自动调谐消弧线圈容量不足的改进方法

郭红梅

摘 要：随着电网新加馈出线同时对电缆增容，中性点经消弧线圈接地的电网中，经常出现消弧线圈容量不足的问题。若消弧线圈长期工作运行在欠补偿方式下，不仅会影响消弧线圈的灭弧功能，甚至损坏设备。文章分析了自动调谐消弧线圈的工作原理，提出了原系统自动调谐消弧线圈装置采用直接增容方式，系统简单、安全、有效。

关键词：消弧线圈；自动调谐；自动跟踪；增容

中图分类号：TM864 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）18-0001-02

1 消弧线圈接地系统的特点

消弧线圈接地系统是当系统发生单相接地故障时，流经消弧线圈产生的电感电流与电容电流相加为流过短路接地点的电流，但是电容电流和电感电流相位相差180？觷相互抵消，从而短路电流得到抑制，进而实现自动灭弧。优点为抑制短路点电流，瞬时故障影响小，不易造成相间短路，减少了跳闸次数，减小了短路点的跨步电压，短路处的接触电势小，可以保证人身安全；另外由于短路点产生的故障电流小，抑制了间歇性弧光过电压现象，短路电压相对稳定可以抑制铁磁谐振现象。缺点为随着电网的发展，电力系统中容性电气原件的增多，会出现单台消弧线圈难以保障对电网电容电流的补偿现象，要完成对电网的补偿需要对消弧线圈的容量进行扩容或是需要多个消弧线圈共同运行，从而导致系统变得较复杂。

2 单台消弧线圈装置的自动跟踪原理

通常情况下，消弧线圈系统零序回路可以等效成系统不对称电压、系统对地电容、消弧线圈电感和系统电阻阻尼的串联，如图1所示。消弧线圈的控制装置以残流和脱谐度作为控制参数来判断是否需要调节消弧线圈补偿电流。当系统的脱谐度或残流超出投运前设定的脱谐度和接地残流范围，消弧线圈的控制装置发出指令来调整消弧线圈的档位，让调整后的脱谐度及残流满足要求。

根据式（1）、（2）可知电网的脱谐度和残流的设定值已知，只需测量电网对地电容电流，即可通过脱谐度和残流计算出消弧线圈所需要补偿的电感电流，从而确定消弧线圈需要进行补偿的补偿档位。因此，消弧线圈补偿的关键是确定电容电流。当系统正常运行时，其零序回路的等值电路（见图1），L为有载调节消弧线圈电感，C为系统对地的等效电容，R为回路电阻，UO为系统的不对称电压。当消弧线圈在L1档时其零序回路电流为I1；当消弧线圈在L2档时其零序回路电流为I2。

消弧线圈在完成一次调档后，系统的容抗XC已经计算出来，如果系统对地电容发生变化，同样可以通过式（5）计算出新的电容电流。因此，消弧线圈控制装置主要通过消弧线圈电感量变化通过监测对地电容的变化实现消弧线圈装置的自动跟踪。

自动调谐接地补偿装置主要是由电动式消弧线圈、接地变压器、阻尼电阻部分、微机控制部分、非线性电阻和中性点专用互感器五大部分组成。消弧线圈采用预调节的方式，正常运行时能根据系统参数的变化自动调节消弧线圈的分接头达到最佳位置。微机控制器微机控制器主要通过测量中性点电压与电流之间的相位关系和中性点位移电压，能够准确的计算出对地电容，并判断和发出指令进行自动调整，实现自动跟踪和自动调谐的功能。

3 消弧线圈的容量补偿原理

消弧线圈容量不足就会造成其长期工作在欠补偿的运行方式下工作，使之无法自动调谐到残流最小的最佳工作点，从而影响消弧线圈的灭弧功能，并且极有可能出现全补偿的工况引起电力系统串联谐振。当消弧线圈正确调谐时，可以抑制短路电流进而可以有效的减少产生弧光接地过电压的机率，也最大限度的减小了故障点热破坏作用，还可以有效的抑制过电压的辐值和稳定接地网的电压，其原理接线图如图2所示。

系统安装了消弧线圈统，消弧线圈的嵌位作用可有效防止产生铁磁谐振过电压。消弧线圈在发生单相接地时产生电感电流，该电感电流与单相接地时形成的电容电流相位差180？觷，两者叠加后的接地电流即为电容电流减电感电流的绝对值。故障相恢复电压速度减缓，避免电容电流过大所造成的危害。消弧线圈补偿效果越好对电网的安全保护作用越大，所以需要能跟踪电容电流变化而自动调谐的消弧线圈。

4 消弧线圈增容的解决方案

装设消弧线圈可以使接地故障容性电流减少，利用消弧线圈的感性电流补偿接地故障时的容性电流。唯一的解决方案是增加消弧线圈的补偿容量，避免欠补偿、全补偿的工况[1]出现。根据已在运的设备，其方法如下：

①更换大容量的自动跟踪式消弧线圈。此方法投资成本较大，同时也造成了现有设备的浪费。

②并接一台固定型（或分级可调）消弧线圈。此种增容方案能够采用单台消弧线圈的计算公式来计算系统对地电容，精度与单台自动跟踪消弧线圈的测量精度一样高，但此时得到的对地电容是固定型消弧线圈与系统实际对地电容的并联值，转换成电容电流形式即固定消弧线圈进行补偿后的剩余电容电流。自动调谐的消弧线圈自身具有阻尼电阻，故增容时无须串联阻尼电阻，此种方案系统增容简单可靠。此方法经济实惠约为成套增容成本的30%且不会造成现有设备的闲置。因此，方法二是一种经济、可靠、有效的增容方式。

5 以10 kV系统为例的具体改进方法

以10 kV系统自动调谐消弧线圈为例，如何在增大原有消弧线圈容量的前提下而又不需另增装接地变压器，特设计三相五柱式固定型消弧线圈。这种固定型消弧线圈的结构由五个截面相同的铁芯柱，其中三个铁芯柱上绕有高压线圈，中间带有间隙的铁芯上无线圈，只作为零序磁通的通路用，如图3所示。

三个柱上的高压线圈一端接入高压三相电源A、B、C，另一端连接在一起与大地相连接成为三相式电抗器，起接地变的作用。正常时三相电压对称平衡，该线圈内流的是很小的正序励磁电流。当电网发生单相接地故障时，消弧线圈的三相绕组中承受两组电压，一组是三相对称的正序电压，在这组电压的作用下，消弧线圈仅仅是一个接地变的功能，只为补偿提供一个中性点。另一组是三相大小相等，方向相反的零序电压，在这组电压的作用下，三个绕组中的电流同相位并联相接，必然在三个绕组中产生同相位的电流。因为在绕有线圈的三个铁芯中形成同相位的零序磁通，该零序磁通只能经过间隙形成回路。这样就在三个绕组中感应出电感电流，即成为三相电抗器，这个电感电流与系统的电容电流在相位上近似相反，起到补偿作用。为保证增容后中性点位移电压在规程要求范围内，需要时增加电网的阻尼，配有高压串组。

5.1 原理

改进原理图如图4所示。

5.3 结论

由于此消弧线圈磁路中有间隙，消弧线圈始终工作在线性段，补偿电感的线性度好，所以补偿效果好。将增容的消弧线圈（分级可调容量或固定容量）并联于接地变压器的中性点上，系统不用更改控制程序，能够实现电容电流的自动跟踪功能。消弧线圈控制器上显示的电容电流就是消弧线圈补偿后的剩余电容电流，系统残流够能限制在5 A以内，这种装置接入系统不影响原容量不足消弧线圈的测量和调谐。从实际运行和原理上均已证明这一增容方式是安全、简单、有效的。

参考文献：

[1] 刘义华，王建忠.中压电网经消弧线圈接地的补偿容量[J].供用电，2007，（2）.

[2] 邓凡良，李良军，朱士杰.手动调谐和自动调谐消弧线圈并联使用探讨[J].油气田地面工程，2010，（2）.