变压器中性点的消弧线圈

《变压器中性点的消弧线圈》由会员分享，可在线阅读，更多相关《变压器中性点的消弧线圈（3页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、随着配电网容量的日益扩大和广大用户对供电可靠性的要求越来越高，目前中性点不接地的 方式已越来越不适应系统的发展要求。而中性点经小电阻接地的方式由于跳闸率高、接地电 流过大可能对人身和设备安全构成威胁，在配电网日益发展的今天，尤其随着微电子技术的 广泛应用，其应用也将不可避免受到某些限制；从系统长远的发展观点而言，这种接地方式 是否完全符合电力系统的实际需要，还有待进一步的研究和探讨。中性点经消弧线圈接地 的方式在国内外已有成功运行的经验。近几年来随着微电子技术的长足发展，各种形式的自 动跟踪消弧系统相继出现，将大大克服传统消弧线圈的缺点，无论从补偿效果还是过电压水 平来说，都得到了改进。国内已

2、有越来越多的单位使用消弧线圈，并取得了相当多的运行经 验。本文以10kV系统为例讨论了消弧线圈各个参数对补偿效果的影响。1消弧线圈若干 问题的探讨1.1消弧线圈伏安特性对补偿效果的影响消弧线圈的伏安特性直接影响到单 相高阻接地时的补偿效果，是消弧线圈极为重要的一个参数。下面说明该参数的影响。一 般情况下，消弧线圈为了能达到补偿不同零序电容电流和跟踪配电网的需要，毫无例外地都 做成了分级式结构，分级的形式有多种多样，分级的多少视消弧线圈的容量来定。每一级都 对应着额定电压下的一种额定补偿电流。目前实际运行中的消弧系统，投档原则是，不管单 相接地时中性点电压Un为多少，都是按照某档位额定补偿电流与

3、额定电容电流基本相等的 原则将消弧线圈调至该档位。这种投档方式，仅当消弧线圈伏安特性接近直线时是可行的， 因为只有在此条件下消弧线圈某档位补偿电流与电容电流均与中性点电压成正比，保证了二 者额定电流相等，就能保证其它中性点电压下二者也基本相等。但当消弧线圈伏安特性为 非线性时，这种投档方式，仅在线路发生单相金属性接地时是较为合理的，因为此时中性点 电压接近于消弧线圈的额定工作电压，与各档位电流实测条件相当；但当线路发生高阻接地 时，这种投档方式就不太妥当了。假设某10kV电网额定零序电容电流为98.8A，消弧线圈 某档额定补偿电流为98.8A，依据上述投档原则，不论发生何种单相接地，即无论中性

4、点电 压为何值，消弧线圈都会调到该档进行补偿。当发生单相金属性接地，中性点电压接近额定 相电压时补偿较好，接地残流较小；但若接地时中性点电压为3844V，消弧线圈提供的补 偿电流为71.5A，而此时电容电流为IC=98.8x3844/6062=62.7A（考虑电容电流与中性点 电压成正比），因此仅仅因为消弧线圈非线性所带来的接地残流附加值为8.8A，再考虑到级 差电流、电容电流测试的不准确性和零序回路有功分量的影响，极易导致接地残流超过10A。 消弧线圈越是非线性，其影响也就越大。消弧线圈多年的运行实践表明，绝大多数（超过 90%）单相接地故障为弧光接地和高阻接地，这使得单相接地故障时的中性点

5、电压（即消弧线 圈上实际承受的电压）并不是系统额定相电压。实际运行中，中性点电压低于2000V的单相 高阻接地大有记录。因此，在消弧线圈伏安特性非线性的状况下，以额定电压下补偿电流相 等或相近于此时的零序电容电流来进行补偿，则实际接地残流受消弧线圈伏安特性的影响很 大。目前很多消弧线圈不易做到线性优良，主要是受其工作原理的限制，即利用调节电感 或变压器励磁特性来调节补偿电流，由于磁滞回线的影响，不可能做出在全电压范围内伏安 特性线性度优良的高质量消弧线圈。因此，用户必须向厂家了解所购自动跟踪消弧线圈如下 两个特性：（1）消弧线圈（0%110%额定电压）的伏安特性曲线；（2 ）自动跟踪消弧线圈系

6、 统在中性点电压超过多少伏（设为Ux）时便进行投档。根据上述两条，再结合消弧线圈所安 装的配电网络的零序电容电流IC（IC=wCUph，Uph为系统额定相电压），用户便可从厂家 提供的伏安特性曲线计算出中性点电压为Un（UxVUnVUph）时，由于消弧线圈伏安特性非 线性所带来的附加接地残流，再考虑到其它因素（级差、测量准确性和零序有功分量）的影响， 最终残流不应超过规程所规定的允许残留值。1.2接地信息显示 接地信息的记录或显示， 各厂家有其自己的方法。不管厂家最终以何种方式将接地时的相关信息提供给用户，用户有 必要知道接地时相应信息的真实情况，一般应包括单相接地时系统中性点的电压Un及与其

7、 相应的零序电容电流（IC=3CUn）、消弧线圈实际的补偿电流、发生接地时的时间等参量。 其中，消弧线圈实际的补偿电流是很重要的参数。若只提供接地发生时消弧线圈所调档位或 档位的额定电流，则由上述伏安特性的讨论可知，它并不能反映出接地时消弧线圈所补偿的 实际电流，甚至会造成误解，使得残流的计算脱离实际太远。一般的中性点补偿系统，都装 设有中性点电压互感器和电流互感器，使得这些参数的测量成为可能，因此厂家应提供上述 参数。1.3关于残余电流问题按照残流的定义，接地残流系指经消弧线圈补偿之后流经接 地点的电流。从数学意义上来说，它等于系统零序电容电流与消弧线圈补偿电流的矢量之和。 一般说来，由于线

8、路实际存在有功损耗及消弧线圈等设备的有功损耗的影响，使得消弧线圈 所补偿的电流和系统零序电容电流在接地点处并非严格反相。所以，残流并非简单的等于补 偿电流与零序电容电流数值意义上的相减。笔者认为：由于各线路的有功损耗可能都不相同， 因此考虑消弧线圈补偿系统残流指标时可暂不考虑其影响。一套消弧线圈系统，其残流指标 的给出，首先应指出失谐度的设定值，还应综合考虑到本套系统中直接接入零序回路的一次 设备的有功损耗、控制系统零序电容电流的测量误差以及消弧线圈伏安特性的非线性的影响 等因素。当消弧线圈容量较大（超过400kVA）且伏安特性为非线性时，经该套系统补偿之后 的接地点残流最大值不一定出现在中性

9、点电压较高时，大多数情况下，反而会出现在当中性 点电压低于4000V的时候。当然，若消弧线圈伏安特性线性度较好，就不存在这个问题了， 目前国内大多数消弧线圈基本上是应用调节消弧线圈励磁电抗这一原理，即使能保证伏安特 性局部线性，但还是保证不了较大电压范围内的线性度，都多多少少存在非线性的问题，有 些还甚为严重。所以要较为准确地计算一套消弧系统的残流时，需综合考虑各因素的影响， 有时还存在不定因素，较为复杂。若有条件最好进行现场人工接地试验（尤其是高阻接地试 验）实测接地残流。在目前对确定残流尚未有明确规范的条件下，厂家最好能提供实测值， 或提供尽量接近实际的参数并说明其相应的条件。用户也应了解

10、影响残流的因素，对消弧系 统能否满足规定的残流值作出科学的判断。1.4接地变压器的零序阻抗由于主变压器 10kV侧一般采用接法，如果采用消弧线圈系统，一般都要加装接地变压器。接地变压器 的零序阻抗可以做得比较小，但是如不注意消弧线圈和接地变压器零序阻抗的匹配，将严重 影响消弧线圈输出的补偿电流。例如，标称容量为500kVA/10.5kV的消弧线圈，当在实际 配电网中投入运行后，如不注意接地变压器零序阻抗的影响，有可能对80A的电容电流根 本无法补偿。因此，用户一定要对接地变压器的零序阻抗提出具体要求。一般来讲，消弧线 圈容量越大，要求接地变压器的零序阻抗就越小，当然接地变压器零序阻抗越小，其造

11、价就 越高。1.5接地解除后消弧线圈补偿状态的退出发生单相接地故障后，消弧线圈将马上投 入运行，这时在等效零序回路中，消弧线圈与零序电容是并联的，因此达到了补偿的目的。 大部分的单相接地故障在补偿之后都能自动解除，这时消弧线圈与零序电容就形成串联回 路，如果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， 因此必须设法尽快结束该状态。但是，一般消弧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

12、障继续存在，所以系统将继续进行补偿，从而导致恶性循环。失谐度设 定得越小，消弧线圈启动电压设定得越低（如低于2000V），消弧线圈系统补偿得越好，就越 有可能出现这种情况。然而失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。 因此，消弧线圈的控制系统必须具备一定的状态识别功能，识别出系统处在单相接地状态还 是谐振状态，确保单相接地故障解除后，消弧线圈能可靠地立即退出补偿状态。1.6消弧 线圈的响应速度消弧线圈的响应速度也是一个很重要的参数，当发生单相接地故障时，若 需经过几十毫秒甚至多达数秒的时间才能投

13、上消弧线圈，对于目前接地电流越来越大的系 统来讲，已经越来越不适应了。理想的对策是利用快速响应的消弧线圈将弧光接地抑制在起 弧的一瞬间，这就要求消弧系统具有极快的响应速度。同时，实际运行中（特别是在雷雨季 节）通常会连续发生相隔时间极短的多次单相接地故障（例如某站在一个雷雨季节中已记录 到7次相隔310s的多次单相接地故障），消弧线圈必须具有极快的响应速度，才能有效 地补偿并消除这些故障，保证系统的安全运行。国内有些中性点需加阻尼电阻的消弧线圈 系统，为了提高响应速度，采用预调的工作方式，即无故障时已将消弧线圈调至计算好的档 位，当发生单相接地故障时再短接阻尼电阻。这种方式，往往还是要受制于阻

14、尼电阻短接机 构（接触器和多级中间继电器）操作时间的影响，所以也难提高响应速度。利用可控硅控制的 消弧线圈，可以在几个毫秒内对单相接地迅速响应，应是自动跟踪控制消弧线圈的发展方向。 有人担心可控硅的可靠性问题，其实这主要取决于可控硅的选型、可控硅的实际工况（即消 弧线圈的控制方式）等。即使是国产大功率可控硅，在某些大型电站已有几十年成功运行的 经验，如果选型正确、运用恰当，可控硅的可靠性还是相当高的。1.7消弧线圈的使用范 围目前有人认为对于纯电缆网络或以电缆为主的配电网宜采用小电阻接地，而对于以架空 线为主的配电网宜采用消弧线圈接地。对于前一点，我们有不同的看法。电缆为主的网络， 如果采用中

15、性点经小电阻接地的方式，则会如前所述带来一定的弊端。若代之以能快速响应 的消弧线圈接地（响应时间应小于10ms，低于小电阻接地系统中开关等的响应时间），则不 管是因电缆本身质量问题还是电缆连接头闪络而导致的单相接地，消弧线圈能快速补偿，就 能显著地降低接地点的电流，使瞬时性故障能自行恢复，避免跳闸造成的停电；而对非瞬时 性故障也因故障电流大大减少而避免了巨大的短路电流对电缆的冲击，使故障点不易扩大， 因而大大提高了供电可靠性。如果消弧线圈系统自带状态识别功能，对于永久性接地故障能 在接地发生后快速选线并跳闸，就与小电阻接地方式一样对电缆起到保护作用。可见，性能 优良的消弧线圈系统在纯电缆或以电缆为主的配电网中使用更具优越性。而上述接地方式集 中了传统消弧线圈接地和经小电阻接地的优点，是一种较为理想的接地方式。