消弧线圈在电力系统中的应用与展望

消弧线圈在电力系统中的应用与展望

高双伟

泰兴市安能电力工程有限公司 225400

摘要：实践中中压电力系统常采用中性点非直接接地的系统运行方式，因为这种运行方式下系统发生单相接地故障时可以不间断供电，大大提高了供电的可靠性。但是随着电力电缆的广泛应用，系统电容电流将达到很大数值。这样当系统发生单相接地故障的时候，故障电流大，电弧难熄灭，瞬间接地故障会发展成金属性接地，甚至相间短路故障。当系统间歇弧光接地时，可能产生2~3.5倍相电压的弧光过电压，危及整个电网的安全供电。接地电弧还会引起电压互感器励磁电流急剧增加，造成电压互感器一次熔断器熔断甚至可能烧毁电压互感器。本变电站中压电力系统就具有上述特点，也存在上述问题，并且出现过单相接地造成电压互感器烧毁的事故。实践中，解决上述问题的有效手段是系统中性点经消弧线圈接地。本文通过对中压电力系统中性点接线方式、单相接地故障和系统电容电流的分析，阐述了消弧线圈在中压电网应用中的重要作用，对消弧线圈在自备电厂中的实际应用和效果及其可能引申出的问题进行了说明。

关键词：消弧线圈；电容电流；小电流接地

1　消弧线圈的补偿原理

中压电网发生单相接地故障，故障电流主要为系统电容电流，当系统经消弧线圈接地时，它的电感电流可以补偿接地电容电流，使故障电流减小，这样故障相的恢复电压较低，可以自动熄弧。消弧线圈接地系统等效电路如图1所示。

图1　消弧线圈接地系统等效电路

由图1可知单相接地电流如下：

（1）式中Ic为系统三相对地电容电流的和，由系统接线和运行方式决定，IL为消弧线圈电感电流，由消弧线圈参数决定。

由公式（1）可知，系统单相接地电流Id等于系统电容电流和消弧线圈电感电流的向量和，而电容电流和电感电流方向相差180°，所以只要知道系统电容电流，选择合适的消弧线圈参数，就可以控制接地电流到很小的值（考虑泄漏电阻等的影响，不可能控制到0）。实际应用中引入消弧线圈的脱谐度v来表征中性点经消弧线圈接地系统偏离谐振状态的程度。

（2）

由公式（1）和公式（2）可知，脱谐度v可以用来描述消弧线圈的补偿程度，脱谐度v越接近0，则单相接地电流越小，越有利于系统摆脱故障恢复正常。

2　本变电站电网的系统接线方式

本变电站主10kV系统如图2。

图2　主10kV系统单线图

3　消弧线圈型式及容量选择根据本变电站系统接线方式的特点，经过比选，本变电站选择分别在2、3号发电机中性点安装偏磁式自动跟踪补偿消弧成套装置，正常情况一套运行，另一套备用。这样不用安装用于引出系统中性点的接地变压器，节省主6kV配电间隔和投资，也不会因一台发电机检修或停机使系统失去消弧线圈的补偿。

（3）式中，Un——线路的额定电压，kV；S——电缆的截面积，mm2；L——电缆的长度，km。由公式（3）可以估算每条线路电力电缆的电容电流，所有线路电容电流之和再乘以一个相应的系数（我们取1.16），大致估算出本变电站6kV系统的电容电流约为42A，系统额定相电压为3637V，因此需要的消弧线圈最小容量为153kVA，为扩建考虑一定备用系数，最终选择的消弧线圈容量为180kVA。

4　消弧线圈的实际运行效果

该消弧成套装置安装调试后投入运行，几年来一直运行稳定。系统正常运行时，消弧成套装置实时监测系统电容电流（15条配出线路全部投运时电容电流检测值为41.2A）。偏磁式的工作方式，在系统正常时不施加励磁电流，消弧线圈运行在远离串联谐振点状态，没有产生串联谐振过电压的风险，当装置检测到系统发生单相接地故障时，可以瞬间动作，调整消弧线圈到全补偿状态，将接地故障残流控制到很小（一般小于5A）。几年来，本变电站共发生瞬间接地7次，金属性接地1次，该消弧成套装置均可靠迅速地动作补偿，降低故障残流，控制故障在较小的范围内，提高了本变电站配电网的可靠性。

5　存在的问题

几年来的运行实践，该消弧成套装置能够达到设计功能，但同时也发现本变电站其它保护装置与其的配合可能存在某些问题：

（1）本变电站10kV电机配置的接地保护动作于信号，一次电流整定值5A。安装该消弧成套装置后，能控制系统接地残流小于5A，这样电机定子线圈接地时，接地残流达不到保护动作值，这时查找和切除故障点变得比较困难，可能造成电机更严重的损坏。我们正在考虑通过改进电机保护装置，减小接地保护一次电流整定值解决该问题。（2）中性点经消弧线圈接地的系统需要安装小电流接地选线装置来确定接地线路并自动或手动切除，以缩短系统接地后带故障运行时间。本变电站安装消弧成套装置的同时，选择并安装了微机小电流系统接地选线装置。期间系统发生金属性接地1次，该小电流接地选线装置启动选线，但报出的故障回路，经倒闸操作证实未接地，再次重判后报出的故障回路选线正确，选线准确率50%。因样本太少，装置选线的准确率不具有统计意义，还需我们在实践中继续跟踪。

6　结论

中性点经过具有自动跟踪补偿功能的消弧线圈接地的接线型式在中压电网中得到较广应用，该方式可将接地故障残流控制到很小，间歇接地故障电弧能够自动熄弧，减少了系统故障的次数，降低了系统故障的影响范围。这种自动跟踪补偿成套装置具有广阔的发展前景。

参考文献：

[1]要焕年.电力系统谐振接地.中国电力出版社，2009.

[2]贾雅君.偏磁式消弧线圈自动调谐控制系统.上海交通大学，2004.

[3]周焱.UPS供电系统在石化企业的使用及维护[J].中外企业家，2013(05).

[4]常瑛.采油供电系统节电装置通过验收[J].大庆石油学院学报，1993(02).

[5]林长发，杨玉龙，梁兆贵.新民采油厂油区采用“双升压”供电系统经济效益分析[J].节能，1996(01).

[6]付兵，叶会华，陈楠，赵伟，杨叶青.基于抽油机的离网风力供电系统的仿真研究[J].山东理工大学学报(自然科学版)，2012(01).

[7]王希军.煤层气井场供电系统的设计与应用[J].通用机械，2015(07)