变电站35kV消弧线圈增容改造分析

吴志忠　江月新

摘 要：本文分析了某集团公司因内部电网扩容改造，电缆线路比例升高，电网系统对地电容电流迅速增加，原有消弧线圈容量不能满足电网安全运行需要，所带来的安全隐患。通过对消弧线圈的合理选型及改造升级，提高了电网的安全稳定性。

关键词：电网构架；消弧线圈改造分析；改造实效

0 引言

近几年，某集团公司随着用电负荷增加、内部电网扩容改造、自备电厂新机组投运等，35kV系统电容电流大幅增加，单相接地故障引起过电压事故频发，严重影响集团公司电网运行安全，因此，需采取相应的措施，消除安全隐患，以提高电网的安全稳定性。

1 电网构架

某集团公司内部电网有两座110kV变电站、一个自备电厂、五台发电机组。其中：

1）、总变35kV系统采用双母线双分段接线方式，分别为35kVⅠ段正付母线，35kVⅡ段正付母线，#1、2、3主变、联络线以及其他负荷出线分别运行在各段母线。

2）、园区变35kV系统采用单母分段的接线方式，#1、2主变以及其他负荷出线分别运行在两段母线上。

3）、自备电厂35kV系统采用双母线三分段接线方式，分别为35kVⅠ段正付母线，35kVⅡ段正付母线，35kVⅢ段正付母线的接线方式，#6、#7、#8、#10发电机组以及联络线分别运行在各段母线。

总变和自备电厂之间通过六条35kV联络线实现并列运行，园区变和总变之间通过两条35kV联络线实现并列运行。

总变三台主变所配置的三台消弧线圈容量分别是：#1消弧线圈为2000kVA、#2消弧线圈为1500kVA、3#消弧线圈为1100kVA。其中#1、3消弧线圈并列运行可挂载#1和#3主变系统上运行，#2消弧线圈可挂在#2主变上运行。

2 存在问题

此集团公司内部电网经多年改造、增容，35kV出线基本采用电缆作为输电导线。且由于供电系统容量较大，系统电容电流可达约200A。总变三臺消弧线圈的容量不足，难以补偿35kV系统的电容电流，消弧线圈无法正常投运。

由于35kV系统电容电流大，多次因单相接地引发过电压事故。2016年所发生的两起总变#2主变35kV管母接地事故，经事故原因分析，均为35kV单相接地、间歇性放电引起过电压，最终造成#2主变跳闸，电厂#6、7发电机组跳闸，严重影响集团公司的安全生产。

35kV系统容性电流大、原有消弧线圈容量严重不足，已经危及集团公司内部电网的安全稳定运行。为了预防类似事故发生，彻底改善电网运行安全，需进行消弧线圈增容改造。

3 消弧线圈工作原理

3.1 消弧线圈工作原理[1]

当电网发生单相接地故障后，故障点流过电容电流，消弧线圈提供电感电流进行补偿，使故障点电流降至10A以下，有利于防止弧光过零后重燃，达到灭弧的目的，降低高幅值过电压出现的几率，防止事故进一步扩大。

3.2 消弧线圈主要作用[2]

1）补偿系统电容电流，减小了故障点接地残流值。

2）减缓电弧熄灭瞬时故障点恢复电压的上升速度。

3）抑制谐波过电压的产生。

4）提高系统的可靠性和安全性。

3.3 消弧线圈工作过程[2]

消弧线圈可使单相接地电弧自动瞬间熄灭的主要原理是基于以下两点：

a）消弧线圈的电感电流补偿了电网的接地电容电流，限制了接地故障电流的破坏作用，使残余电流的接地电弧易于熄灭；

b）当残流过零熄灭后，又能降低故障相电压的初速度及其幅值，避免接地电弧的重燃并使之彻底熄灭。

由于接地故障电流的减小，有力地限制了接地电流和电弧的电动力、热效应和空气游离等的破坏作用，减小了在故障点形成残流性故障的概率，使故障点介质绝缘的恢复强度很容易地超过故障相电压的回复初速度，因此，接地电弧得以彻底熄灭，补偿电网便在瞬间恢复了正常运行。

消弧线圈接地系统处于正常运行状态时，消弧线圈感抗与电网对地容抗为串联谐振关系，电压源为系统的不平衡电压，这里采用并接阻尼电阻及晶闸管自触发的方式保证消弧线圈可以预调至最佳补偿档位并能快速投入和自动退出；当系统发生接地故障时，中性点电压被抬高至相电压，消弧线圈感抗与系统对地容抗变为并联谐振关系，如图1所示单相接地故障时零序等值电路所示，感性补偿电流由故障点流回系统，方向滞后中性点电压90°，补偿电流与接地电容电流相位相反，从而起到减小接地残流的作用。

图1

4 消弧线圈选型及容量确定

市场上消弧线圈生产厂家很多，经综合性能比较，山东泰开TK-XH 型自动跟踪补偿消弧线圈成套装置置性价比较高，能够实现系统电容电流实时测量，自动跟踪电网参数的变化，根据参数整定值进行过补、欠补均可，运行方式灵活。发生接地故障发生时，通过晶闸管自触发方式实现补偿迅速投入和自动退出，可靠性高，动作迅速。并具有谐波污染小，可靠性高且功耗低，可根据实际需要，选配小电流接地选线装置准确选出接地出线，实现多台消弧线圈的并联运行。

根据我国电力规程DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》[3]和GB50169-92《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》[4]规定，结合巨化电网发展现状：

式中： W -消弧线圈的容量，kVA；

Ic -电容电流，A；

Un-系统标称电压，kV。

根据上述计算，总变#1、2、3主变消弧线圈增容后，容量分别为1#消弧线圈2200kVA，2#消弧线圈3300kVA，3#消弧线圈2200kVA。根据不同运行方式，通过消弧线圈闸刀切换操作，可实现#1、2、3消弧线圈不同并联方式，满足系统运行需要。endprint

5、改造实效

消弧线圈改造完成投运后，根据不同运行方式，我们进行消弧线圈运行参数测试，试验情况如下：

5.1 运行方式一

#3主变中性点单独连接#3消弧线圈

自动跟踪试验时消弧线圈控制器参数：

5.2 运行方式二

#2主变中性点单独连接#2消弧线圈

自动跟踪试验时消弧线圈控制器参数：

5.3 运行方式三

#1主变中性点单独连接#1消弧线圈

自动跟踪试验时消弧线圈控制器参数

5.4 运行方式四

#1主变连接#1消弧线圈，#2主变连接#2消弧线圈

自动跟踪试验时消弧线圈控制器参数

5.5 运行方式五

#3主变连接#1、#3消弧线圈

记录消弧线圈同系统的支路：

自动跟踪试验时消弧线圈控制器参数

5.6 运行方式六

#2主变连接#1、#2消弧线圈

自动跟踪试验时消弧线圈控制器参数

对比DL/T5222-2005《导体和电器选择设计技术规定》[5]，中性点经消弧线圈接地的电网，在正常运行情况下，补偿后残余电流不超过10A，长时间中性点位移电压不应超过额定相电压的15%，考虑到限制传递过电压等因素，脱谐度不宜超过±30%。经分析对比，试验数据完全符合规范规定。

5.7 消弧线圈连接方式

消弧线圈改造后，连接方式更加灵活，提高了电网运行灵活性。当35kV的各个分段系统负荷进行切换时，消弧线圈可以通过联络闸刀切换到对应的系统中，灵活补偿系统容性电流，具体接线见图2。

6 结束语

消弧线圈扩容改造后，投运效果显著。35kV电网系统在2017年多次发生单相接地情况，但由于消弧线圈的补偿作用，接地电弧自动熄灭，接地点自动恢复，使接地故障未进一步加剧造成事故跳闸，避免了2016年类似事故的发生。

消弧线圈的改造大大提高了电网的运行可靠性，为电网的安全运行打下扎实基础，保证系统的可靠供电。

参考文献

[1] 中国航空工业规劃设计研究院. 工业与民用配电设计手册（第三版）. 中国电力出版社，2005-10.

[2] 0TK-XH.466.8106. TK-XH型自动跟踪补偿消弧线圈成套装置使用说明书. 山东泰开电力电子有限公司，2013-12.

[3] DL/T620-1997. 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合. 北京：中国电力出版社，1997.

[4] GB50169-92. 电气装置安装工程接地装置施工及验收规范. 北京：中国标准出版社，1992.

[5] DL/T5222-2005. 导体和电器选择设计技术规范. 北京：中国标准出版社，2005.

作者简介：

江月新（1969-），浙江衢州人，高级工程师，硕士，主要从事电气及自动化研究。

吴志忠，男，浙江巨化热电有限公司工程师，本科，主要从事电气工程应用方向的研究。endprint