关于路灯高压供电网络的消弧问题

梅国强

郑州市城市照明灯饰管理处（450053）

1 装消弧装置的必要性

随着城市框架的拉大,架空线的入地,10 kV路灯高压系统规模逐渐扩大，电缆网络成倍增长。特别是城市区域，对于美化环境要求高，供电可靠性要求大，10 kV架空线路逐渐减少，郑州市只剩下大约3 kM，并且很快将要取消。电缆线路逐渐增长，城市亮化工程，使电缆增长的速度进一步加快。

路灯高压电缆的增加,导致路灯高压电网单相接地电容电流逐渐增大。当10 kV系统单相接地电流大于10 A时，电弧便有可能不会自行熄灭，容易引起相间短路。当单相接地为间歇性弧光接地时，会引起弧幅值很高的弧光过电压，它是一种最严重的过电压现象。使健全相可出现3倍或4倍的相电压过电压，并形成永久接地。一般来讲，这种过电压对具有正常绝缘的变压器、断路器、电气线路和其他电气设备都不会有危险。但是，遇到设备绝缘存在的薄弱环节，如运行中的高压柜是没有通过全工况试验的产品,柜内电气设备对地绝缘净距离不够，互感器积尘受潮等原因，在系统发生单相接地故障时，承受不了持续时间较长，弧光接地过电压及铁芯谐振过电压，导致非故障相绝缘薄弱点击穿，形成两点接地短路，造成跳闸或烧毁电气设备，造成损失，影响供电的可靠性。

我国电力行业标准DL/T620-1997“交流电气装置的过电压保护和绝缘配合”中明确要求,3～10 kV架空线路及35，66 kV电网单相接地故障电流大于10 A，3～10 kV主要由电缆线路构成的系统，当接地电流大于30 A时，中性点应装设消弧线圈。因此，中性点不接地系统是一种短期运行方式，最终将过渡到消弧线圈接地方式运行。

2 中性点接地方式及对配电系统过电压的影响

电力系统接地方式分为两类∶一类是中性点直接接地系统又称为大电流接地系统;另一类是中性点非直接接地系统，也称为小接地电流系统。

我国目前城市电网及厂矿企业的电力系统中性点主要有以下三种接地方式，即中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和中性点经小电阻接地。这三种接地方法各有利弊，下面简要介绍一下。

2.1 中性点不接地

它的优点是与早期直接接地相比，供电可靠性高，跳闸次数少，运行和维护工作少。一般在系统投运初期接地电容电流较小时采用。缺点是当发生单相接地时，容易引起弧光接地几率大；另外，在单相接地或操作时还有可能引起电压互感器电磁谐振过电压。

2.2 中性点经小电阻接地

它的优点是限制了过电压的幅值,使过电压幅值在2.5倍相电压以下，对设备绝缘等级要求低，限制了单相接地故障向二相、三相接地故障的发展。故障后，通过接地点的电流来启动零序电流互感器来启动零序保护动作,迅速切断故障线路。缺点是单相接地跳闸的几率增大，降低了断路器的使用寿命，小电阻接地恶化了配电网的电磁环境，可能对通信造成干扰。

2.3 中性点经消弧线圈接地

它的优点是中性点经消弧线圈接地保留了中性点不接地的全部优点，由于有了消弧线圈，补偿了接地电容电流，延长了再起弧的时间，电弧大多都能熄灭，降低了建弧率。经过消弧线圈接地系统的过电压幅值不超过2.5倍相电压，从而限制了弧光接地过电压。另外,经消弧线圈接地还可以消除因单相永久性接地而引发的电压互感器铁磁谐振不能直接安装电容电流补偿设备。缺点是由于10 kV系统为三角形接线,无中性点引出，需装一台接地变压器和消弧线圈，增大投资，为了和系统配合，需要增加自动跟踪补偿装置，这些都需增加投资。

在我们国家，中性点经消弧方式在6～66 kV电网中得到极其广泛的应用，并积累了大量的运行、制造及维护经验。我们建议在路灯高压供电系统中也采用这种接地方式。

3 自动跟踪补偿的消弧装置在供电系统的应用

式中∶r=脱谐度；

Ic=电网的电容电流；

IL=消弧线圈上电感电流。

脱谐度的数值选取要适当。一方面，脱谐度的减小不仅能减小单相接地弧道中的残流，还可以降低恢复上升速度。从这一角度来看，脱谐度越小越好；从另一方面来看，脱谐度的减小会使消弧线圈分接头数量增多,增加设备的复杂程度，还会使有载调节开关频繁动作,降低设备运行的可靠性。

运行经验表明，脱谐度不大于5%，就能很好的灭弧，维持较理想的残余电流和恢复电压的上升速度。设计上要求脱谐度为10%。消弧线圈的自动跟随补偿或自动调谐消弧线圈功能和应用上了一个崭新的台阶。

由于以上原因，结合我们路灯高压线路管理的现况，采用自动跟踪补偿消弧装置是一种较佳的选择。但是采用此种方法应征得供电局同意。他们如有自动跟踪补偿，我们则采用手动补偿。

自动跟踪补偿消弧装置的方法，从原理上讲，可分为六类∶极值法、相位法、电容电流间接检测法、附加电源法、模型法和信号注入法。根据资料显示、大多数自动跟踪补偿消弧装置采用电容电流间接检测法。

以上这些调谐方法各有优缺点,没有达到炉火纯青的地步；其中相位法、电容电流间接检测法和信号注入法在实际产品应用中较多，并积累了一定的经验。而模型法和附加电源法尚无运行经验。但随着电子技术的发展，采用微处理器后，将上述几种方法结合在一起进行调解的方法应该具有较大的优势。

4 消弧线圈电感调节

1）自动调节分接头方式可调匝数式（电感不连续可调）。2）投切电容器组式（电感不连续可调）。3）可调其隙式（电感连续可调）。4）磁饱和电抗器式（外加直流助磁，电感连续可调）。5）二词调感式（电感连续可调）。

5 自动跟踪消弧线圈的选用

1）自动跟踪消弧线圈生产厂家较多，产品质量差异很大，应选用生产能力强，技术力量雄厚，有多年生产经验，售后服务好的厂家产品。2）对自动跟踪的原理进行认真分析，采用原理先进、已大批量稳定生产的产品。3）对现有的系统电容电流测量,根据测量电容电流的大小选用消弧线圈的容量，并对未来的系统发展状况，留有适当的容量。4）自动跟踪消弧线圈的控制信号应满足无人值班变电所的要求，即能自动调谐，需要时也能人工调谐。5）自动调谐应有它哦内通信接口，保证遥控遥测的需要。自动调谐消弧线圈接地补偿装置用得较多，它的主要设备有接地变压器、消弧线圈、阻尼电阻、有载调节开关及自动控制器。正确的选择这些设备的技术参数是保证该装置高效、可靠和经济运行的关键。

5.1 消弧线圈容量的选择

消弧线圈的容量按下式进行计算∶S＝1.35I0Uφ式中∶S—消弧线圈的容量，kVA；

I0—电力网接地电容电流（它应考虑电力网5年内的发展），A；

Uφ—电力网的额定相电压，kV；

1.35 —系数（考虑误差1.1，气候影响系数 1.05，过补偿运行系数1.1及电网发展的储备系数1.1）。

5.2 消弧线圈分接头的选择

消弧线圈分接头头数越多，调节精度越好，但设备越复杂。分接头的数量决定装置可以达到的最小脱谐度。脱谐度r不仅影响到单相接地弧道中的残流（用Ig表示，部分标准规定Ig不宜大于10A）,还影响到恢复电压的上升速度,成为影响灭弧的重要因素。变电所主变压器中性点的消弧线圈一般采用过补偿方式,且宜采用五个分接头以上的消弧线圈。

5.3 电容电流的计算

系统目前对地电容电流IC应以实测值为准。如果系统以后不再增加或增加较小，则Imax=1.5IC；则如果是新系统有较大发展前途的∶Imax=2IC。

1）电缆线路的电容电流可按下式计算∶

其中，L—电缆长度，m；

IC—电容电流 ，A；

UNS—电网额定电压，V。

2）变电所附加的接地电容电流值见表1。

表1 变电所附加的接地电容电流值

3）总电容电流为:IC＝∑IC+∑Iline其中，IC—设备的电容电流；Iline—线路的电容电流。

5.4 阻尼电阻

阻尼电阻是用来限制谐振过电压,保护整套装置安全有效运行的一个重要组成部分。增加阻尼电阻的目的是当系统发生谐振时（即Xc=XL），保证中性点的位移电压Un小于15%相电压，维持系统正常运行，防止谐振过电压。当系统发生单相接地时，中性点流过很大的电流，这时必须将阻尼电阻短接。

阻尼电阻宜选择高温性能优良的不锈钢电阻,当系统发生点相故障时，应尽快将阻尼电阻短接，否则就会降低消弧线圈的出力或烧毁阻尼电阻，当系统恢复正常时，应确保阻尼电阻短接触电断开,使阻尼电阻正常串接在消弧线圈回路中。否则，系统有可能因失去阻尼而出现谐振过电压。

5.5 中性点电压互感器

中性点应装电压感器,中性点的位移电压应≤15%。中性点电压互感器装置采用高精度的，用以测量中性点电压，当中性点电压超过设定值时，系统则判断接地。

5.6 接地变压器的选择

1）接地变压器不带二次负荷时，接地变压器的容量等于消弧线圈的容量。2）接地变压器带有接地负荷时，接地变压器一次侧容量等于消弧线圈的容量加二次负荷容量。

表2 接地故障电流的允许极限值

[1]焦留成主编.供配电设计手册［M］.中国计划出版社.

[2]天津电力公司编.变电运行现场操作技术[M].中国电力出版社.

[3]李润先编著.中压电网系统接地实用技术[M].中国电力出版社.