企业自备电站接地电容电流的补偿

企业自备电站接地电容电流的补偿摘要：针对化工企业自备热电站直配线电缆较多，单相接地电容电流较大的特点，采用偏磁式消弧线圈进行自动补偿。本文描述了该系统的整体方案及其性能。实际应用证明该系统安全、可靠，运行后不需要进行手动调整。关键字：企业电站接地电容电流偏磁式消弧线圈动态自动跟踪全补偿一、引言化工企业蒸蒸汽用量大，利利用蒸汽余热热发电，既经经济、节能又又能提高企业业用电的可靠靠性。再加上上目前电力紧紧张，进一步步促进了各企企业兴建热电电联产式热电电站的热情。现现在正在设计计或施工的此此类工程很多多，可以说遍遍地都是。化化工企业电站站的机压母线线一般都采用用10KV或6KV中性点不接接地系统，而而且一般都采采用机压母线线对负荷直配配电缆。该方方案运行维护护简单,节省了全套套升压站的投投资，非常受受企业的欢迎迎。但是，此此方案会造成成单相接地电电容电流很大大。在我公司司承担的青海海某90万吨/年纯碱工程程中，第一期期工程的单相相接地电容电电流就达到了了31.5A，二期预计计与一期工程程的规模一样样。在我公司司承担的山东东某100万吨/年纯碱工程程中，其第一一期工程的单单相接地电容容电流已达到到了33.5A，而且企业业已有规划，一一期工程竣工工就开始二期期工程的设计计，到2008年完成三期期工程的建设设。国家规范范要求，单相相接地电容电电流4A以上就必须须采取补偿措措施。单相接接地电容电流流问题是工程程设计必须解解决的问题。二、单相接接地电容电流流的危害中性点不接接地的高压电电网中，单相相接地电容电电流的危害主主要体现在四四个方面：1．弧光接接地过电压危危害当电容电流流过大，接地地点电弧不能能自行熄灭，出出现间歇性电电弧接地时，产产生弧光接地地过电压，这这种过电压可可达相电压的的3-5倍或更高，它它遍布于整个个电网中，并并且持续时间间长，可达几几小时，它不不仅击穿电网网中的绝缘薄薄弱环节，而而且对整个电电网绝缘都有有很大的危害害。2．造成接接地点热破坏坏及接地网电电压升高单相接地电电容电流过大大，使接地点点热效应增大大，对电缆等等设备造成热热破坏，该电电流流入接地地网后由于接接地电阻的原原因，使整个个接地电网电电压升高，危危害人身安全全。3．交流杂杂散电流危害害电容电流流流入大地后，在在大地中形成成杂散电流，该该电流可能产产生火花，引引燃可燃气体体、煤尘爆炸炸等，可能造造成雷管先期期放炮，并且且腐蚀水管，气气管等金属设设施。4．接地电电弧还会直接接引起火灾,甚至直接引引起可燃气体体、煤尘爆炸炸。三、消弧线线圈的作用电网安装消消弧线圈后，发发生单相接地地时消弧线圈圈产生电感电电流，该电感感电流补偿接接地电容电流流，使得接地地电流减少；；同时使得故故障相恢复电电压速度减少少，治理电容容电流过大所所造成的危害害。同时由于于消弧线圈的的嵌位作用，它它可以有效地地防止铁磁谐谐振过电压的的产生。消弧弧线圈补偿效效果越好，对对电网的安全全保护作用越越大，所以需需要跟踪电容容电流变化自自动调谐的消消弧线圈。四、消弧线线圈作用原理理及国内外现现状4.1补补偿系统的原原理消弧线圈的的作用是当电电网发生单相相接地故障后后，提供一电电感电流，补补偿接地电容容电流，使接接地电流减少少，也使得故故障相接地电电弧两端的恢恢复电压速度度降低，达到到熄灭电弧的的目的。当消消弧线圈正确确调谐时，不不仅可以有效效地减少产生生弧光接地过过电压的机率率，还可以有有效地抑制过过电压的幅值值，同时也最最大限度地减减少故障点热热破坏作用及及接地网的电电压等。所谓谓正确调谐，即即电感电流接接近或等于电电容电流，工工程上用脱谐谐度v描述调谐程程度当V=0时，称为全全补偿，当V>0时为欠补偿偿，V<0时为过补偿偿。从发挥消消弧线圈的作作用上来看，脱脱谐度的绝对对值越小越好好，最好是处处于全补偿状状态，即调至至谐振点上。但但是在电网正正常运行时，小小脱谐度的消消弧线圈将产产生各种谐振振过电压。如如煤矿6KV电网，当消消弧线圈处于于全补偿时，电电网正常稳态态运行情况下下其中性点位位移电压是未未补偿电网的的10-25倍，这就是是通常所说的的串联谐振过过电压。除此此之外，电网网中各种操作作（如大电机机投入，断路路器非同期合合闸等）及电电网发生其它它故障时（如如单相断线，断断路器非全相相合闸等）都都可能产生危危险的过电压压，所以在电电网正常运行行时，或发生生单相接地之之外的其他故故障时，小脱脱谐度的消弧弧线圈给电网网带来的不是是安全因素而而是危害。综综上所述，当当电网发生单单相接地故障障时，希望消消弧线圈的脱脱谐度越小越越好，最好是是全补偿。当当电网正常运运行时,希望消弧线线圈的脱谐度度越大越好，最最好是退出运运行。4.2补补偿系统的分分类早期采用人人工调匝式固固定补偿的消消弧线圈，称称为固定补偿偿系统。固定定补偿系统的的工作方式是是：将消弧线线圈整定在过过补偿状态，其其过补程度的的大小取决于于电网正常稳稳态运行时不不使中性点位位移电压超过过相电压的15%，之所以采采用过补偿是是为了避免电电网切除部分分线路时发生生危险的串联联谐振过电压压。因为，如如整定在欠补补偿状态，切切除线路将造造成电容电流流减少，可能能出现全补偿偿或接近全补补偿的情况。可可见，固定补补偿方式很难难适应变动比比较频繁的电电网，这种系系统已逐渐不不再使用。取取代它的是能能跟踪电网电电容电流自动动调谐的装置置，这类装置置又分为两种种，一种称之之为随动式补补偿系统。随随动式补偿系系统工作方式式是：自动跟跟踪电网电容容电流的变化化，随时调整整消弧线圈，使使其保持在谐谐振点上，在在消弧线圈中中串联一电阻阻，增加电网网阻尼率，将将谐振过电压压限制在允许许范围内。当当电网发生单单相接地故障障后，控制系系统将电阻短短接掉，达到到最佳补偿效效果，该系统统的消弧线圈圈不能带高电电压调整。另另一种称之为为动态补偿系系统。动态补补偿系统的工工作方式是：：在电网正常常运行时，调调整消弧线圈圈远离谐振点点，彻底避免免串联谐振过过电压及各种种谐振过电压压产生的可能能性，当电网网发生单相接接地后，瞬间间调整消弧线线圈至最佳状状态，使接地地电弧自动熄熄灭。这种系系统要求消弧弧线圈能带高高电压快速调调整，从根本本上避免了串串联谐振产生生的可能性，通通过适当的控控制，系统是是唯一可能使使电网中原有有的功率方向向型单相接地地选线装置（高高漏）继续使使用的系统。4.3国国内主要产品品的比较目前，自动动补偿的消弧弧线圈国内主主要有三种产产品，分别是是调气隙式，调调匝式及偏磁磁式。调气隙式调气隙式属属于随动式补补偿系统。其其消弧线圈为为动芯式结构构，通过移动动铁芯改变磁磁路磁阻达到到连续调节电电感的目的。然然而，其调整整只能在低电电压或无电压压的情况下进进行，其电感感调节范围上上下限之比为为2.5倍。控制系系统在电网正正常运行情况况下将消弧线线圈调整至全全补偿附近，将将约100Ω电阻串联在在消弧线圈上上。用来限制制串联谐振过过电压，使稳稳态过电压数数值在允许范范围内（中性性点电位升高高小于15%的相电压）。当当电网发生单单相接地后，必必须在0.2S秒内将电阻阻短接掉实施施最佳补偿，否否则电阻有爆爆炸的危险。该该产品的主要要缺点有四条条：1.工作作噪音大，可可靠性差动芯式消弧弧线圈由于其其结构上有运运动部件，当当高压施加其其上后，振动动噪音很大，而而且随着使用用时间的增长长，内部越来来越松动，噪噪音愈来愈大大。串联电阻阻约3KW，100Ω。当补偿电电流为50A时，需要250KW容量的电阻阻才能长期工工作，所以在在接地后，必必须迅速切除除电阻，否则则有爆炸的危危险。这就影影响到整个装装置的可靠性性。2.调节节精度差由于气隙的的微小变化都都造成电感较较大的变化，电电机通过机械械部件调气隙隙的精度远远远不够。用液液压调节成本本太高。3.过电电压水平高在电网正常常运行时，消消弧线圈处于于全补偿状态态或接近全补补偿状态，虽虽有串联电阻阻将稳态谐振振过电压限制制在允许范围围内。但是电电网中，各种种扰动（大电电机投切，非非同期合闸，非非全相合闸等等），使得其其瞬间过电压压危害较为严严重。4.功率率方向型单相相接地选线装装置不能继续续使用安装该产品品后，电网中中原有的功率率方向型单相相接地选线装装置不能继续续使用。调匝式该装置属于于随动式补偿偿系统，它同同调气隙式的的唯一区别是是将动芯式消消弧线圈用有有载调匝式消消弧线圈取代代，这种消弧弧线圈是用原原先的人工调调匝消弧线圈圈改造而成，即即采用有载调调节开关改变变工作绕组的的匝数，达到到调节电感的的目的，有载载调节开关每每调节一档时时间13秒。其工作作方式同调气气隙式完全相相同，也是采采用串联电阻阻限制谐振过过电压。该装装置同调气隙隙式相比，消消除了消弧线线圈的高噪音音，但是却牺牺牲了补偿效效果，消弧线线圈电感不能能连续调节，只只能离散地分分档调节，补补偿效果差，并并且同样具有有过电压水平平高，电网中中原有方向型型接地选线装装置不能使用用及串联电阻阻存在爆炸的的危险等缺点点，另外，该该装置比较零零乱，它由四四件设备组成成（接地变压压器，消弧线线圈，电阻箱箱，控制柜），安安装施工比较较复杂。总的的来讲，该装装置技术上比比较落后。由于经济上上的原因，国国产有载调匝匝式消弧线圈圈的有载调节节开关采用低低电压开关，它它只能在低压压下调节抽头头，发生接地地后不能调节节。偏磁式偏磁式消弧弧线圈成套装装置具有以下下特点：1.利用用自然零序电电压原理在线线实时测量电电网对地电容容。2.运用用磁放大器原原理进行动态态补偿，电网网正常运行时时少量投入补补偿电抗，电电网脱谐度大大，可有效地地防止串联谐谐振过电压的的发生。发生生单相接地后后，瞬间实施施最佳补偿。3.现在在广泛应用的的功率方向原原理的单相接接地保护装置置，仍能继续续使用。综上所述，偏偏磁式上述1、2、3点，在技术术上属国内领领先水平。偏磁式消弧弧线圈成套装装置属动态补补偿系统，这这种补偿系统统要求消弧线线圈的技术水水平高，其消消弧线圈内部部为全静态结结构，无任何何运动部件，电电感的调节通通过辅助励磁磁的方法实现现，可以在高高电压下以电电的速度调节节电感，调节节范围大，精精度高，可靠靠性高。控制制器在电网正正常运行时实实时检测电容容电流数值，调调节消弧线圈圈远离谐振点点，通常处于于其下限位置置，从根本上上避免了串联联谐振过电压压产生的可能能性，当电网网发生单相接接地后，在5ms内调整消弧弧线圈达到最最佳补偿状态态，使接地电电弧自动熄灭灭。该装置可可靠性高，采采用适当的控控制方式后，可可以使电网中中原有的方向向型接地选线线装置继续使使用。五、偏磁式式消弧线圈补补偿系统的功功能特点及技技术性能1.消弧线线圈结构的特特点电控无级连连续可调消弧弧线圈，全静静态结构，内内部无任何运运动部件，无无触点，调节节范围大，可可靠性高，调调节速度快。这这种线圈的基基本工作原理理是利用施加加直流励磁，改改变铁芯的磁磁阻，从而达达到改变消弧弧线圈电抗值值的目的，它它可以带高压压以电的速度度调节电感值值。2.控制方方法的特点（1）采用用动态补偿方方式，从根本本上解决了补补偿系统串联联谐振过电压压与最佳补偿偿之间相互矛矛盾的问题。众众所周知，消消弧线圈在高高压电网正常常运行时无任任何好处，如如果这时调谐谐到全补偿状状态或接近全全补偿状态，会会出现串联谐谐振过电压，使使中性点电压压升高，电网网中的各种正正常操作及单单相接地以外外的各种故障障的发生都可可能产生危险险的过电压。所所以在电网正正常运行时，调调节消弧线圈圈使其跟踪电电网电容电流流的变化有害害无利，这也也就是电力部部门有关规程程规定“固定补偿式式消弧线圈不不能工作在全全补偿及接近近全补偿状态态”的原因，一一般都是工作作在过补偿状状态。国内其其它类似的自自动补偿装置置均是随动系系统，都是在在电网尚未发发生故障前即即将消弧线圈圈调节到全补补偿状态等待待接地故障的的发生，为了了避免出现过过高的串联谐谐振过电压而而在消弧线圈圈上串联一个个阻尼电阻，将将稳态谐振过过电压限制到到容许的范围围内，并不能能解决暂态谐谐振过电压的的问题。另外外；由于电阻阻的功率限制制，在出现接接地故障后必必须迅速切除除，这无疑给给电网增加了了一个不安全全的因素。（2）不是是采取限制串串联谐振过电电压的方法，而而是采用避开开谐振点的动动态补偿方法法，根本不让让串联谐振出出现，即在电电网正常运行行时，不施加加励磁电流，将将消弧线圈调调谐到远离谐谐振点的状态态，但实时检检测电网电容容电流的大小小，当电网发发生单相接地地后，瞬间（约5ms）调节消弧线圈实施最佳补偿。3.实际应应用情况根据偏磁式式消弧线圈补补偿系统能在在电网发生单单相接地后，瞬瞬间调节消弧弧线圈实施最最佳补偿的特特点，在选型型时可以留出出适当的余量量。在我公司承承担的青海某某90万吨/年纯碱工程程中，第一期期工程的单相相接地电容电电流31.5A，考虑到二二期工程的规规模，选用的的是100A的消弧线圈圈。在我公司承承担的山东某某100万吨/年纯碱工程程中，其第一一期工程的单单相接地电容容电流