1　問(wèn)題提出

　　隨著(zhù)城市建設發(fā)展的需要和供電負荷的增加，許多地方正在城區建設110/10kV終端變電所，一次側采用電壓110kV進(jìn)線(xiàn)，隨著(zhù)城網(wǎng)改造中桿線(xiàn)下地，城區10kV出線(xiàn)絕大多數為架空電纜出線(xiàn)，10kV配電網(wǎng)絡(luò )中單相接地電容電流將急劇增加，根據國家原電力工業(yè)部《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護和絕緣配合》規定，3-66KV系統的單相接地故障電容電流超過(guò)10A時(shí)，應采用消弧線(xiàn)圈接地方式。一般的110/10kV變電所，其變壓器低壓側為△接線(xiàn)，系統低壓側無(wú)中性點(diǎn)引出，因此，在變電所設計中要考慮10kV接地變、消弧線(xiàn)圈和自動(dòng)補償裝置的設置。

　　2　10kV中性點(diǎn)不接地系統的特點(diǎn)

　　選擇電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式是一個(gè)要考慮許多因素的問(wèn)題，它與電壓等級、單相接地短路電流數值、過(guò)電壓水平、保護配置等有關(guān)。并直接影響電網(wǎng)的絕緣水平、系統供電的可靠性和連續性、主變壓器和發(fā)電機的安全運行以及對通信線(xiàn)路的干擾。10kV中性點(diǎn)不接地系統（小電流接地系統）具有如下特點(diǎn)：當一相發(fā)生金屬性接地故障時(shí)，接地相對地電位為零，其它兩相對地電位比接地前升高√3倍，一般情況下，當發(fā)生單相金屬性接地故障時(shí)，流過(guò)故障點(diǎn)的短路電流僅為全部線(xiàn)路接地電容電流之和其值并不大，發(fā)出接地信號，值班人員一般在2小時(shí)內選擇和排除接地故障，保證連續不間斷供電。

　　3　系統對地電容電流超標的危害

　　實(shí)踐表明中性點(diǎn)不接地系統（小電流接地系統）也存在許多問(wèn)題，隨著(zhù)電纜出線(xiàn)增多，10kV配電網(wǎng)絡(luò )中單相接地電容電流將急劇增加，當系統電容電流大于10A后，將帶來(lái)一系列危害，具體表現如下：

　　3.1當發(fā)生間歇弧光接地時(shí)，可能引起高達3.5倍相電壓（見(jiàn)參考文獻1）的弧光過(guò)電壓，引起多處絕緣薄弱的地方放電擊穿和設備瞬間損壞，使小電流供電系統的可靠性這一優(yōu)點(diǎn)大受影響。

　　3.2配電網(wǎng)的鐵磁諧振過(guò)電壓現象比較普遍，時(shí)常發(fā)生電壓互感器燒毀事故和熔斷器的頻繁熔斷，嚴重威脅著(zhù)配電網(wǎng)的安全可靠性。

　　3.3當有人誤觸帶電部位時(shí)，由于受到大電流的燒灼，加重了對觸電人員的傷害，甚至傷亡。

　　3.4當配電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí)，電弧不能自滅，很可能破壞周?chē)�的絕緣，發(fā)展成相間短路，造成停電或損壞設備的事故；因小動(dòng)物造成單相接地而引起相間故障致使停電的事故也時(shí)有發(fā)生。

　　3.5配電網(wǎng)對地電容電流增大后，對架空線(xiàn)路來(lái)說(shuō)，樹(shù)線(xiàn)矛盾比較突出，尤其是雷雨季節，因單相接地引起的短路跳閘事故占很大比例。

　　4　單相接地電容電流的計算

　　4.1空載電纜電容電流的計算方法有以下兩種：

　�。�1）根據單相對地電容，計算電容電流（見(jiàn)參考文獻2）。

　　Ic=√3×UP×ω×C×10³（4-1）

　　式中：UP━電網(wǎng)線(xiàn)電壓（kV）

　　C━單相對地電容（F）

　　一般電纜單位電容為200-400pF/m左右（可查電纜廠(chǎng)家樣本）。

　�。�2）根據經(jīng)驗公式，計算電容電流（見(jiàn)參考文獻3）。

　　Ic=0.1×UP×L（4-2）

　　式中：UP━電網(wǎng)線(xiàn)電壓（kV）

　　L━電纜長(cháng)度（km）

　　4.2架空線(xiàn)電容電流的計算有以下兩種：

　�。�1）根據單相對地電容，計算電容電流（見(jiàn)參考文獻2）。

　　Ic=√3×UP×ω×C×10³（4-3）

　　式中：

　　UP━電網(wǎng)線(xiàn)電壓（kV）

　　C━單相對地電容（F）

　　一般架空線(xiàn)單位電容為5-6pF/m。

　�。�2）根據經(jīng)驗公式，計算電容電流（見(jiàn)參考文獻3）。

　　Ic=（2.7～3.3）×UP×L×10^-3（4-4）

　　式中：

　　UP━電網(wǎng)線(xiàn)電壓（kV）

　　L━架空線(xiàn)長(cháng)度（km）

　　2.7━系數，適用于無(wú)架空地線(xiàn)的線(xiàn)路

　　3.3━系數，適用于有架空地線(xiàn)的線(xiàn)路

　　同桿雙回架空線(xiàn)電容電流（見(jiàn)參考文獻3）：Ic2=（1.3~1.6）Ic（1.3-對應10KV線(xiàn)路，1.6-對應35KV線(xiàn)路，Ic-單回線(xiàn)路電容電流）

　　4.3變電所增加電容電流的計算（見(jiàn)參考文獻3）

　　通過(guò)4-2和4-4比較得出電纜線(xiàn)路的接地電容電流是同等長(cháng)度架空線(xiàn)路的37倍左右，所以在城區變電站中，由于電纜線(xiàn)路的日益增多，配電系統的單相接地電容電流值是相當可觀(guān)的，又由于接地電流和正常時(shí)的相電壓相差90°，在接地電流過(guò)零時(shí)加在弧隙兩端的電壓為最大值，造成故障點(diǎn)的電弧不易熄滅，常常形成熄滅和重燃交替的間隙性和穩定性電弧，間隙性弧光接地能導致危險的過(guò)電壓，而穩定性弧光接地會(huì )發(fā)展成相間短路，危及電網(wǎng)的安全運行。

　　5　傳統消弧線(xiàn)圈存在的問(wèn)題

　　當3—66KV系統的單相接地故障電容電流超過(guò)10A時(shí)，應采用消弧線(xiàn)圈接地方式，通過(guò)計算電網(wǎng)當前脫諧度（ε=（IL-IC）/IC·100%）與設定值的比較，決定是否調節消弧圈的分接頭，過(guò)去選用的傳統消弧線(xiàn)圈必須停電調節檔位，在運行中暴露出許多問(wèn)題和隱患，具體表現如下：

　　5.1由于傳統消弧線(xiàn)圈沒(méi)有自動(dòng)測量系統，不能實(shí)時(shí)測量電網(wǎng)對地電容電流和位移電壓，當電網(wǎng)運行方式或電網(wǎng)參數變化后靠人工估算電容電流，誤差很大，不能及時(shí)有效地控制殘流和抑制弧光過(guò)電壓，不易達到最佳補償。

　　5.2傳統消弧線(xiàn)圈按電壓等級的不同、電網(wǎng)對地電容電流大小的不同，采用的調節級數也不同，一般分五級或九級，級數少、級差電流大，補償精度很低。

　　5.3調諧需要停電、退出消弧線(xiàn)圈，失去了消弧補償的連續性，響應速度太慢，隱患較大，只能適應正常線(xiàn)路的投切。如果遇到系統異�；蚴鹿是闆r下，如系統故障低周低壓減載切除線(xiàn)路等，來(lái)不及進(jìn)行調整，易造成失控。若此時(shí)正碰上電網(wǎng)單相接地，殘流大，正需要補償而跟不上，容易產(chǎn)生過(guò)電壓而損壞電力系統絕緣薄弱的電器設備，引起事故擴大、雪上加霜。

　　5.4由于消弧線(xiàn)圈抑制過(guò)電壓的效果與脫諧度大小相關(guān)，實(shí)踐表明：只有脫諧度不超過(guò)±5%時(shí)，才能把過(guò)電壓的水平限制在2.6倍的相電壓以下（見(jiàn)參考文獻1），傳統消弧線(xiàn)圈則很難做到這一點(diǎn)。

　　5.5運行中的消弧線(xiàn)圈不少容量不足，只能長(cháng)期在欠補償下運行。傳統消弧線(xiàn)圈大多數沒(méi)有阻尼電阻，其與電網(wǎng)對地電容構成串聯(lián)諧振回路，欠補償時(shí)遇電網(wǎng)斷線(xiàn)故障易進(jìn)入全補償狀態(tài)（即電壓諧振狀態(tài)），這種過(guò)電壓對電力系統絕緣所表現的危害性比由電弧接地過(guò)電壓所產(chǎn)生的危害更大。既要控制殘流量小，易于熄��；又要控制脫諧度保證位移電壓（U0=0.8U/√d2+ε2（見(jiàn)參考文獻3）不超標，這對矛盾很難解決。鑒于上述因素，只好采用過(guò)補償方式運行，補償方式不靈活，脫諧度一般達到15%-25%，甚至更大，這樣消弧線(xiàn)圈抑制弧光過(guò)電壓效果很差，幾乎與不裝消弧線(xiàn)圈一樣。

　　5.6單相接地時(shí)，由于補償方式、殘流大小不明確，用于選擇接地回路的微機選線(xiàn)裝置更加難以工作。此時(shí)不能根據殘流大小和方向或采用及時(shí)改變補償方式或調檔變更殘流的方法來(lái)準確選線(xiàn)。該裝置只能依靠含量極低的高次諧波（小于5%）的大小和方向來(lái)判別，準確率很低，這也是過(guò)去小電流選線(xiàn)裝置存在的問(wèn)題之一。

　　5.7為了提高我國電網(wǎng)技術(shù)和裝備水平，國家正在大力推行電網(wǎng)通訊自動(dòng)化和變電站綜合自動(dòng)化的科技方針，實(shí)現四遙（遙信、遙測、遙調、遙控），進(jìn)而實(shí)現無(wú)人值班，傳統消弧線(xiàn)圈根本不具備這個(gè)條件。

　　6　自動(dòng)跟蹤消弧線(xiàn)圈補償技術(shù)

　　根據供配電網(wǎng)小電流接地系統對地電容電流超標所產(chǎn)生的影響和投運傳統消弧線(xiàn)圈存在問(wèn)題的分析，應采用自動(dòng)跟蹤消弧線(xiàn)圈補償技術(shù)和配套的單相接地微機選線(xiàn)技術(shù)。泰興供電局采用的接地變?yōu)樯虾Ｋ荚措姎庥邢薰�司生產(chǎn)的DKSC系列的，消弧線(xiàn)圈為該廠(chǎng)生產(chǎn)的XHDC系列的，自動(dòng)調諧和選線(xiàn)裝置為該廠(chǎng)生產(chǎn)的XHK系列，全套裝置包括：中性點(diǎn)隔離開(kāi)關(guān)G、Z型接地變壓器B（系統有中性點(diǎn)可不用）、有載調節消弧線(xiàn)圈L、中性點(diǎn)氧化鋅避雷器MOA、中性點(diǎn)電壓互感器PT、中性點(diǎn)電流互感器CT、阻尼限壓電阻箱R和自動(dòng)調諧和選線(xiàn)裝置XHK-II�！　�

　　6.1接地變壓器

　　接地變壓器的作用是在系統為△型接線(xiàn)或Y型接線(xiàn)中性點(diǎn)無(wú)法引出時(shí)，引出中性點(diǎn)用于加接消弧線(xiàn)圈，該變壓器采用Z型接線(xiàn)（或稱(chēng)曲折型接線(xiàn)），與普通變壓器的區別是每相線(xiàn)圈分別繞在兩個(gè)磁柱上，這樣連接的好處是零序磁通可沿磁柱流通，而普通變壓器的零序磁通是沿著(zhù)漏磁磁路流通，所以Z型接地變壓器的零序阻抗很�。�10Ω左右），而普通變壓器要大得多。因此規程規定，用普通變壓器帶消弧線(xiàn)圈時(shí)，其容量不得超過(guò)變壓器容量的20%，而Z型變壓器則可帶90%～100%容量的消弧線(xiàn)圈，接地變除可帶消弧圈外，也可帶二次負載，可代替所用變，從而節省投資費用。

　　6.2有載調節消弧線(xiàn)圈

　�。�1）消弧線(xiàn)圈的調流方式：一般分為3種，即：調鐵芯氣隙方式、調鐵芯勵磁方式和調匝式消弧線(xiàn)圈。目前在系統中投運的消弧線(xiàn)圈多為調匝式，它是將繞組按不同的匝數，抽出若干個(gè)分接頭，將原來(lái)的無(wú)勵磁分接開(kāi)關(guān)改為有載分接開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換，改變接入的匝數，從而改變電感量，消弧線(xiàn)圈的調流范圍為額定電流的30～100%，相鄰分頭間的電流數按等差級數排列，分頭數按相鄰分頭間電流差小于5A來(lái)確定。為了減少殘流，增加了分頭數，根據容量不同，目前有9檔—14檔，因而工作可靠，可保證安全運行。消弧線(xiàn)圈還外附一個(gè)電壓互感器和一個(gè)電流互感器。

　�。�2）消弧線(xiàn)圈的補償方式：一般分為過(guò)補、欠補、最小殘流3種方式可供選擇。

　　a.欠補：指運行中線(xiàn)圈電感電流IL小于系統電容電流IC的運行方式。當0＜IC-IL≤Id，（Id為消弧線(xiàn)圈相鄰檔位間的級差電流），即當殘流為容性且殘流值≤級差電流時(shí)，消弧線(xiàn)圈不進(jìn)行調檔。若對地電容發(fā)生變化不滿(mǎn)足上述條件時(shí)，則消弧線(xiàn)圈將向上或向下調節分頭，直至重新滿(mǎn)足上述條件為止。

　　b.過(guò)補：指運行中電容電流IC小于電感電流IL的運行方式。當IC-IL＜0，且│IC-IL│≤Id，即在殘流為感性且殘流值≤級差電流時(shí)，消弧線(xiàn)圈不進(jìn)行調檔。若對地電容發(fā)生變化不滿(mǎn)足上述條件時(shí)，則消弧線(xiàn)圈的分接頭將進(jìn)行調節，直至重新滿(mǎn)足上述條件為止。

　　c.最小殘流：在│IC-IL│≤1/2Id時(shí)，消弧線(xiàn)圈不進(jìn)行調節；當對地電容變化，上述條件不滿(mǎn)足時(shí)進(jìn)行調節，直至滿(mǎn)足上述條件。在這種運行方式下，接地殘流可能為容性，也可能為感性，有時(shí)甚至為零（即全補），但由于加裝了阻尼電阻，中性點(diǎn)電壓不會(huì )超過(guò)15%相電壓。

　　6.3限壓阻尼電阻箱

　　在自動(dòng)跟蹤消弧線(xiàn)圈中，因調節精度高，殘流較小，接近諧振（全補）點(diǎn)運行。為防止產(chǎn)生諧振過(guò)電壓及適應各種運行方式，在消弧線(xiàn)圈接地回路應串接阻尼電阻箱。這樣在運行中，即使處于全補狀態(tài)，因電阻的阻尼作用，避免產(chǎn)生諧振，而且中性點(diǎn)電壓不會(huì )超過(guò)15%相電壓，滿(mǎn)足規程要求，使消弧線(xiàn)圈可以運行于過(guò)補、全補或欠補任一種方式。阻尼電阻可選用片狀電阻，根據容量選用不同的阻值。當系統發(fā)生單相接地時(shí)，中性點(diǎn)流過(guò)很大的電流，這時(shí)必須將阻尼電阻采用電壓、電流雙重保護短接。

　　6.4調諧和選線(xiàn)裝置

　　自動(dòng)調諧和選線(xiàn)裝置是整套技術(shù)的關(guān)鍵部分，所有的計算和控制由它來(lái)實(shí)現，控制器實(shí)時(shí)測量出系統對地的電容電流，由此計算出電網(wǎng)當前的脫諧度ε，當脫諧度偏差超出預定范圍時(shí)，通過(guò)控制電路接口驅動(dòng)有載開(kāi)關(guān)調整消弧線(xiàn)圈分接頭，直至脫諧度和殘流在預定范圍內為止。系統發(fā)生單相接地時(shí)，將系統PT二次開(kāi)口三角處的零序電壓及各回路零序電流采集下來(lái)進(jìn)行分析處理，通過(guò)視在功率、零序阻抗變化、諧波變化、五次諧波等選線(xiàn)算法來(lái)進(jìn)行選線(xiàn)。

　　6.5隔離開(kāi)關(guān)、電壓互感器

　　隔離開(kāi)關(guān)安裝消弧線(xiàn)圈前，用于投切消弧線(xiàn)圈，由于消弧線(xiàn)圈內的電壓互感器不滿(mǎn)足測量精度，需另設中性點(diǎn)電壓互感器測量中性點(diǎn)電壓。

　　7　自動(dòng)跟蹤消弧線(xiàn)圈補償技術(shù)的性能和特點(diǎn)

　　7.1該裝置在正常運行中每隔3S（秒）對系統電容電流、殘流進(jìn)行測量計算，根據測量結果控制消弧線(xiàn)圈升降檔，使殘流（脫諧度）保持在最小，測量時(shí)不需進(jìn)行調檔試探，具有響應速度快、有載開(kāi)關(guān)壽命長(cháng)、跟蹤準確的優(yōu)點(diǎn)。

　　7.2過(guò)補、欠補、最小殘流3種運行方式任選，可在現場(chǎng)根據需要隨時(shí)設定變更。

　　7.3在最小殘流方式下運行，可使補償后的接地殘流≤3%額定電流（即消弧線(xiàn)圈最大電流）。

　　7.4消弧線(xiàn)圈串聯(lián)電阻方式，可限制全補時(shí)中性點(diǎn)位移電壓＜15%相電壓，避免諧振，滿(mǎn)足了運行規程要求。

　　7.5根據企業(yè)電網(wǎng)的電壓和容量等級，依照測出的系統電容電流等具體參數，可選用合適型號規格的成套裝置，該技術(shù)適應面大。

　　7.6該技術(shù)包括的微機選線(xiàn)保護裝置采用特殊的多種算法，可快速準確顯示單相接地線(xiàn)路。

　　8　.接地變壓器、消弧線(xiàn)圈容量和額定電流的確定

　　8.1根據架空線(xiàn)或電纜參數計算公式計算電容電流Ic

　　8.2消弧線(xiàn)圈容量的確定（見(jiàn)參考文獻3）

　　Q=K×Ic×UP/√3（8-1）

　　式中：K—系數，過(guò)補償取1.35

　　Q—消弧線(xiàn)圈容量，kVA

　　8.3消弧線(xiàn)圈容量及額定電流的選擇

　　根據最大電容電流Ic，確定相應的消弧線(xiàn)圈容量及額定電流，使最大補償電感電流滿(mǎn)足要求。

　　8.4接地變壓器容量選擇

　　接地變除可帶消弧圈外，兼作所用變。

　　式中：

　　Q—消弧線(xiàn)圈容量，kVA

　　S—所變容量，kVA

　　Ф—功率因素角，°

　　SJ—接地變容量，kVA

　　例如某110kV變電所，二臺主變，10kV單母線(xiàn)分段，共24回電纜出線(xiàn)，兩套裝置補償，一回電纜平均長(cháng)度按2kM計算，所變容量100kVA，COSФ=0.8.根據式（4-1）或式（4-2）有：

　　Ic=0.1×UP×L

　　=0.1×10.5×2×12=25.2（A）

　　變電所增加電容電流為16%故Ic=25.2×1.16=29.23（A）

　　根據式（8-1）：

　　Q=K×Ic×UP/√3

　　=1.35×29.23×10.5/√3

　　=239（kVA）

　　根據消弧線(xiàn)圈容量系列性及最大電容電流Ic，確定相應的Q=300KVA，補償電流調節范圍為25—50A

　　根據式（8-2）：

　　因此整套裝置，可調電抗器選用了型號為XHDCZ-300/10/25-50A（九檔），容量為300kVA，系統電壓10kV，額定電壓6.062kV，補償電流調節范圍為25-50A.接地變壓器選用了型號為DKSC-400/100/10.5，10.5±5%、容量為400kVA，二次容量為100kVA，系統電壓10.5kV。