消弧线圈阻尼电阻计算若干问题的探讨

关于消弧线圈阻尼电阻计算若干问题的探讨Investigation on Calculation of Damping Resistanceof Arc
Suppression Coil
毛冠名、张旭辉、辛东海、叶洪波、韩玉栋
文中介绍了经过多年的研究并结合各地用户的运行实践，总结出一套与消弧线圈串联的阻尼电阻的计算公式，实际运行中经常遇到的电网的不平衡度确定的根据和测定方法及电压互感器开口三角启动
电压整定值的确定等。

关键词消弧线圈阻尼电阻不平衡度计算
1问题的提出
多年来，运行在中压电网上的消弧线圈系统存在以下3个急需解决的问题，即如何寻求一个简便而准确的阻尼电阻的计算方法，如何确定电网的不平衡度和电压互感器开口三角启动电压值的确定等。

根据笔者的多年工作实践，提出对上述3个问题的实际做法供同行参考。

2阻尼电阻的计算
到目前为止，有关阻尼电阻实用计算资料并不多见，由于消弧线圈在中压电网中应用日益广泛，为了有效的降低中性点位移电压和内部过电压，准确地计算出阻尼电阻是十分必要的。

笔者多年采用的阻尼电阻的计算方法，经实践验证其有足够的准确性。

在计算阻尼电阻时，以下列3个问题为着眼点：
（1）在正常运行的情况下，变压器中性点长时间的位移电压不超过相电压的15％；
（2）正常或发生单相接地故障时，对消除谐振过电压和限制弧光接地过电压起到一定的作用；
（3）适时向选线装置提供基波有功分量。

现将阻尼电阻的计算方法介绍如下，计算示例见图1。

已知参数：
（1）电压等级—6 kV；
（2）档位电流调节范围—25～70 A；
（3）不对称度—ρ＝1．5％。

具体计算：
（4）中性点最小电流I omin I omin＝Uo÷X Lmax＝546．24÷145．5＝3．75 A
（5）阻尼电阻R
R＝U hc／I omin＝54．56／3．75＝14．5Ω根据此计算结果选择标准电阻。

3电气线路不对称度的测量
水利电力部西北电力设计院编写的《电力工程电气设计手册》1中提到，“在消弧线圈投入前，电网或发电机回路中性点的不对称电压值，一般取0．8％相电压”。

笔者认为，至少在中压电网情况并不完全如此，因为电力线路的不对称度不但与电力线路的电压等级有关，而且与电气线路的类型（架空电气线路或电缆线路），架空电力线路沿途的地形、地貌、气候及气象变化等因素有关。

例如，某石油化工企业的大部分高压配电线路均为电缆线路，经实际验证，其不对
称度为0．4％，这与事先测算值相近，故供给该企业的电阻值与计
算值一致。

而另有一个企业，其高压配电线路全部为架空线路，该企业提供的不对称度与实际相差很大，工作人员在调试过程中实测其不对称度高达3．5％，由于调整电气线路的不对称度难度很大，最后
双方商定采取增加电阻的办法。

在如此大的不对称度时，计算结果所采用的电阻比正常时多3倍以上。

为了能正确计算出电阻值，在计算阻尼电阻之前，应提供本系统的不对称度，以避免计算出来的电阻值与实际所需相差过大。

为了便于同行们进一步去理解不对称电压的影响和把握它，现将两种测量不对称电压的方法介绍如下。

第一种方法：进行不对称电压测量时，应断开开关K1和K3。

为保证人身和设备的安全，在测量线路中串接1个0．1μF的电容Cs
或几兆欧电阻Rs。

若直接用电压表测量时，应选用高内阻的数字电
压表，一般应比系统容抗大10倍以上。

（系统容抗的估算，10 kV
级I C＝10 A时，X C＝600Ω，依此类推），测量示意图见图2。

第二种方法：用一块量程为10 V的交流电压表或万用表，直接
测量三相五柱式电压互感器的开口三角端电压，此值即为不对称电压。

众所周知，接有消弧线圈的中压电网，当其发生单相金属性接地时，电压互感器开口角的电压最高可达100 V。

理论上，电力系统三相平衡时，开口三角形的零序电压应为0 V，事实上，如前面所说，正常时开口三角形总有几伏电压，此电压即为不平衡电压。

几伏除以100 V即为不平衡度。

4 零序电压继电器的启动电压
电力系统的运行实践表明，当其发生单相接地故障时，应尽快将阻尼电阻短接（有选线装置时限为0．5s），否则将要降低消弧线圈的出力或烧毁阻尼电阻。

多年来，我们采用ZX2系列康铜丝线绕电阻作为消弧线圈的阻尼电阻，其运行情况良好。

原因是给出的零序电压继电器启动电压的整定值是合适的（一般在15～40 V范围内，具体定值需同当地调度人
员协商确定）。

众所周知，电网发生单相接地故障时，并不全是金属性接地，在许多情况下是经过渡电阻接地，这给零序电压继电器的启动电压的整定带来不小的困难。

由理论分析可知，电网发生单相金属性接地故障时，零序电压继电器上的电压可达100 V，当经过渡电阻接地时，由于相电压不降到零，但低于相电压（视接地点的过渡电阻的大小而定），因而加到零序电压继电器上的电压．将小于100 V，而大于0 V。

以某变电站为例，其35 kVI段母线绝缘监察表指示突然变化如下：A相：14 kV，B相：23 kV，C相：27 kV。

由绝缘监察表的指示可以看出，A相发生单相接地故障，此时测得的电压互感器开口三角电压为18 V，当初将零序电压继电器的启动电
压定为25 V，由于接地故障发生时电压互感器开口三角电压为18 V （小于25 V），故延续10多min也未将阻尼电阻短接，结果康铜丝电阻被烧毁。

现将事故原因分析如下：
已知参数：
（1）消弧线圈型号：XDZ－1000／35型
（2）阻尼电阻型号及参数：ZX2－2／8型，R＝80Ω，P＝3．5kW，Ie ＝6．6 A
（3）有载分接开关处于第七档位，电抗X L＝555．7Ω
具体计算：
（1）中性点位移电压U0
由该变电站事故记录可知A相发生非金属性接地时开口三角电
压为18 V，由此可求出变压器中性点电压为
（2）流过消弧线圈及阻尼电阻的电流I L。

此电流为ZX2－2／8型康铜丝电阻额定电流Ie＝6．6 A的1．1
倍，但由运行事故记录查知，该电流通过阻尼电阻长达10 min
之久，根据计算，超过3min后，此种电阻便无承受过载能力，烧毁电阻是必然的事。

近年来，市场上出现了不锈钢带电阻，此种电阻的优点很多，其热容量较康铜丝大一些，例如ZX18－80（80Ω）的额定电流Ie可达8．4 A，又如采用ZX18型不锈钢带电阻，如再出现上述情况就可避免被烧毁。

但不锈钢带电阻的热容量大，并不是说它不受时间的限制，现以某厂提供的80Ω不锈钢带电阻为例说明它受时间约束的情况。

该厂提供的发热时间常数T＝90s，由换算公式
由计算结果可以看出，30s之内，电阻可承受约2倍额定电流，2min以后只能承额定电流。

如上所述，如果把80Ω康铜丝电阻（额
定电流Ie为6．6A）换成ZX18－80型不锈钢带电阻，阻值为80Ω（其额定电流为8．4A）发生上述单相接地事故时，就不会烧毁电阻了。

（即使是长时通过7．2A）
根据运行实践证明，合理的确定零序电压继电器的启动电压是唯一正确的途径，我们认为通常把启动电压定为15～40V较合适。

也许有人担心，启动电压定低了，会不会引起消弧线圈频繁动作呢？这是可能的，至于频繁到什么程度，这有待进一步去总结，但有一点可以肯定，只要启动电压值确定合理，整定时间定为0．5s（有选线装置时）就不会再出现烧毁电阻事故。

参考文献、
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