中性点消弧线圈的选择

中性点消弧线圈的选择
摘要：本文对选择中性点消弧线圈需要考虑的内容做了详细论述
关键词：中性点，消弧线圈
Abstract: in this paper, selection of neutral point arc suppression coil needs to be considered are described in details in this paper
Key words: neutral, arc suppression coil
6～63KV电网一般采用中性点不接地运行方式，这种运行方式发生单相接地时，三相之间的线电压仍然保持对称，如果故障点的电容电流很小，对负荷的供电没有影响，就允许带故障运行1～2小时，而不必立即跳闸，因此这种运行方式相对中性点直接接地运行方式比较可靠；如果单相接地电容电流比较大，就会在接地点燃起电弧引起孤光过电压，使非故障相的对地电压升高，这会对线路绝缘造成损坏，持续发展宜形成两点或多点的接地短路，造成停电事故。

为减少流过接地点的全系统对地电容电流，我们一般在中性点接入消弧线圈，利用它产生的电感电流来抵消原系统的电容电流，避免弧光过电压的产生从而保障电力系统的安全、可靠运行。

中性点消弧线圈的选择包括四个内容，第一：消弧线圈参数和型式选择；第二：消弧线圈容量及分接头选择；第三：消弧线圈所在电网的电容电流计算；第四：电网中性点电压位移校验。

消弧线圈参数应按表1所列的技术条件选择，并按表中的使用环境条件校验。

表1
消弧线圈型式一般选用油浸式；装设在屋内相对湿度小于80%场所的消弧线圈也可选用干式。

消弧线圈的补偿容量一般按下式计算：
（1）
式中—补偿容量（kV A）
—系数，过补偿取1.35，欠补偿按脱谐度确定
—电网或发电机回路的电容电流（kV）
—电网或发电机回路的电容电流（kA）
消弧线圈应避免在谐振点运行。

一般需将分接头调谐到接近谐振点的位置以提高补偿成功率。

根据消弧线圈对电容电流补偿程度的不同，分为完全补偿、欠补偿和过补偿方式。

完全补偿就是使IL=IC，接地点的电流近似为零，从消除故障点的电弧避免弧光过电压来看，这种补偿方式最好，但从其他方面来看，则又存在有严重的缺点，因为完全补偿时，正是电感和三相对地电容对50Hz交流串联谐振的条件。

在电网正常运行情况下，如果架空线路三相对地电容不完全相等，则中性点对地之间就会有压偏移，参见图（1）
图（1）
当中性点无消弧线圈时，根据基尔霍夫电流定律可得
（2）
已知
于是可得
（3）
令，
则（2）式可改为
（4）
—导线对地电容的不对称系数，架空线的一般为0.5% ~ 1.5%，个别可达2.5% 当中性点与地之间接入消弧线圈后，中性点的电位（即消弧线圈上的电压）
可按等值电源定理由图（2）求得，即
图（2）
（5）这样，当L值按时，（5）式分母为零，于是中性点电位→∞，这就是说，当电网三相对地部分电容不对称时，如果消弧线圈完全调谐，则中性点电位非常高，这当然是不允许的，因此，实际上总是将L值选择得与完全调谐有差别。

如将L值偏离调谐的程度用脱谐度ν来表示，并定义为
（6）
或（7）
则有（8）
即为了防止电感和电容谐振，消弧线圈应工作在ν≠0的条件。

当然ν也不能过大，否则就起不到限制接地电流，促使电弧自熄的作用。

一般来说，变压器中心点的消弧线圈以及具有直配线的发电机中心点的消弧线圈一般采用过补偿方式即电感电流大于电容电流。

这主要是考虑到电网运行方式改变时，例如某条支路故障跳闸，此时电网对地部分电容电流减少，使ν接近零，从而产生严重的的中性点位移。

在正常情况下，脱谐度一般不大于10%。

对于采用单元连接的发电机中性点的消弧线圈，为了限制电容耦合传递过电压以及频率变动对发电机中性点位移电压的影响，一般采用欠补偿方式。

考虑到限制过电压等因素，在正常情况下，脱谐度不宜超过30%。

消弧线圈的分接头数量应满足调节脱谐度的要求，接于变压器的一般不小于5个，接于发电机的最好不低于9个。

消弧线圈所在电网的电容电流，应包括有电气连接的所有架空线路、电缆线路、发电机、变压器以及母线和电器的电容电流，并应考虑电网5～10）年的发展。

架空线路的电容电流可按下式估算：
（9）
式中L—线路的长度（km）
—架空线路的电容电流（A）
2.7，
3.3—系数，2.7适用于无架空地线的线路，3.3适用于有架空地线的线路
同杆双回线路的电容电流为单回路的1.3～1.6倍
电缆线路的电容电路可按下式估算：
（10）对于变电所增加的接地电容电流见下表
表2
电网中性点位移计算见（4）式，但实际上图（2）中的电感和电容中都存在电阻损耗，所以即使ν＝0，中性点上的电压也不会为无穷大。

图（3）是考虑损耗时的等效电路
图（3）
图中GO为导线对地泄露电导，GL为消弧线圈的等值损耗电导。

由此可以求得考虑损耗时，中性点的电位为
（11）
式中：为回路的阻尼率
正常情况下，中性点经消弧线圈接地的电网中性点位移电压不超过；中性点经消弧线圈接地的发电机中性点位移电压不超过。

综上所述，消弧线圈只要按照以上条件选择，就可以满足6～63KV电网和发电机安全、可靠运行的需要。