消弧线圈在城市配电网中的应用分析

杨柳　柯善武

【摘 要】在城市3～35KV配电网中，大量的电缆得到使用，电缆的电容电流远大于架空线路的电容电流，当发生单相接地故障时，故障点处容易出现间歇性的电弧，严重时会影响电力系统的安全运行。本文简单介绍了消弧线圈的工作原理、消弧线圈容量的确定方法、以及接地变压器、消弧线圈自动补偿装置的选择。

【关键字】接地电容电流 消弧线圈 容量计算

0 引言

小电流接地系统包括不接地、消弧线圈接地和经高阻抗接地三种。当一相发生单相接地时，故障相电压为零，非故障相电压升高至线电压，系统可以在故障排除之前持续工作2h。

但此时三相的对地电容电流之和不为零，故障相有很大的零序电流流过，该电流可能会在故障点处形成间歇性的电弧，并导致系统内部弧光过电压，其幅值可达2.5～3倍相电压，足以危及整个电网的绝缘。

1 接地电容电流

随着城市规模的扩大以及城市市容要求的愈发严格，穿越市中心的3～35KV架空线路陆续变为电缆埋入地下，大量的电缆出线导致电容电流的急剧增加。

1.1电缆电容电流的计算方法有以下两种

（1）根据单相对地电容，计算电容电流：Ic=√3×UP×ω×C×103

式中： UP━电网线电压（kV）

C ━单相对地电容（F） 一般电缆单位电容为200-400 pF/m左右

（2） 根据经验公式，计算电容电流： Ic=0.1×UP ×L

式中： UP━电网线电压（kV）

L ━电缆长度（km）

1.2架空线电容电流的计算有以下两种

（1） 根据单相对地电容，计算电容电流：Ic=√3×UP×ω×C×103

式中： UP━电网线电压（kV）

C ━单相对地电容（F） 一般架空线单位电容为5-6 pF/m。

（2） 根据经验公式，计算电容电流：Ic= （2.7～3.3）×UP×L×10-3

式中： UP━电网线电压（kV）

L ━架空线长度（km）

2.7 ━系数，适用于无架空地线的线路

3.3 ━系数，适用于有架空地线的线路

从电缆以及架空线电容电流计算公式可知，距离相同，电缆的单相接地电容电流比架空线路的要大得多。

当接地电容电流大于30A以上时，将产生稳定的电弧，形成持续性的电弧接地；当接地电容电流大于5～10A而小于30A时，有可能产生一种不稳定的间歇性电弧，这是网络中的电容和电感形成的振荡回路所致。

2 消弧线圈的工作原理

2.1 工作原理

但单相接地电流较大时，为避免接地点形成稳定或间歇性的电弧，就必须减少接地电流，使电弧易于自行熄灭。为此，可在中性点处装设消弧线圈L，在中性点位移电压作用下产生感性电流，来补偿接地点的容性电流，从而消除接地点的电弧过电压故障。

2.2 补偿方式

消弧线圈的补偿方式：一般分为过补、欠补、最小残流3种方式可供选择。

a.欠补偿：指运行中线圈电感电流IL小于系统电容电流IC的运行方式。

b.过补偿：指运行中电容电流IC小于电感电流IL的运行方式。

c.全补偿：指运行中电容电流IC等于电感电流IL的运行方式

欠补偿和全补偿易发生串联谐振，产生很高的谐振过电压，使变压器中性点对地电压严重升高，可能使设备绝缘损坏，因此通常会采用过补偿方式。

3 消弧线圈容量确定

消弧线圈的容量应主要根据系统单相接地故障时电容电流的大小来确定，并应留有一定的裕度，以适应系统今后的发展和满足设备裕度的要求。消弧线圈的容量可按下式确定：

Q=1.35 IC×Un /√3

式中：Q-消弧线圈的容量，KVA； Un—额定电压，KV； Ic—对地电容电流，A。

4 接地变压器的选择

4.1 Z型变压器

接地变压器的作用是在系统为△型接线或Y型接线中性点无法引出时，引出中性点用于加接消弧线圈，该变压器采用Z型接线（或称曲折型接线），与普通变压器的区别是每相线圈分别绕在两个磁柱上，零序磁通可沿磁柱流通，而普通变压器的零序磁通是沿着漏磁磁路流通，所以Z型接地变压器的零序阻抗很小（10Ω左右）。当用普通变压器带消弧线圈时，其容量不得超过变压器容量的20%，而Z型变压器则可带95%左右容量的消弧线圈，可见，Z型接线的变压器作为接地变压器是较好的选择。

4.2 容量选择

接地变压器的容量应与消弧线圈的容量相配合。当接地变压器只带消弧线圈且无二次负载时，接地变的容量与消弧线圈的容量取相同值；当接地变兼做变压器使用时，其容量应大于消弧线圈的容量，具体根据接地变的二次侧容量定。

5 自动调谐装置

消弧线圈的补偿效果与其脱谐度有很大关系。由于单相接地电容电流因为故障点的不同会发生变化，因此消弧线圈的补偿电流不定，所以在很多场合实现消弧线圈的自动调谐非常有必要。

目前自动跟踪补偿装置分为两种模式：随动式补偿系统和动态补偿系统。按改变电感方法的不同，自动调谐消弧线圈分为三类：调谐式、调气式以及直流偏磁式。

6结语

城市的供电网路的发展，电缆线路增多，系统过电压事故发生比较频繁，且危害性较大，容易造成大面积的停电。采用中性点经消弧线圈的接地方式，根据接地电容电流的大小，确定消弧线圈及接地变压器的容量和自动调谐器的种类，减少事故频率，保证系统可靠运行。