论文部分内容阅读
摘要：由于单相接地电容电流超标会带来很多危害，工程上多选用消弧线圈对电网进行电容电流补偿，补偿选用过补偿方式。阐述国内自动补偿消弧线圈的现状和各种产品的优缺点。
关键词：中性点不接地系统 单相接地电容电流 补偿方式 接地变压器 消弧线圈
一、问题的提出
中性点不接地是指系统中性点对地绝缘。当系统发生单相接地故障后，故障相的对地电压为零，而非故障相的对地电压上升至线电压，对地电容电流也将增大到原来的√3倍，故障相的电容电流又是非故障相对地电容电流的√3倍，致使故障相电容电流变为正常情况下对地电容电流的3倍。
中性点不接地系统当发生单相接地时系统可以带故障继续运行1～2个小时，这段时间可以完成寻找故障地点工作，从而大大降低了运行的成本，可以保证系统连续不间断供电，提高了系统供电的可靠性。由于中性点不接地系统具有以上优点，因此我国的城市电网及厂矿企业的6～35kV供电系统，大部分为中性点不接地系统，该系统大大降低因单相接地故障带来的损失，提高了供电系统的可靠性，但这种系统在单相接地电流较大时容易产生弧光过电压和相间短路，给供电设备造成了极大的危害，为了防止这种危害的方法之一就是在中性点和地之间串接一个消弧线圈。
二、单相接地电容电流超标的危害
根据我国电力行业标准《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》DL/T620-1997规定，3-10kV不直接连接发电机的系统和35kV、66kV系统，当单相接地故障电容电流不超过下列数值时应采用不接地方式；当超过下列数值又需在接地故障条件下运行时，应采用消弧线圈接地方式。
1、3～10kV钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路构成的系统和所有35kV、66kV系统，10A。
2、3～10kV非钢筋混凝土或非金属杆塔的架空线路构成的系统，当电压为3kV和6kV时，30A；当电压为10kV时，20A；当电压为3～10kV，由电缆线路构成的系统时，30A。
我国的城市电网及厂矿企业6kV、10kV出线电缆线路的增多，单相接地电容电流急剧增加，当系统电容电流超过规定标准后，将带来一系列的危害。电网运行经验表明，当接地电流小于10A时，带着接地故障可继续运行1～2个小时，不致于发展为相间短路故障。当电容电流大于10A时。将带来一系列危害，具体表现如下：
1、当发生间歇弧光接地时，可能引起高达3.5倍相电压的弧光过电压，引起多处绝缘薄弱的地方放电击穿和设备瞬间损坏，使中性点不接地系统的高可靠性这一优点大受影响。
2、 配电网的铁磁谐振过电压现象比较普遍，时常发生电压互感器烧毁事故和熔断器的频繁熔断，严重威胁着配电网的安全可靠性。
3、当有人误触带电部位时，由于受到大电流的烧灼，加重了对触电人员的伤害，甚至伤亡。
4、当配电网发生单相接地时，电弧不能自灭，很可能破坏周围的绝缘，发展成相间短路，造成停电或损坏设备的事故；因小动物造成单相接地而引起相间故障致使停电的事故也时有发生。
5、 配电网对地电容电流增大后，对架空线路来说，树线矛盾比较突出，尤其是雷雨季节，因单相接地引起的短路跳闸事故占很大比例。
三、消弧线圈的作用原理
消弧线圈的作用是当电网发生单相接地故障后，提供感性电流来补偿接地故障点的容性电流来减少接地故障残余电流，使故障相接地电弧两端电压的恢复速度大大降低，从而达到自动熄灭电弧的目的。当消弧线圈正确补偿时，不仅可以有效的减少产生弧光接地过电压的机率，还可以有效的抑制过电压的辐值，同时也最大限度的减小故障点热破坏作用及接地网的电压。
以下是消弧线圈的三种补偿方式：
1、过补偿：消弧线圈中的感性电流大于电容电流；
2、全补偿：消弧线圈中的感性电流等于电容电流；
3、欠补偿：消弧线圈中的感性电流小于电容电流。
从发挥消弧线圈的作用上来看，最好是处于全补偿状态。但是在电网正常运行时，采用全补偿，电网正常工作时三相对地电容不对称，易产生串联谐振，中性点电压升高。如煤矿6kV或10kV电网，当消弧线圈处于全补偿状态时，电网正常稳态运行情况下其中性点位移电压是未补偿电网的10～25倍，这就是通常所说的串联谐振过电压。单相接地电容电流的补偿一般均采用过补偿方式。在过补偿情况下当电网线路减少时，不致成为全补偿。如果采用欠补偿方式，在切除部分线路后可能会造成全补偿，从而带来全补偿方式下的危害。
四、自动补偿消弧线圈的现状
早期采用人工调匝式固定补偿的消弧线圈，称为固定补偿系统。固定补偿系统的工作方式是将消弧线圈整定在过补偿状态，其过补程度的大小取决于电网正常稳态运行时不使中性点位移电压超过相电压的15%。这种装置运行在过补偿状态当电网中发生了事故跳闸或重合等参数变化时脱谐度无法控制，以致往往运行在不允许的脱谐度下，造成中性点过电压，三相电压对称遭到破坏，可见固定补偿方式很难适应变动比较频繁的电网，这种系统已逐渐不再使用。取代它的是跟踪电网电容电流自动调谐的装置，这类装置又分为两种，一种称之为随动式补偿系统，另一種称之为动态补偿系统。随动式补偿系统的工作方式是：自动跟踪电网电容电流的变化，随时调整消弧线圈，使其保持在谐振点上，在消弧线圈中串一电阻，增加电网阻尼率，将谐振过电压限制在允许的范围内。当电网发生单相接地故障后，控制系统将电阻短接掉，达到最佳补偿效果，该补偿系统的消弧线圈不能带高压调整。动态补偿系统的工作方式是：在电网正常运行时，调整消弧线圈远离谐振点，彻底避免串联谐振过电压和各种谐振过电压产生的可能性，当电网发生单相接地后，瞬间调整消弧线圈到最佳状态，使接地电弧自动熄灭。这种补偿系统要求消弧线圈能带高电压快速调整，从根本上避免了串联谐振产生的可能性。
目前，自动补偿的消弧线圈国内主要有三种产品，分别是调气隙式、调匝式和偏磁式。
（一）调气隙式
调气隙式属于随动式补偿系统，其消弧线圈属于动芯式结构，通过移动铁芯改变磁路磁阻达到连续调节电感的目的，其调整只能在低电压或无电压情况下进行，其电感调整范围上下限之比为2.5倍。控制系统的电网正常运行情况下将消弧线圈调整至全补偿附近，将约100Ω电阻串联在消弧线圈上。用来限制串联谐振过电压，使稳态过电压数值在允许范围内（中性点电位升高小于15%的相电压）。当发生单相接地后，必须在0.2S内将电阻短接实现最佳补偿，否则电阻有爆炸的危险。该产品的主要缺点为：
1、工作噪音大，可靠性差
动芯式消弧线圈由于其结构有上下运动部件，当高电压实施其上后，振动噪音很大，而且随着使用时间的增长，内部越来越松动，噪音越来越大。串联电阻约3kW，100MΩ。当补偿电流为50A时，需要250kW容量的电阻才能长期工作，所以在接地后，必须迅速切除电阻，否则有爆炸的危险。
2、调节精度差
由于气隙微小的变化都能造成电感较大的变化，电机通过机械部件调气隙的精度远远不够。
3、过电压水平高
在电网正常运行时，消弧线圈处于全补偿状态或接近全补偿状态，虽有串联谐振电阻将稳态谐振过电压限制在允许范围内，但是电网中的各种扰动（大电机投切，非同期合闸，非全相合闸等），使得其瞬态过电压危害较为严重。
4、安装该产品后，电网中原有的功率方向型单相接地选线装置不能继续使用。
（二）调匝式
调匝式属于随动式补偿系统，它同调气隙式的唯一区别是动芯式消弧线圈用有载调匝式消弧线圈取代，这种消弧线圈是用原先的人工调匝消弧线圈改造而成，即采用有载调节开关改变工作绕组的匝数，达到调节电感的目的。其工作方式同调气隙式完全相同，也是采用串联电阻限制谐振过电压。该装置同调气隙式相比，消除了消弧线圈的高噪音，但是却牺牲了补偿效果，消弧线圈不能连续调节，只能离散的分档调节，补偿效果差，并且同样具有过电压水平高，电网中原有方向型接地选线装置不能使用及串联的电阻存在爆炸的危险等缺点，另外该装置比较零乱，它由接地变压器、消弧线圈、电阻箱、控制柜四部分设备组成，施工安装比较复杂。
（三）偏磁式
偏磁式属于动态补偿系统，电控无级连续可调消弧线圈，全静态结构，内部无任何运动部件，无触点，调节范围大，可靠性高，调节速度快。这种线圈的基本工作原理是利用施加直流励磁电流，改变铁芯的磁阻，从而改变消弧线圈电抗值的目的，它可以带高压以毫秒级的速度调节电感值。是国内目前唯一可以使电网中原有功率方向型单相接地选线装置继续使用的补偿系统。
关键词：中性点不接地系统 单相接地电容电流 补偿方式 接地变压器 消弧线圈
一、问题的提出
中性点不接地是指系统中性点对地绝缘。当系统发生单相接地故障后，故障相的对地电压为零，而非故障相的对地电压上升至线电压，对地电容电流也将增大到原来的√3倍，故障相的电容电流又是非故障相对地电容电流的√3倍，致使故障相电容电流变为正常情况下对地电容电流的3倍。
中性点不接地系统当发生单相接地时系统可以带故障继续运行1～2个小时，这段时间可以完成寻找故障地点工作，从而大大降低了运行的成本，可以保证系统连续不间断供电，提高了系统供电的可靠性。由于中性点不接地系统具有以上优点，因此我国的城市电网及厂矿企业的6～35kV供电系统，大部分为中性点不接地系统，该系统大大降低因单相接地故障带来的损失，提高了供电系统的可靠性，但这种系统在单相接地电流较大时容易产生弧光过电压和相间短路，给供电设备造成了极大的危害，为了防止这种危害的方法之一就是在中性点和地之间串接一个消弧线圈。
二、单相接地电容电流超标的危害
根据我国电力行业标准《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》DL/T620-1997规定，3-10kV不直接连接发电机的系统和35kV、66kV系统，当单相接地故障电容电流不超过下列数值时应采用不接地方式；当超过下列数值又需在接地故障条件下运行时，应采用消弧线圈接地方式。
1、3～10kV钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路构成的系统和所有35kV、66kV系统，10A。
2、3～10kV非钢筋混凝土或非金属杆塔的架空线路构成的系统，当电压为3kV和6kV时，30A；当电压为10kV时，20A；当电压为3～10kV，由电缆线路构成的系统时，30A。
我国的城市电网及厂矿企业6kV、10kV出线电缆线路的增多，单相接地电容电流急剧增加，当系统电容电流超过规定标准后，将带来一系列的危害。电网运行经验表明，当接地电流小于10A时，带着接地故障可继续运行1～2个小时，不致于发展为相间短路故障。当电容电流大于10A时。将带来一系列危害，具体表现如下：
1、当发生间歇弧光接地时，可能引起高达3.5倍相电压的弧光过电压，引起多处绝缘薄弱的地方放电击穿和设备瞬间损坏，使中性点不接地系统的高可靠性这一优点大受影响。
2、 配电网的铁磁谐振过电压现象比较普遍，时常发生电压互感器烧毁事故和熔断器的频繁熔断，严重威胁着配电网的安全可靠性。
3、当有人误触带电部位时，由于受到大电流的烧灼，加重了对触电人员的伤害，甚至伤亡。
4、当配电网发生单相接地时，电弧不能自灭，很可能破坏周围的绝缘，发展成相间短路，造成停电或损坏设备的事故；因小动物造成单相接地而引起相间故障致使停电的事故也时有发生。
5、 配电网对地电容电流增大后，对架空线路来说，树线矛盾比较突出，尤其是雷雨季节，因单相接地引起的短路跳闸事故占很大比例。
三、消弧线圈的作用原理
消弧线圈的作用是当电网发生单相接地故障后，提供感性电流来补偿接地故障点的容性电流来减少接地故障残余电流，使故障相接地电弧两端电压的恢复速度大大降低，从而达到自动熄灭电弧的目的。当消弧线圈正确补偿时，不仅可以有效的减少产生弧光接地过电压的机率，还可以有效的抑制过电压的辐值，同时也最大限度的减小故障点热破坏作用及接地网的电压。
以下是消弧线圈的三种补偿方式：
1、过补偿：消弧线圈中的感性电流大于电容电流；
2、全补偿：消弧线圈中的感性电流等于电容电流；
3、欠补偿：消弧线圈中的感性电流小于电容电流。
从发挥消弧线圈的作用上来看，最好是处于全补偿状态。但是在电网正常运行时，采用全补偿，电网正常工作时三相对地电容不对称，易产生串联谐振，中性点电压升高。如煤矿6kV或10kV电网，当消弧线圈处于全补偿状态时，电网正常稳态运行情况下其中性点位移电压是未补偿电网的10～25倍，这就是通常所说的串联谐振过电压。单相接地电容电流的补偿一般均采用过补偿方式。在过补偿情况下当电网线路减少时，不致成为全补偿。如果采用欠补偿方式，在切除部分线路后可能会造成全补偿，从而带来全补偿方式下的危害。
四、自动补偿消弧线圈的现状
早期采用人工调匝式固定补偿的消弧线圈，称为固定补偿系统。固定补偿系统的工作方式是将消弧线圈整定在过补偿状态，其过补程度的大小取决于电网正常稳态运行时不使中性点位移电压超过相电压的15%。这种装置运行在过补偿状态当电网中发生了事故跳闸或重合等参数变化时脱谐度无法控制，以致往往运行在不允许的脱谐度下，造成中性点过电压，三相电压对称遭到破坏，可见固定补偿方式很难适应变动比较频繁的电网，这种系统已逐渐不再使用。取代它的是跟踪电网电容电流自动调谐的装置，这类装置又分为两种，一种称之为随动式补偿系统，另一種称之为动态补偿系统。随动式补偿系统的工作方式是：自动跟踪电网电容电流的变化，随时调整消弧线圈，使其保持在谐振点上，在消弧线圈中串一电阻，增加电网阻尼率，将谐振过电压限制在允许的范围内。当电网发生单相接地故障后，控制系统将电阻短接掉，达到最佳补偿效果，该补偿系统的消弧线圈不能带高压调整。动态补偿系统的工作方式是：在电网正常运行时，调整消弧线圈远离谐振点，彻底避免串联谐振过电压和各种谐振过电压产生的可能性，当电网发生单相接地后，瞬间调整消弧线圈到最佳状态，使接地电弧自动熄灭。这种补偿系统要求消弧线圈能带高电压快速调整，从根本上避免了串联谐振产生的可能性。
目前，自动补偿的消弧线圈国内主要有三种产品，分别是调气隙式、调匝式和偏磁式。
（一）调气隙式
调气隙式属于随动式补偿系统，其消弧线圈属于动芯式结构，通过移动铁芯改变磁路磁阻达到连续调节电感的目的，其调整只能在低电压或无电压情况下进行，其电感调整范围上下限之比为2.5倍。控制系统的电网正常运行情况下将消弧线圈调整至全补偿附近，将约100Ω电阻串联在消弧线圈上。用来限制串联谐振过电压，使稳态过电压数值在允许范围内（中性点电位升高小于15%的相电压）。当发生单相接地后，必须在0.2S内将电阻短接实现最佳补偿，否则电阻有爆炸的危险。该产品的主要缺点为：
1、工作噪音大，可靠性差
动芯式消弧线圈由于其结构有上下运动部件，当高电压实施其上后，振动噪音很大，而且随着使用时间的增长，内部越来越松动，噪音越来越大。串联电阻约3kW，100MΩ。当补偿电流为50A时，需要250kW容量的电阻才能长期工作，所以在接地后，必须迅速切除电阻，否则有爆炸的危险。
2、调节精度差
由于气隙微小的变化都能造成电感较大的变化，电机通过机械部件调气隙的精度远远不够。
3、过电压水平高
在电网正常运行时，消弧线圈处于全补偿状态或接近全补偿状态，虽有串联谐振电阻将稳态谐振过电压限制在允许范围内，但是电网中的各种扰动（大电机投切，非同期合闸，非全相合闸等），使得其瞬态过电压危害较为严重。
4、安装该产品后，电网中原有的功率方向型单相接地选线装置不能继续使用。
（二）调匝式
调匝式属于随动式补偿系统，它同调气隙式的唯一区别是动芯式消弧线圈用有载调匝式消弧线圈取代，这种消弧线圈是用原先的人工调匝消弧线圈改造而成，即采用有载调节开关改变工作绕组的匝数，达到调节电感的目的。其工作方式同调气隙式完全相同，也是采用串联电阻限制谐振过电压。该装置同调气隙式相比，消除了消弧线圈的高噪音，但是却牺牲了补偿效果，消弧线圈不能连续调节，只能离散的分档调节，补偿效果差，并且同样具有过电压水平高，电网中原有方向型接地选线装置不能使用及串联的电阻存在爆炸的危险等缺点，另外该装置比较零乱，它由接地变压器、消弧线圈、电阻箱、控制柜四部分设备组成，施工安装比较复杂。
（三）偏磁式
偏磁式属于动态补偿系统，电控无级连续可调消弧线圈，全静态结构，内部无任何运动部件，无触点，调节范围大，可靠性高，调节速度快。这种线圈的基本工作原理是利用施加直流励磁电流，改变铁芯的磁阻，从而改变消弧线圈电抗值的目的，它可以带高压以毫秒级的速度调节电感值。是国内目前唯一可以使电网中原有功率方向型单相接地选线装置继续使用的补偿系统。