电力专栏 随 消弧线圈补偿问题的探讨 于聃 （中海石油研究总院，北京１０００２７） 摘要：介绍电力组网项目中消弧线圈的参数选择，分析消弧线圈补偿方面的若干问题。 关键词：消弧线圈；参数；补偿 Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ Ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ Ａｒｃ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｃｏｉｌ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ＹＵＤａｎ （ＣＮＯＯＣ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｒｉｎｇ １０００２７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｒｃ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｃｏｉｌ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｉｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ｎｅｔｗｏｒｋ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ａｒｃ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｃｏｉｌ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｒｃ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｃｏｉｌ；ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ；ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ １消弧线圈的参数选择 １．１电网的电容电流 电网的电容电流是选择消弧线圈参数的主要依 据。关于装设消弧线圈时该电容电流 的限值问题， 我国现今执行的是电力行业标准ＤＬ／Ｔ６２０—１９９７《交 流电气装置的过电压保护和绝缘配合》。ＳＤＪ７—７９在 １．３消弧线圈的台数及型式 在谐振接地系统中．一般应当避免只用一台消弧 线圈 这样．可以扩大补偿电流的范围。提高调谐的精 度．方便系统分区和增加电网运行的灵活性等。当电网 的电容电流超过５０Ａ时．应当考虑采用两台消弧线圈。 电容电流更大时．则应采用多台，并分散安装在谐振接 地系统的各结点变电所．其益处远远超过选择大容量 确定 的限值时，只考虑了电网的电压等级，没有考 虑线路的种类和电网的构成。关于电缆线路构成的 中压电网．根据我国的研究成果与实践经验，对于６～ ｌＯｋＶ的全塑电缆、油纸电缆和交联电缆，自动熄弧的 上限电流分别为ＩＯＡ、１５Ａ和２５Ａ。石油和化工行业 的消弧线圈 对于小电网及发展初期的电网，安装一台 消弧线圈即能满足运行要求．在经济上也较合理。 为了提高消弧线圈的动作成功率，并减轻运行人 员的操作负担．应当优先选用自动跟踪补偿的消弧线 圈 虽然投资有所增加．但可以对运行带来许多方便， 中的电缆网络．对供电连续性的要求很高．当Ｉｃ＞１０Ａ 时．对其危害性必须进行限制。采用自动跟踪补偿的 消弧线圈将残流中的无功分量限制到５Ａ以下．一般 是不困难的 适应无人值班变电所的发展需要．而且还能显著提高 电网的供电连续性。 即使电网中预计有许多台消弧线圈并联运行．但 只需少量台数为自动调谐者．便可满足运行方式改变 １．２消弧线圈的容量 消弧线圈的容量选择．应以现行电网的电容电流 时电网对自动跟踪补偿的要求．具体台数可根据电网 可能分区运行的情况来确定 为主要依据．同时考虑５～１０年的发展 消弧线圈容量 计算公式： １．４位移度允许值 正常运行情况下．发电机和电网的中性点均有残 Ｑ＝ｓｉｃ 式中．Ｓ为容量储备系数，一般为１．２５～１．３５； 为 系统对地电容电流，Ａ； 为系统额定电压，ｋＶ。 压存在。 电网中性点的残压是由三相对地电容不对称引起 的 在正常情况下投入消弧线圈时，因电压谐振的关 系，会使中性点发生显著位移，位移度 ｏ＝— ｘ／ｖ ＋ｄ２ 。当 作者简介：ｆ＇￣（１９８５－），电气工程师，从事海洋石油工程设计研 究工作。 收稿日期：２０１３．０５．１８ 运行方式确定后。ｕ 将由失谐度 、阻尼率ｄ和不对称 度 所确定。 在电网正常运行的情况下．中性点位移度的最大允 ７０ ＷＷＷ．ｃｈｉｎａｃａａａ．ｃｏｍ 自动化应用 许值为额定相电压的１５％ 当某一相电压最大可能升高 到１．１５倍时。则其余两相的电压各下降６．５％．可以长期 运行。对于电缆网络而言，其不对称度很小，在正常情况 下，即使靠近谐振点运行，Ｕｏ也很难超过１５％。 由于运行方式的改变或逐相操作等原因．位移度 可能会明显升高。当ｕｏ￣３０％时。允许运行ｌｈ，但应采 取措施．设法降低到１５％以下 对于自动跟踪消弧线 圈来说．则不存在这一问题 当ｕｏ＝１００％时．说明电网中发生了单相永久性接 地故障。对于架空线路电网而言．持续运行时间可视 具体情况而定。对于电缆网络和混合电网而言．最长 不得超过２ｈ。这时运行人员应当积极采取措施．在值 班调度人员的统一指挥下．在尽可能短的时间内检出 故障线路，并及时将其清除。利用微机接地保护装置． 可在很短的时间内自动完成这一任务 对于发电机来说．由于采用了分布绕组和短距绕 组，三相对地电容相当平衡。发电机的残压ｕ∞主要是 ３次谐波．且其值随负荷的不同而改变。 ２消弧线圈的补偿问题 ２．１消弧线圈伏安特性对补偿效果的影响 一般情况下．为了能达到补偿不同零序电容电流 和跟踪配电网的需要．消弧线圈都做成了分级式结 构．分级的形式多种多样．分级的多少视消弧线圈的 容量来定．每一级都对应着额定电压下的一种额定补 偿电流。目前实际运行中的消弧系统，投档原则是，不 管单相接地时中性点电压 为多少．都是按照某档 位额定补偿电流与额定电容电流基本相等的原则将 消弧线圈调至该档位。这种投档方式，仅当消弧线圈 伏安特性接近直线时是可行的．因为只有在此条件下 消弧线圈某档位补偿电流与电容电流均与中性点电 压成正比．保证了二者额定电流相等。 但当消弧线圈伏安特性为非线性时．这种投档方 式．仅在线路发生单相金属性接地时是较为合理的． 因为此时中性点电压接近于消弧线圈的额定工作电 压．与各档位电流实测条件相当：但当线路发生高阻 接地时．这种投档方式就不妥了 某厂生产的消弧线圈 称容量为６００ｋＶＡ／１０．５ｋⅥ 实测的伏安特性曲线数值如表１所示 当该消弧线圈上施加额定电压６０６０Ｖ时．其额定 电流为９８．８Ａ：若施加的电压降为３８４４Ｖ．其电流实测 值为７１．５Ａ 假设某１０ｋＶ电网额定零序电容电流为 ９８．８Ａ．消弧线圈某档额定补偿电流为９８．８Ａ，依据上 述投档原则．不论发生何种单相接地。即无论中性点 电力专栏 表１ 某厂消弧线圈伏安特性实测值 电压为何值．消弧线圈都会调到该档进行补偿。当发 生单相金属性接地．中性点电压接近额定相电压时补 偿较好，接地残流较小。但若接地时中性点电压为 ３８４４Ｖ．消弧线圈提供的补偿电流为７１．５Ａ．而此时电 容电流为，ｒ＝９８．８ｘ３８４４／６０６２＝６２．７Ａ ｆ考虑电容电流与 中性点电压成正比１．即仅仅消弧线圈非线性所带来的 接地残流附加值就为８．８Ａ．再考虑到级差电流、电容 电流测试的不准确性和零序回路有功分量的影响．极 易导致接地残流超过１０Ａ 消弧线圈多年的运行实践表明．绝大多数ｆ超过 ９０％１单相接地故障为弧光接地和高阻接地。这使得单 相接地故障时的中性点电压ｆ即消弧线圈上实际承受的 电压１并不是系统额定相电压。实际运行中，中性点电压 低于２０００Ｖ的单相高阻接地大有记录。因此，在消弧线 圈伏安特性非线性的状况下．以额定电压下补偿电流 相等或相近于此时的零序电容电流来进行补偿。则实 际接地残流受消弧线圈伏安特性的影响很大 受其工作原理的限制．目前很多消弧线圈不易做 到线性优良．用户必须向厂家了解所购自动跟踪消弧 线圈的两个特性：消弧线圈（０～１１０％额定电压）的伏安 特性曲线：自动跟踪消弧线圈系统在中性点电压超过 多少伏ｆ设为 时便进行投档。 根据这两个特性．再结合消弧线圈所安装的配电 网络的零序电容电流ｌｃ（Ｉｃ＝，ｏＣ ， 为系统额定相电 压１．用户便可从厂家提供的伏安特性曲线计算出中性 点电压为ｕｏ（Ｕｘ＜Ｕｏ＜ 时，消弧线圈伏安特性非线性 所带来的附加接地残流．再考虑到其它因素ｆ级差、测 量准确性和零序有功分量１的影响，将最终残流限定在 规程所规定的允许残流值 ２．２接地信息显示 用户有必要知道接地时相应信息的真实情况．一般 应包括单相接地时系统中性点的电压 及与其相应的 零序电容电流ｆ，ｒ＝ Ｃ 、消弧线圈实际的补偿电流、发生 接地时的时间等参量。其中，消弧线圈实际的补偿电流 是很重要的参数 若只提供接地发生时消弧线圈所调档 位或档位的额定电流．则由上述伏安特性的讨论可知，它 自动化应用；２０１３ ｌ０期：７１ 电力专栏 并不能反映出接地时消弧线圈所补偿的实际电流．甚至 会造成误解．使得残流的计算脱离实际太远。 ２＿３残余电流 接地残流系指经消弧线圈补偿之后流经接地点 的电流 一般说来．由于线路实际存在有功损耗及消 弧线圈等设备的有功损耗的影响．消弧线圈所补偿的 电流和系统零序电容电流在接地点处并非严格反相 所以．残流并非简单地等于补偿电流与零序电容电流 数值意义上的相减 由于各线路的有功损耗可能都不相同．因此考虑 消弧线圈补偿系统残流指标时可暂不考虑其影响 一 套消弧线圈系统．其残流指标的给出．首先应考虑失 谐度的设定值．还应综合考虑到本套系统中直接接入 零序回路的一次设备的有功损耗、控制系统零序电容 电流的测量误差以及消弧线圈伏安特性的非线性的 影响等。当消弧线圈容量较大ｆ超过４００ｋＶＡ）￣伏安特 性为非线性时．经该套系统补偿之后的接地点残流最 大值不一定出现在中性点电压较高时．大多数情况 下．反而会出现在当中性点电压低于４０００Ｖ时 所以要 较为准确地计算一套消弧系统的残流．需综合考虑各 因素的影响。若有条件，最好进行现场人工接地试验ｆ尤 其是高阻接地试验１实测接地残流 在目前对确定残流 尚未有明确规范的条件下．厂家最好能提供实测值．或 提供尽量接近实际的参数并说明其相应的条件 ２．４接地解除后消弧线圈补偿状态的退出 发生单相接地故障后．消弧线圈将马上投运．这时 在等效零序回路中．消弧线圈与零序电容是并联的．因 此达到了补偿的目的。大部分的单相接地故障在补偿 之后都能自动解除．这时消弧线圈与零序电容就形成 串联回路。如果消弧线圈未能及时退出补偿状态．阻尼 电阻还处于被短接的状态．这时消弧线圈就刚好与零 序电容形成串联谐振，而且谐振状态会一直维持下去． 造成较长时间的工频过电压．因此必须设法尽快结束 该状态。但是，一般消弧系统均是以中性点电压超过一 定值作为发生单相接地的判据而投消弧线圈的．而串 联谐振时中性点电压也较高ｆ达到了数千伏１．会导致系 统误认为单相接地故障继续存在．所以系统将继续进 行补偿，从而导致恶性循环。失谐度设定得越小．消弧 线圈启动电压设定得越低ｆ如低于２０００Ｖ１，消弧线圈系 统补偿得越好．就越有可能出现这种情况。然而失谐度 和消弧线圈启动电压又不能设定得太高，前者太大．将 会导致残流过大：后者设定得太高．将会导致有些高阻 性接地故障时系统无法正常启动补偿。因此．消弧线圈 的控制系统必须具备一定的状态识别功能．识别出系 ７２｛ＶｋｎＡｎ，Ｎ．ｃｈｉｎａｃａａａ．ｃｏｍ 自动化应用 统处在单相接地状态还是谐振状态．确保单相接地故 障解除后．消弧线圈能可靠地立即退出补偿状态。 ２．５消弧线圈的响应速度 当发生单相接地故障时．若需经过几十毫秒甚至 多达数秒的时间才能投上消弧线圈．对于目前接地电 流越来越大的系统来讲，已经越来越不适应了。理想 的对策是利用快速响应的消弧线圈将弧光接地抑制 在起弧的一瞬间．这就要求消弧系统具有极快的响应 速度。同时，实际运行中（特别是在雷雨季节）通常会连 续发生相隔时间极短的多次单相接地故障．消弧线圈 必须具有极快的响应速度．才能有效地补偿并消除这 些故障．保证系统的安全运行 利用可控硅控制的消弧线圈．可以在几个毫秒内对单 相接地迅速响应．是自动跟踪控制消弧线圈的发展方向 ２．６电力网络补偿状态 若电网中的消弧线圈在欠补偿状态下运行．当断路 器非全相动作、线路断线或分相操作时，因不对称明显增 大，而失谐度同时减少，中性点的位移电压会显著升高． 导致消弧线圈异常动作．严重时还可能引起过电压事故 若消弧线圈在过补偿状态下运行．当出现上述情 况时，不对称度虽然升高，失谐度却同时增大，这对中 性点位移电压的升高起着很大的抑制作用．此时中性 点位移电压最高也不会超过相电压。消弧线圈的过补 偿状态．还可以在电网正常运行时．限制配电变压器 高压绕组接地时的过电压 ３结语 针对自动跟踪消弧线圈系统．着重讨论了消弧线 圈伏安特性、接地信息显示、响应速度及残流等问题． 并介绍应用消弧线圈的可能性和优越性。 参考文献 ［１］要焕年，曹梅月．城市中压电网运行特性的优化［Ｊ］．中 国电力，１９９８，３１：２３－２４，５５ ［２】李润先．谐振接地是我国中压电网最理想的接地方式 ［Ｊ］．高电压技术，１９９４，２０：４０－４３ ［３】要焕年．提高消弧线圈动作成功率的一些措施［Ｊ］．电力 技术．１９６４ ［４］马心良，毋付安，李景禄．ＺＸＢ自动跟踪补偿消弧装置 在配电网中的运行［Ｊ］＿电网技术，１９９８，２２ ［５】赵智大．电力系统中性点接地问题［Ｍ］．北京：中国工业 出版社．１９６５ ［６】要换年，曹梅月．电力系统谐振接地［Ｍ］．北京：中国电 力出版社．２０００