也是采用串聯(lián)電阻限制諧振過(guò)電壓。該裝置同調(diào)氣隙式相比，消除了消弧線圈的高噪音，但是卻犧牲了補(bǔ)償效果，消弧線圈不能連續(xù)調(diào)節(jié)，只能離散的分檔調(diào)節(jié)，補(bǔ)償效果差，并且同樣具有過(guò)電壓水平高，電網(wǎng)中原有方向型接地選線裝置不能使用及串聯(lián)的電阻存在爆炸的危險(xiǎn)等缺點(diǎn)，另外該裝置比較零亂，它由四部分設(shè)備組成（接地變壓器，消弧線圈、電阻箱、控制柜）。2、調(diào)氣隙式調(diào)氣隙式屬于隨動(dòng)式補(bǔ)償系統(tǒng)。其消弧線圈屬于動(dòng)芯式結(jié)構(gòu)，通過(guò)移動(dòng)鐵芯改變磁路磁阻達(dá)到連續(xù)調(diào)節(jié)電感的目的。然而其調(diào)整只

12、能在低電壓或無(wú)電壓情況下進(jìn)行，其電感調(diào)整范圍上下限之比為2.5倍?？刂葡到y(tǒng)的電網(wǎng)正常運(yùn)行情況下將消弧線圈調(diào)整至全補(bǔ)償附近，將約100歐電阻串聯(lián)在消弧線圈上。用來(lái)限制串聯(lián)諧振過(guò)電壓，使穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓數(shù)值在允許范圍內(nèi)（中性點(diǎn)電位升高小于15%的相電壓）。當(dāng)發(fā)生單相接地后，必須在0.2S內(nèi)將電阻短接實(shí)現(xiàn)最佳補(bǔ)償，否則電阻有爆炸的危險(xiǎn)。該產(chǎn)品的主要缺點(diǎn)主要有四條：（1）工作噪音大，可靠性差：動(dòng)芯式消弧線圈由于其結(jié)構(gòu)有上下運(yùn)動(dòng)部件，當(dāng)高電壓實(shí)施其上后，振動(dòng)噪音很大，而且隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，內(nèi)部越來(lái)越松動(dòng)，噪音越來(lái)越大。串聯(lián)電阻約3kW，100M。當(dāng)補(bǔ)償電流為50A時(shí)，需要250kW容量的電阻才能長(zhǎng)期工作，所

13、以在接地后，必須迅速切除電阻，否則有爆炸的危險(xiǎn)。這就影響到整個(gè)裝置的可靠性。（2）調(diào)節(jié)精度差：由于氣隙微小的變化都能造成電感較大的變化，電機(jī)通過(guò)機(jī)械部件調(diào)氣隙的精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。用液壓調(diào)節(jié)成本太高。（3）過(guò)電壓水平高：在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，消弧線圈處于全補(bǔ)償狀態(tài)或接近全補(bǔ)償狀態(tài)，雖有串聯(lián)諧振電阻將穩(wěn)態(tài)諧振過(guò)電壓限制在允許范圍內(nèi)，但是電網(wǎng)中的各種擾動(dòng)（大電機(jī)投切，非同期合閘，非全相合閘等），使得其瞬態(tài)過(guò)電壓危害較為嚴(yán)重。（4）功率方向型單相接地選線裝置不能繼續(xù)使用。3、偏磁式電控?zé)o級(jí)連續(xù)可調(diào)消弧線圈，全靜態(tài)結(jié)構(gòu)，內(nèi)部無(wú)任何運(yùn)動(dòng)部件，無(wú)觸點(diǎn)，調(diào)節(jié)范圍大，可靠性高，調(diào)節(jié)速度快。這種線圈的基本工作原理是利用施

14、加直流勵(lì)磁電流，改變鐵芯的磁阻，從而改變消弧線圈電抗值的目的，它可以帶高壓以毫秒級(jí)的速度調(diào)節(jié)電感值。綜上所述：采用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方式，從根本上解決了補(bǔ)償系統(tǒng)串聯(lián)諧振過(guò)電壓與最佳補(bǔ)償之間相互矛盾的問(wèn)題。眾所周知，消弧線圈在高壓電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)無(wú)任何好處，如果這時(shí)調(diào)諧到全補(bǔ)償或接近全補(bǔ)償狀態(tài)，會(huì)出現(xiàn)串聯(lián)諧振過(guò)電壓使中性點(diǎn)電壓升高，電網(wǎng)中各種正常操作及單相接地以外的各種故障的發(fā)生都可能產(chǎn)生危險(xiǎn)的過(guò)電壓。所以電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)消弧線圈使其跟蹤電網(wǎng)電容電流的變化有害無(wú)利，這也就是電力部門(mén)規(guī)定“固定式消弧線圈不能工作在全補(bǔ)償或接近全補(bǔ)償狀態(tài)”的原因。國(guó)內(nèi)同類(lèi)自動(dòng)補(bǔ)償裝置均是隨動(dòng)系統(tǒng)，都是在電網(wǎng)尚未發(fā)生接地故障前即將消弧線圈調(diào)節(jié)到全補(bǔ)償狀態(tài)等待接地故障的發(fā)生，這了避免出現(xiàn)過(guò)高的串聯(lián)諧振過(guò)電壓而在消弧線圈上串聯(lián)一阻尼電阻，將穩(wěn)態(tài)諧振過(guò)電壓限制到容許的范圍內(nèi)，并不能解決暫態(tài)諧振過(guò)電壓的問(wèn)題，另外由于電阻的功率限制，在出現(xiàn)接地故障