变电所设计中接地变消弧线圈及自动补偿装置

变电所设计中接地变、消弧线圈及自动补偿装置的原理和选择简介：本文分析了10kV中性点不接地系统的特点，以及系统对地电容电流超标的危害，给出了电容电流的计算方法，对传统消弧线圈接地系统在运行中存在的问题进行了简要分析，重点阐述了自动跟踪消弧线圈成套装置的工作原理和性能特点，以及有关技术参数的选择和配置。１问题提出随着城市建设发展的需要和供电负荷的增加，许多地方正在城区建设110/10kV终端变电所，一次侧采用电压110kV进线，随着城网改造中杆线下地，城区10kV出线绝大多数为架空电缆出线，10kV配电网络中单相接地电容电流将急剧增加，根据国家原电力工业部《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定，3—66KV系统的单相接地故障电容电流超过10A时，应采用消弧线圈接地方式。一般的110/10kV变电所，其变压器低压侧为△接线，系统低压侧无中性点引出，因此，在变电所设计中要考虑10kV接地变、消弧线圈和自动补偿装置的设置。２10kV中性点不接地系统的特点

选择电网中性点接地方式是一个要考虑许多因素的问题，它与电压等级、单相接地短路电流数值、过电压水平、保护配置等有关。并直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、主变压器和发电机的安全运行以及对通信线路的干扰。10kV中性点不接地系统(小电流接地系统)具有如下特点：当一相发生金属性接地故障时，接地相对地电位为零，其它两相对地电位比接地前升高√3倍，一般情况下，当发生单相金属性接地故障时，流过故障点的短路电流仅为全部线路接地电容电流之和其值并不大，发出接地信号，值班人员一般在2小时内选择和排除接地故障，保证连续不间断供电。3系统对地电容电流超标的危害

实践表明中性点不接地系统(小电流接地系统)也存在许多问题，随着电缆出线增多，10kV配电网络中单相接地电容电流将急剧增加，当系统电容电流大于10A后，将带来一系列危害，具体表现如下：

3.1当发生间歇弧光接地时，可能引起高达3.5倍相电压(见参考文献1)的弧光过电压，引起多处绝缘薄弱的地方放电击穿和设备瞬间损坏，使小电流供电系统的可靠性这一优点大受影响。

3.2配电网的铁磁谐振过电压现象比较普遍，时常发生电压互感器烧毁事故和熔断器的频繁熔断，严重威胁着配电网的安全可靠性。

3.3当有人误触带电部位时，由于受到大电流的烧灼，加重了对触电人员的伤害，甚至伤亡。

3.4当配电网发生单相接地时，电弧不能自灭，很可能破坏周围的绝缘，发展成相间短路，造成停电或损坏设备的事故；因小动物造成单相接地而引起相间故障致使停电的事故也时有发生。

3.5配电网对地电容电流增大后，对架空线路来说，树线矛盾比较突出，尤其是雷雨季节，因单相接地引起的短路跳闸事故占很大比例。

4单相接地电容电流的计算

4.1空载电缆电容电流的计算方法有以下两种：（1）根据单相对地电容，计算电容电流(见参考文献2)。

Ic=√3×UP×ω×C×103

(4-1)式中:UP━电网线电压(kV)

C━单相对地电容(F)它一般电缆单位迎电容戒为高200-40去0pF/颜m等左右（可查电垦缆厂家样本）朱。扶薪懂（唐2钓）彻怀根据经验公式译，计算电容电壶流柏(筹见参考文胶献约3)慎碎。为戴

Ic=0型.1×U研P批×L

尊翻扛设塘(4-2)膏式县中嚷:U杜P殃━刊电网线电婆压购(吹kV)肢悬

L神━业电缆长茂度答(锯km)灯

4.蕉2帆尊架空线电容电膊流的计算有以男下两种：止腔求（道1斥）桨挽根据单相对地抖电耍容沫,痰计算电容电垫流贡(弯见参考文跳献司2哨)耻。渴铃

Ic洗=毅√拾3×U沟P哲×对ω叛×C×10底3禾见底

(4刮-3)遗式植中敏:U破P题━吐电网线电硬压击(它kV)积摘

C鬼━议单相对地电软容虹(升F)吸一般架空线单院位电容棋为遇5-6pF穴/广m架。材辛接（妖2捕）省胁根据经验公鹊式睬,僚计算电容电干流膊(蜜见参考文绩献校3驰)看。愈难

Ic=宰(2.7~3透.3)×U房P乏×L×10乘-3籍党速

(4-拢4)刮式慢中译:U遭P姥━勾电网线电筐压姐(瞒kV)选钱L奴━践架空线长塌度散(港km)毫

2.督7劲━厕系数，适用于牙无架空地线的停线路罪

3.回3瞎━寻系数，适用于蚂有架空地线的盟线路邪掠晌同杆双回架空修线电容电探流好(棒见参考文诞献趁3)眠墓：直Ic姻2坑=习（刮1.3~1.坦6桐）桶Ic贺丈（毁1.3喂-庸对宫应郑10K摘V婆线山路酒,1.6遭-板对今应挑35K蹄V奴线帐路库,

Ic吓-兆单回线路电容伍电流）滴

4.哄3御巩变电所增加电层容电流的计萍算边(贪见参考文挣献份3)辟额定电压荒（甚K雨V旅）映6李10唤35呜增大率睬（抗%挣）稍18手16而13毫犹胀通破过第4-恒2扫和够4-刘4祖比较得出电缆鬼线路的接地电指容电流是同等盲长度架空线路店的叮3券7煎倍左右，所以世在城区变电站爹中，由于电缆临线路的日益增驴多，配电系统尼的单相接地电谢容电流值是相深当可观的，又对由于接地电流而和正常时的相爪电压相移差铲90颜°栗，在接地电流简过零时加在弧担隙两端的电压蚁为最大值，造犁成故障点的电腥弧不易熄灭，窑常常形成熄灭丛和重燃交替的筹间隙性和稳定稿性电弧，间隙绝性弧光接地能眨导致危险的过哭电压，而稳定暗性弧光接地会彻发展成相间短丢路，危及电网树的安全运行。圈

5锐喇传统消弧线圈障存在的问题右皇抵当证3着—典66K街V陪系统的单相接泪地故障电容电往流超过捎10A呼时，应采用消姜弧线圈接地方衫式，通过计算食电网当前脱谐唇度藏（硬ε仅=(I乳L歇-I目C坦)/I智C些·100阴%傲）与设定值的茎比较，决定是瓜否调节消弧圈延的分接头，过适去选用的传统牙消弧线圈必须疯停电调节档位毛，在运行中暴拌露出许多问题韵和隐患，具体婶表现如下礼：乓兆巩

5.1季调由于传统消弧承线圈没有自动蜡测量系统，不蛮能实时测量电性网对地电容电砍流和位移电压冈，当电网运行饱方式或电网参滚数变化后靠人纤工估算电容电屯流，误差很大栽，不能及时有据效地控制残流饺和抑制弧光过避电压，不易达沾到最佳补偿。奥

5.贴2尺树传统消弧线圈查按电压等级的弯不同、电网对该地电容电流大密小的不同，采加用的调节级数咸也不同，一般伐分五级或九级蚀，级数少、级缠差电流大，补股偿精度很低。拾勒

5.3秤筝调谐需要停电都、退出消弧线方圈，失去了消腔弧补偿的连续廉性，响应速度向太慢，隐患较加大，只能适应丢正常线路的投创切。如果遇到刮系统异常或事萝故情况下，如店系统故障低周寇低压减载切除恶线路等，来不颜及进行调整，让易造成失控。垃若此时正碰上厌电网单相接地度，残流大，正际需要补偿而跟绒不上，容易产宜生过电压而损饥坏电力系统绝烂缘薄弱的电器券设备，引起事鸦故扩大、雪上巾加霜。耻哲

5.裤4啦由于消弧线圈苗抑制过电压的傻效果与脱谐度仪大小相关，实趋践表明：只有寺脱谐度不超谅过危±5吃%尚时，才能把过渡电压的水平限斧制狐在叼2.造6距倍的相电压以岔下夹(无见参考文标献惩1较)凝，传统消弧线磨圈则很难做到辣这一点。畅

5.郊5反运行中的消弧大线圈不少容量靠不足，只能长饥期在欠补偿下散运行。传统消辱弧线圈大多数幻没有阻尼电阻扔，其与电网对验地电容构成串确联谐振回路，刷欠补偿时遇电蹦网断线故障易坝进入全补偿状惭态（即电压谐例振状态），这沸种过电压对电惹力系统绝缘所把表现的危害性钩比由电弧接地闯过电压所产生拢的危害更大。是既要控制残流朗量小，易于熄穴弧；又要控制淋脱谐度保证位案移电压挣（锤U0=0.8膨U遥/兼√们d裙2绢+振ε骡2旁(限见参考文辅献糟3狠）不超标，这斯对矛盾很难解区决。鉴于上述语因素，只好采砍用过补偿方式鸟运行，补偿方除式不灵活，脱供谐度一般达识到绵15侍%机—轰25防%布，甚至更大，称这样消弧线圈撤抑制弧光过电哨压效果很差，前几乎与不装消趴弧线圈一样。部

5.催6塘单相接地时，奥由于补偿方式墙、残流大小不坏明确，用于选蓄择接地回路的谁微机选线装置魂更加难以工作歪。此时不能根艇据残流大小和盐方向或采用及材时改变补偿方涛式或调档变更畏残流的方法来信准确选线。该抬装置只能依靠查含量极低的高勇次谐波（小锣于固5畅%腰）的大小和方僚向来判别，准宗确率很低，这棕也是过去小电响流选线装置存响在的问题之一秃。康

5.敌7吉叠为了提高我国未电网技术和装高备水平，国家拌正在大力推行腊电网通讯自动蝴化和变电站综途合自动化的科启技方针，实现淋四遥（遥信、材遥测、遥调、蛮遥控），进而裳实现无人值班妹，传统消弧线害圈根本不具备团这个条件。脱6草尾自动跟踪消弧付线圈补偿技术策呀针根据供配电网摊小电流接地系英统对地电容电称流超标所产生航的影响和投运问传统消弧线圈险存在问题的分魄析，应采用自耀动跟踪消弧线掌圈补偿技术和阁配套的单相接房地微机选线技陈术怨。挨次泰兴供电局采恳用的接地变为蹈上海思源电气宋有限公司生产喝的花DKS循C吉系列的，消弧用线圈为该厂生匪产舒的杠XHD龙C覆系列的，自动培调谐和选线装搏置为该厂生产颗的抵XH寄K鸣系列，全套装惊置包括：中性专点隔离开扛关畜G拐、霜Z欢型接地变压却器询B论（系统有中性根点可不用）、趋有载调节消弧兄线灵圈们L震、中性点氧化唤锌避雷坝器夺MO籍A称、中性点电压钱互感国器痕P含T俊、中性点电流浓互感过器坊C扰T笨、阻尼限压电才阻本箱虑R跪和自动调谐和肠选线装息置配XHK-I食I熄。该项技术的声设备组成示意绍图见附图。坐

6.1惊补接地变压器分隶止接地变压器的收作用是在系统爆为寒△日型接线茅或打Y惨型接线中性点链无法引出时，常引出中性点用冈于加接消弧线耽圈，该变压器菌采煌用嫁Z跌型接线（或称泄曲折型接线）授，与普通变压钥器的区别是每伙相线圈分别绕潮在两个磁柱上朱，这样连接的牧好处是零序磁飘通可沿磁柱流础通，而普通变重压器的零序磁降通是沿着漏磁郊磁路流通，所昂以宽Z贤型接地变压器叶的零序阻抗很炊小豆（壤1繁0澡Ω盏左右），而普佛通变压器要大绿得多。因此规暴程规定，用普导通变压器带消氏弧线圈时，施其容量不得超末过变压器容量黄的办20废%嫁，某而登Z旬型变压器则可屡带巷90%悄友～灯100篮%泄容量的消弧线灵圈，接地变除匆可带消弧圈外叉，也可带二次播负载，可代替鼓所用变，从而声节省投资费用务。勉

6.仙2宇御有载调节消弧替线圈陪掉散（霜1乓）顷它消弧线圈的调罩流方式：一般庄分咳为茅3企种，即：调铁您芯气隙方式、抖调铁芯励磁方遣式和调匝式消精弧线圈。目前纠在系统中投运筑的消弧线圈多继为调匝式，它荣是将绕组按不巴同的匝数，抽饮出若干个分接阁头，将原来的璃无励磁分接开垦关改为有载分蝇接开关进行切蚂换，改变接入地的匝数，从而箩改变电感量，废消弧线圈的调跃流范围为额定折电流赖的盒3矛0神～扛100爷%踏，相邻分头间寇的电流数按等要差级数排列，他分头数按相邻英分头间电流差钻小于摇5A涝来确定。为了介减少残流，增然加了分头数，祖根据容量不同处，目前甲有闯9伤档恶—饮1辈4苍档，因而工作煎可靠，可保证舌安全运行。消加弧线圈还外附冬一个电压互感蚕器和一个电流颠互感器。止认央（撑2兰）执垄消弧线圈的补建偿方式：一般旨分为过补、欠掀补、最小残趴流慧3袋种方式可供选除择。别

a.允夫欠补：指运行说中线圈电感电敬流广I破L遮小于系统电容义电卵流冬I疏C吉的运行方式。刻当服0正＜虑I路C柄-I绵L经≤松I康d竟，胆（哨I窗d百为消弧线圈相耗邻档位间的级堪差电流），即厌当残流为容性习且残流凶值坟≤块级差电流时，稠消弧线圈不进检行调档。若对大地电容发生变数化不满足上述谈条件时，则消灯弧线圈将向上文或向下调节分光头，直至重新布满足上述条件口为止。善

b.押被过补：指运行乔中电容电挽流首I歼C宰小于电感电为流席I薄L叼的运行方式。陪当犁I黎C腔-I善L穿＜狼0惨，幕且弊│她I鸟C然-I段L脂│泊≤叉I批d届，即在残流为俱感性且残流锈值或≤龟级差电流时，前消弧线圈不进药行调档。若对县地电容发生变筑化不满足上述恨条件时，则消昂弧线圈的分接扯头将进行调节单，直至重新满芒足上述条件为厚止。稳

c.白键最小残流：驼在谊│需I市C兆-I明L优确│烘≤得1/2I被d怠时，消弧线圈匪不进行调节；狼当对地电容变宗化，上述条件肚不满足时进行缠调节，直至满钻足上述条件。昆在这种运行方响式下，接地残管流可能为容性岭，也可能为感妹性，有时甚至素为零（即全补京），但由于加迈装了阻尼电阻颈，中性点电压蜓不会超合过奉15形%端相电压。末

6.区3凭担限压阻尼电阻客箱哥在自动跟帅踪消弧线圈中仁，因调节精度玉高，残流较小绑，接近谐振（辰全补）点运行渗。为防止产生匪谐振过电压及股适应各种运行塑方式，在消弧辱线圈接地回路示应串接阻尼电组阻箱。这样在狐运行中，即使反处于全补状态馒，因电阻的阻隆尼作用，避免料产生谐振，而穷且中性点电压薄不会超单过凉15金%袖相电压，满足骨规程要求，使谷消弧线圈可以龟运行于过补、寄全补或欠补任中一种方式。阻粒尼电阻可选用妨片状电阻，根倡据容量选用不逢同的阻值。当劲系统发生单相捉接地时，中性患点流过很大的铃电流，这时必悔须将阻尼电阻必采用电压、电拐流双重保护短御接。鲜

6.秘4响津调谐和选线装风置慎漂巾自动调谐和选斯线装置是整套起技术的关键部模分，所有的计浊算和控制由它善来实现，控制互器实时测量出程系统对地的电经容电流，由此虏计算出电网当火前的脱谐际度途ε届，当脱谐度偏唯差超出预定范少围时，通过控大制电路接口驱背动有载开关调贤整消弧线圈分泥接头，直至脱匹谐度和残流在捞预定范围内为跟止。系统发生妄单相接地时，扇将系验统滚P砖T太二次开口三角缓处的零序电压宰及各回路零序肥电流采集下来警进行分析处理海，通过视在功心率、零序阻抗涌变化、谐波变艇化、五次谐波过等选线算法来盲进行选线。句

6.运5滥殿隔离开关、电霸压互感器撤厦扬隔离开关安装敲消弧线圈前，恐用于投切消弧纤线圈，由于消茫弧线圈内的电劈压互感器不满负足测量精度，泄需另设中性点怜电压互感器测帖量中性点电压仰。驳

7林菜自动跟踪消弧不线圈补偿技术浆的性能和特点典耍

7.1刘烦该装置在正常愈运行中每伴隔伯3称S猾（秒）对系统穴电容电流、残耕流进行测量计尚算，根据测量胜结果控制消弧瓜线圈升降档，给使残流（脱谐兰度）保持在最租小，测量时不惕需进行调档试曲探，具有响应厉速度快、有载艰开关寿命长、抓跟踪准确的优学点。顿

7.袖2技撇过补、欠补、版最小残痛流棵3暂种运行方式任晕选，可在现场别根据需要随时羡设定变更。乡

7.物3志桶在最小残流方忠式下运行，可泡使补偿后的接可地残最流读≤赤3仙%祥额定电流（即翻消弧线圈最大罚电流）。饮羡稿7.4袄艇消弧线圈串联蚊电阻方式，可蓬限制全补时中横性点位移电压西＜控15帽%斑相电压，避免侧谐振，满足了茎运行规程要求僻。礼携

7.5把分根据企业电网爷的电压和容量撤等级，依照测港出的系统电容倦电流等具体参懂数，可选用合基适型号规格的诉成套装置，该羊技术适应面大忙。糖

7.注6曲蠢该技术包括的秋微机选线保护艇装置采用特殊喜的多种算法，极可快速准确显尤示单相接地线厌路蠢。户屑

8.肝击接地变压器、存消弧线圈容量济和额定电流的砌确定育

8.育1济闸根据架空线或壮电缆参数计算坑公式计算电容遇电摩流眯Ic临

8.蒸2廉云消弧线圈容量湖的确耻定做(纤见参考文胀献西3)戚叫

Q=须K×Ic×U唱P像/牛√守3

椅乞讲纹

(8-1辉)麻式腔中滋:K纸遥—音佩系数，过补偿溪取键1.35参Q晶写—勒季消弧线圈容量渴，重kVA柴

8条.3竞项消弧线圈容量吃及额定电流的港选择须绍武根据最大电容数电蛮流怨I夹c互，确定相应的门消弧线圈容量蝴及额定电流，饶使最大补偿电鸣感电流满足要蚁求。甜

8.凳4认枣接地变压器容陈量选择押舒虾接地变除可带词消弧圈外，兼商作所用午变引.汪式中承：拴Q打络—户铅消弧线圈容量变，难kVA坟掠S黑译—膏山所变容量弓，隶kVA约期失Ф选哭—乱订功率因素角漏，调°疾

S萍J锯充—蒙丽接地变容量桃，脖kVA灯讯炒例如替某舌110k向V稻变电所，二台启主变责，百