10kV自动调谐消弧线圈应用与“假接地”现象分析

　　10kV自动调谐消弧线圈应用与“假接地”现象分析

　　王晓光

　　(廊坊市供电公司， 河北省廊坊市 065000)

　　摘要：小电流接地系统对地电容电流的增加使得系统中消弧线圈的应用越来越广泛，结合10kV电网消弧线圈的应用，从消弧线圈的补偿原理、组成及作用，分析10kV自动调谐式接地补偿装置运行情况，对由于消弧线圈脱谐度问题引起系统电压异常造成的“假接地”现象进行分析，为处理单相接地故障提供借鉴。

　　前言：

　　电网的迅速发展，不但每个站的出线增多了，而且电缆长度在增加，10kV线路的电容电流在增大。对于接地电容电流较大的中性点小接地系统，系统发生单相接地故障，会出现故障点电弧不易熄灭现象，为了防止电容电流造成这些危害，已广泛采用经消弧线圈的智能型自动调谐式接地补偿装置。运行中发现：由于消弧线圈脱谐度的原因出现了10kV系统电压异常造成的“假接地”现象，本文从消弧线圈的补偿原理、组成及作用，对10kV自动调谐式接地补偿装置应用方面的问题进行了探讨。

　　1、 消弧线圈的工作原理

　　在中性点不接地系统中，架空线与电缆混合的线路，当单相接地故障电流大于10A时，应装设消弧线圈。

　　中性点经消弧线圈接地系统单相接地的电流分布如下图所示：

　　从图可知，由于中性点接有消弧线圈，对故障线路而言，接地点增加了一个电感分量的电流iL。从接地点流回的总电流iD为

　　iD=iL+iCΣ，

　　式中　iL———消弧线圈的补偿电流;

　　iCΣ———全系统的对地电容电流。

　　由于iL 与iCΣ的相应位差为180°，这两个电流互相抵消，使iD 大大减少，接地点的电弧容易自行熄灭。 iD将随消弧线圈的补偿程度而变。

　　1.1　全补偿时的分析

　　当全补偿时，即iL=iCΣ，接地点电流iD接近于零，故障线路零序电流等于线路本身的电容电流，脱谐度ρ=(IL∑-IC∑)/ IC∑(其中：IL∑——所在电网各消弧线圈总电流)ρ=0，但全补偿时，正好形成串联谐振，将导致电源中性点对地电压升高及系统过电压，这是很危险的。

　　1.2　欠补偿时的分析

　　当欠初偿时，电感电流小于接地电流，即iL

　　1.3　过补偿时的分析

　　当过补偿时，iL>iCΣ，脱谐度ρ>0，补偿以后的接地电流iD是感性的，不会因为部分线路切除后，而变为全补偿。同时，适应于电网的长期发展。所以，消弧线圈的补偿方式多采用过补偿。

　　2、 系统中自动调谐消弧线圈的应用

　　采用中性点经消弧线圈接地方式，在发生单相接地故障时，消弧线圈的电感电流有效地补偿电网的对地电容电流，减小故障点残流，也使得故障相接地电弧两端的恢复电压速度降低，熄灭电弧。由于10kV网络规模不断扩大，运行方式经常变化，导致电容电流变化范围越来越大，而且波动频繁，老式的人工调谐消弧线圈已不再使用。取而代之的是消弧线圈自动跟踪调谐装置，跟随电容电流的变化，消弧线圈能够自动、快速的调整电感值，使电网的脱谐度处于规定范围之内，最终可靠熄弧。目前消弧线圈大部分采用有载调匝式调节方式，调节分接头数一般大于9。

　　2.1自动调谐消弧线圈组成

　　自动调谐消弧线圈原理接线图

　　装置包括接地变(Z型接线)、有载消弧线圈、阻尼电阻、中性点电压互感器、电流互感器以及微机自动调谐系统。

　　(1)　接地变压器

　　其一为消弧线圈可提供有效的中性点，因为其零序阻抗比较小;其次由于三相的对称性比较好，为满足自动调谐的需要，利用接地变压器来调整电网的不对称度;再就是变压器设有一定的裕量，可兼作所用变压器，为变电所提供电源。

　　(2)　可有载调节的消弧线圈

　　配有单相式有载开关，可以远方自动操作。

　　(3)　微机控制器(调节器)

　　该部分构成了成套装置的控制中心，它由单片机构成，实时测量系统中性点电压、电流及系统的参考电压，通过分析计算出系统电容电流的变化，并根据系统电容电流的大小，去控制有载分接开关，调节消弧线圈的档位，以实现自动跟踪调谐。另外，它还可以完成记忆、报警和信号远传等。

　　(4)　阻尼部分

　　主要由大功率电阻和其控制部分组成，主要功能是提高电网的阻尼率，降低中性点谐振过电压的幅值，为实现低脱谐度和全补偿运行创造条件。

　　2.2自动调谐消弧线圈调节原理

　　消弧线圈调节方式多为调匝方式：调匝式消弧线圈是将绕组按不同的匝数抽出若干个分接头，用有载分接开关进行切换，改变接入的匝数，从而改变电感量。调匝式因调节速度慢，只能工作在预调谐方式(即在系统正常运行无接地发生时，消弧线圈跟踪到最佳补偿位置，接地后不再调节)，为保证较小的残流，必须在谐振点附近运行。这将导致中性点位移电压升高，因此需加装阻尼电阻进行限压，保证中性点的位移电压不超过15%相电压。为避免阻尼电阻上的有功电流使接地残流增大，在发生单相接地时，必须将阻尼电阻短接，其原理如下：当系统发生单相接地时，中性点电压升高，电流增大，同时母线PT开口三角输出电压。如其值超过设定值时会启动真空开关将阻尼电阻短接。

　　3、“假接地”现象分析

　　一些站出现过因系统电压异常造成的“假接地”现象，经拉路试验证明为消弧线圈调节引起的系统谐振造成，异常表现为两相电压升高、一相电压降低，降低相电压为5kV左右，升高两相电压在7~8 kV之间。进行拉路查找，不仅给用户造成了不必要的停电。同时也给系统安全稳定运行带来了隐患。

　　这种现象的出现，是因为所应用的10kV自动调谐消弧线圈为调匝式消弧线圈，调匝式因调节速度慢，只能工作在预调谐方式，即在系统正常运行无接地发生时，消弧线圈跟踪到最佳补偿位置，接地后不再调节，为保证较小的残流，必须在谐振点附近运行。在实际运行中，脱谐度的设定直接关系到系统的补偿效果，脱谐度设定得越小，消弧线圈启动电压设定得越低(如低于2kV)，消弧线圈系统补偿得越好，然而这时因为消弧线圈的起动条件过低，系统的扰动以及瞬时故障消失后中性点仍存在一定的不平衡电压电流，均会造成补偿装置的误投入或投入后不能及时退出补偿状态。例如：故障前状态：消弧线圈运行于L档，电感电流补偿值IL，电抗为XL，脱谐度为ρ%。A相接地故障时：U0为系统不对称电压，U0=UA，阻尼电阻被短接，系统回路阻抗为XL-XC=ρ·XL。故障消失后的瞬时：零序回路电流I0=U0/(ρ%·XL)，位移电压Un=I0XL。这时，若脱谐度预置过小，有可能使零序回路电流I0大于电流整定保护值，位移电压Un大于电压整定值，CPU控制电路误认为接地仍未消失，消弧线圈未能及时退出补偿状态，阻尼电阻还处于被短接的状态，这时消弧线圈就刚好与零序电容形成串联谐振，而且谐振状态会一直维持下去，造成较长时间的工频过电压。但是，由于消弧线圈系统均是以中性点电压超过一定值作为发生单相接地的判据而投消弧线圈的，而串联谐振时中性点电压也较高(达到了数千伏)，导致系统误认为单相接地故障继续存在，所以系统将继续进行补偿，从而导致恶性循环。然而脱谐度和消弧线圈启动电压又不能设定得太高，前者太大，将会导致残流过大，而后者设定得太高，将会导致有些高阻性接地故障时系统无法正常启动补偿。

　　4、对策

　　对于消弧线圈脱谐度的设定是一个矛盾的过程，目前在实际应用中很难做到即有很好的补偿效果，又能彻底的避免因消弧线圈识别问题，造成的误启动或瞬时故障后不复归。因此，我们只有在合理设定消弧线圈脱谐度的同时，对类似故障进行分析，应依据当时的故障现象及时判断出故障的起因，避免对用户的不必要的停电，从消弧线圈着手解决问题，可以改变消弧线圈的运行方式，将异常段母线的消弧线圈改为手动，在注意采用过补偿方式和消弧线圈残流不应过大的前提下，使中性点电压漂移最低，使母线电压尽量保持平衡。

　　5、结束语

　　随着电网的发展，系统中消弧线圈的应用越来越广泛，消弧线圈的作用也越来越重要，必将由消弧线圈引起的故障也会增加，处理接地故障要从事故现象及其消弧线圈的原理、组成综合考虑。

　　6、作者简介

　　王晓光，(1983.3.5—)，本科学历，助理工程师，主要从事继电保护方面技术研究。