消弧线圈自动补偿的应用

    摘　要：主要介绍在小接地电流系统中，使用消弧线圈对系统电容电流进行自动补偿的方法，特别是近期推广应用的微机控制的消弧线圈自动补偿装置的原理、接线及使用情况。

　　采用中性点不接地或经消弧线圈接地的系统，当某一相发生接地故障时，由于不能构成短路回路，接地故障电流往往比负荷电流小得多，所以称这种系统为小接地电流系统。介绍的消弧线圈自动补偿装置，主要用于中性点不接地的10 kV系统。10 kV系统发生单相接地故障时，接地电流通过出线的对地电容形成回路。所以，当电网发展到一定规模，10kV出线总长度增加，对地电容较大时，单相接地电流就不容忽视。电网运行经验表明，当单相接地电流大于10 A时，电弧就会使故障发展成相间故障，造成事故跳闸。目前，根据计算和实测结果，成都地区多数变电站的10 kV系统单相接地电流都远大于10 A，所以减少单相接地的电容性电流已成为保证供电可靠性的一个重要课题。运用消弧线圈补偿容性电流，是成熟的常用方法，但固定补偿或人工调节分接头的方法显然不能很好地满足系统要求。近年来，随着计算机技术的迅速发展，应用微机控制进行消弧线圈自动补偿已成为新趋势。
1　解决方案
1．1　系统接线
　　利用消弧线圈补偿容性电流，就是用消弧线圈流入接地弧道的电感性电流抵消经健全相流入该处的容性电流。消弧线圈的作用有两个，一是大大减小故障点接地电流；二是减缓电弧熄灭瞬时故障点恢复电压的上升速度。消弧线圈应接于系统中性点上。变电站主变压器10 kV侧采用的是三角形接线，10 kV系统是没有中性点的，解决的办法是将消弧线圈接在星形接线的10 kV站用接地变压器中性点上。这样，系统零序网络等效于由对地电容和消弧线圈构成的LC串联电路。为避免LC串联电路发生谐振，产生过电压，消弧线圈还串联或并联有阻尼电阻，保证中性点的位移电压Un小于15％相电压。当系统发生单相接地时，中性点流过很大电流，此时必须将阻尼电阻短接或断开。另外，接地变中性点上还装有测中性点电压Un的TV及测中性点电流的TA。
1．2　装置原理
　　目前，此类装置产品较多，但其原理接近，结构类似，通常的构成情况如图1所示。

　　中央处理机通常采用处理能力强，可靠性高的工控机，配有相关外围接口设备。提供与综合自动化设备接口，支持定值及实时状态调显。装置需要采集的模拟量及开关量主要包括接地变中性点电压及电流；消弧线圈档位、并列运行接点等。装置的主要功能是根据采集到的中性点电压及电流，通过调节消弧线圈档位、投切阻尼电阻等控制手段，在系统正常运行或接地时对电容电流进行适当补偿。
　　补偿的两个最重要的指标为：脱谐度v及接地残流Ig。其中，v＝（IC－IL）／IC，由装置实时计算得到。脱谐度决定了一是弧道中的残余电流；二是恢复电压上升到最大值的时间；三是恢复电压的上升速度，它是影响灭弧的主要因素。根据运行经验及有关规定，最小脱谐度应小于5％，最小残流值应小于5 A。通常脱谐度和残流范围可在装置上整定。
2　重要问题
　　1）根据系统实际情况，选取适合的有载调节消弧线圈。首先，要根据系统电容电流大小来决定消弧线圈的补偿范围，即容量。如果消弧线圈在最大补偿电流档位运行，脱谐度仍大于5％，说明消弧线圈的容量已不能满足要求。其次，要确定消弧线圈的调节步长，即分接头数。从理论上讲，最好是连续可调的消弧线圈。但由于技术方面的原因，使用带分接头的调匝式消弧线圈更为常见。分接头的多少决定着可以达到的最小脱谐度，所以可以根据脱谐度指标确定分接头总数：N＝1＋ln（Imax／Imin）／ln（1＋2v）。Imax和Imin分别为消弧线圈分接头对应的最大及最小电流。
　　2）两台接地变并列运行。通常一个变电站的两台接地变接在两段母线上，装置应对其并列和分列两种情况予以考虑。并列运行时应同时调节两台消弧线圈，取得适当补偿，并保证两个中性点的一致性。目前，一些厂家生产的装置在这方面尚待改进。