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浅谈单相接地电容电流补偿方式

摘要：针对目前配电网单相接地电容电流补偿方式存在的问题，分析了采用中性点经消弧线圈接地的可行性和必要性，并在此基础上介绍了一种单相接地电容电流自动跟踪补偿成套装置，该装置能自动跟踪电网电容电流的变化，实施最佳补偿。

关键词：消弧线圈单相接地自动补偿接地选线

引言

目前我国电力系统中压配电网大多采用中性点不接地方式，部分采用谐振式接地。实践证明，在电网规模及单相接地电容电流均较小的情况下，不接地方式的优点是发生单相接地故障后，允许继续运行2 h，不致于引起用户断电，提高了供电可靠性。但随着配电网的扩大，电缆和架空线路的增多，这种方式显示出弊端。

(1) 当配电网发生单相接地故障后，接地电弧不能自行熄灭必然发展成相间短路，造成用户停电和设备损坏事故。

(2) 当发生断续性弧光接地时，会引起较高的弧光过电压，一般为

3.5倍相电压甚至更高，波及到整个配电网致使绝缘薄弱的设备放电击穿，引起设备损坏和停电的严重事故。

(3) 当有人误触带电部分时，由于受到大电流的灼伤，加重了触电人员的伤害程度，甚至当场死亡。

(4) 配电网长时间的谐振过电压现象比较普遍，这种铁磁谐振过电压幅值并不高，但持续时间长，以低频摆动引起绝缘闪络或避雷器爆炸；或在互感器中出现过电流，轻者熔断PT保险、重者将PT烧毁。当发生不稳定的间歇性电弧，多次熄灭和重燃产生的过电压与铁磁谐振过电压同时存在时，不但会引起PT的烧毁，而且会导致部分配电设备的烧毁，称为“火烧连营”。如电力系统曾发生类似的事故，对系统供电影响较大。

(5) 在架空线与树矛盾突出的地方，刮风、下雨时由于单相故障引

起的相间短路而跳闸停电事故频繁。

1 中性点经消弧线圈接地的运行现状

1.1 中性点经消弧线圈接地方式的规定

《电力设备过电压保护设计技术规程》中规定：3～10 kV的电力网，当单相接地故障电流大于30 A时应装设消弧线圈。电力行业标准《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中规定：10 kV架空线路系统单相接地故障电流大于20 A或10 kV电缆线路系统单相接地故障电流大于30 A时应装设消弧线圈，其理由是在此电流下电弧能自行熄灭。科研单位经小动物接地结果证明，对电缆和架空线的混合电网，单相接地电容电流大于11.75 A时电弧就不能自行熄灭，国也有不少单位研究证明，单相接地电容电流的上限值应取10 A，以便于提高配电网供电的可靠性。

石化企业中压配电网一般采用消弧线圈接地方式，而电力系统长期以来一直未采用中性点经消弧线圈接地方式，主要原因是：

(1) 受技术条件限制，用户杂乱，对电容电流的底数不清；

(2) 受规程规定约束，有的配电网电容电流未超过30 A没有引起重视；

(3) 10 kV配电网无中性点，若考虑补偿措施，需专用的人工中性点变压器，实现上有困难。

1.2 常用消弧线圈

1.2.1 可调匝式消弧线圈

可调匝式消弧线圈实际上是铁芯式电抗器，其磁路是一个带间隙的铁芯，铁芯外面绕有线圈。这种消弧线圈靠改变绕组的线圈匝数来改变电感，电感量与匝数N的平方成正比，用无载开关调节分接头，因此其电感不连续可调。这种消弧线圈因其制造技术简单、成熟、可靠性高而得到了广泛的应用，目前我国电力系统中运行的手动调节式消弧线圈均为调匝式，国外绝大多数也是这种。将这种消弧线圈的无载开关换为有载开关即可实现带电调节，加装控制装置后即可实现自动调谐，国研制的自动跟踪补偿系统均采用调匝式消弧线圈。

1.2.2 铁芯气隙可调式消弧线圈

该线圈的工作原理是靠移动插入线圈部的可动铁芯来改变磁导率从而改变线圈的电感。从理论上讲这种消弧线圈的电感可连续调节，但实际上因为机械的惯性和电机的控制精度问题在工程上无法做到。其主要缺点是传动机构复杂、故障率高；响应慢，动作时间取决于可动铁芯的移动时间；在额定电压下调节电感时噪音相对较大，有时会因赃污引起机械动作失灵，因此在电力系统中采用不多。

1.2.3 磁伐式

通过对铁芯注入直流磁通来改变铁芯的磁饱和度，但该直流磁通则取自本身的一部分交流电流来产生，一般也由可控硅来控制和调节。

1.2.4 调节二次绕组的电容值—调容式

将消弧线圈制成变压器式，一次接入系统，二次侧接入多组电容，用投切电容器组来改变变压器容性负载，从而改变一次侧的电抗值。

1.2.5 调节部分电感量

将电感线圈分解成固定电感和可调电感两部分，其中的可调部分采用可控硅进行调节。分为调串联电感式和调并联电感式两种。

1.2.6 调节短路阻抗—高短路阻抗变压器式

将消弧线圈制成高短路阻抗（约100%）变压器的型式，一次接入系统，二次侧由可控硅短路，调节可控硅的导通角实现短路阻抗的调节。

1.3 手动式消弧线圈接地补偿系统存在的问题

中性点经消弧线圈接地方式在石化企业中压配电网得到了广泛的应用，取得了明显的效果，尤其是在雷雨季节减少事故跳闸次数是很有效的。但手动式消弧线圈接地补偿系统在长期运行实践中亦暴露出一定的问题。

(1) 调节不方便。因为这种消弧线圈是无载调节式的，要退出运行才能调节分接头，既费工时又不安全。因此，在实际运行中很少能根据电网电容电流的变化及时进行调节。

(2) 运行人员判断调节困难。因没有在线实时测量电容电流的设备，电网参数变化后，只是靠手工统计电容电流的变化(准确度很低)，无法准确判断消弧线圈的确切档位。

(3) 手动式接地补偿装置，由于其自身固有的特点，在电网中只能运行在过补偿状态(短时欠补也可)，不能长期运行在欠补，更不能在全补偿状态运行。电网中发生事故、跳闸或重合参数变化时，脱谐度无法控制，以致常常运行在不允许的脱谐度之下，造成一旦接地时的过压。

(4) 抑止弧光过电压的效果较差。国外研究证明，只有脱谐度不超过±5%，才能把过电压限制到2.6倍相电压以下。老式消弧线圈由于要考虑躲过全补偿的围，所以脱谐度一般要达到15%～25%甚至更大。因此弧光过电压倍数高，接地后带故障运行时间长，对设备绝缘威胁较大。

(5) 在欠补状态下运行遇到断线时易产生严重的谐振过电压，对网络绝缘危害极大。

(6) 电缆线路发生单相接地后，要检查和排除故障，操作繁琐，造成用户不必要的停电。

(7) 目前电力系统大力推广无人值班变电站，对非自动调节式消弧线圈的调节更加困难，造成人员的浪费。

2 自动调谐接地补偿装置的研究

2.1 自动调谐补偿的必要性

由于手动调节式消弧线圈不采用自动跟踪调整，消弧线圈不能始终运行在最佳档位，因而消弧线圈的补偿作用不能得到充分发挥。表1列出了不同补偿时的统计资料。

表1 不同电网、不同运行维护水平的统计资料

大提高了供电的可靠性，是我国6 KV（10kV）配电网的发展方向。