10KV系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式和消弧線圈

謝宏海

【摘要】文章對(duì)10KV系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式及消弧線圈的原理、設(shè)計(jì)、使用進(jìn)行了闡述，并根據(jù)峰峰礦區(qū)供電公司電網(wǎng)運(yùn)行方式及現(xiàn)有的消弧線圈設(shè)備，提出了正確的操作方法和思路。

【關(guān)鍵詞】中性點(diǎn);消弧線圈

一、10KV系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式介紹

一般情況下，10KV電力系統(tǒng)中性點(diǎn)是不接地的。這里“中性點(diǎn)”包括變壓器的中性點(diǎn)、電壓互感器的中性點(diǎn)、電容器的中性點(diǎn)等。這種系統(tǒng)叫作中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的好處是，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，雖然接地相對(duì)地電壓等于零，非接地的兩相對(duì)地電壓升高為線電壓，但是三相電壓之間的關(guān)系仍然是對(duì)稱不變的，系統(tǒng)中的電氣設(shè)備仍然可以繼續(xù)運(yùn)行。

由于系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，非接地相的對(duì)地電壓升高到線電壓，所以不接地系統(tǒng)的電氣設(shè)備，每相對(duì)地絕緣必須按線電壓來(lái)設(shè)計(jì)。

當(dāng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時(shí)，雖然系統(tǒng)中的電氣設(shè)備可繼續(xù)運(yùn)行，但是這種電網(wǎng)長(zhǎng)期在一直接地狀態(tài)下運(yùn)行，也是不允許的，因?yàn)檫@時(shí)非故障相電壓升高，絕緣薄弱點(diǎn)很可能被擊穿，而引起兩相接地短路，將嚴(yán)重地?fù)p壞電氣設(shè)備。所以，在中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中，必須設(shè)專門的監(jiān)察裝置，以使運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)一相接地故障，從而切除電網(wǎng)中的故障部分。

二、安裝消弧線圈的原因和作用

在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，當(dāng)接地的電容電流較大時(shí)，在接地處引起電弧就很難自行熄滅。在接地處還可能出現(xiàn)所謂的間隙電弧，即周期地熄滅與重燃的電弧。由于電網(wǎng)是一個(gè)具有電感和電容的振蕩回路，間隙電弧將引起相對(duì)地的過電壓，其數(shù)值可達(dá)相電壓的（2.5～3）倍。這種過電壓會(huì)傳輸?shù)脚c接地點(diǎn)有直接電連接的整個(gè)電網(wǎng)上，引起電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的瞬時(shí)變化，導(dǎo)致電壓互感器電磁能量飽和，產(chǎn)生電磁諧振，產(chǎn)生弧光過電壓及鐵磁諧振過電壓?；」饨拥丶ぐl(fā)鐵磁諧振全導(dǎo)致電壓互感器嚴(yán)重沖擊，引起互感器熔斷管爆炸。常常同時(shí)在同一電網(wǎng)的多個(gè)不同地點(diǎn)造成。這對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行及供電的可靠性就造成了很大的影響。

在電壓為10KV的電力網(wǎng)中，單相接地的電容電流不允許大于30A（新規(guī)程為不大于10A）。電容電流的大小，是由電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)決定的。高壓架空線路越長(zhǎng)，電纜越長(zhǎng)，單相接地電容電流越大。當(dāng)單相接地電容電流超過了上述允許值時(shí)，可以用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的方法來(lái)解決（如果該10KV系統(tǒng)主變無(wú)有中性點(diǎn)，可以加裝接地變，人為造成中性點(diǎn)）、該系統(tǒng)稱為中性點(diǎn)經(jīng)消弧圈接地系統(tǒng)。

三、消弧線圈的原理

消弧圈主要由帶氣隙的鐵芯和套在鐵芯上的繞組組成。繞組的電阻很小，電抗很大。消弧圈的電感，可以通過改變接入繞組的匝數(shù)來(lái)加以調(diào)節(jié)。在正常運(yùn)行狀態(tài)下，由于系統(tǒng)中性點(diǎn)的電壓是三相不對(duì)稱電壓，數(shù)值很小，所以通過消弧圈的電流也很小。

當(dāng)發(fā)生一相安全接地時(shí)，消弧線圈處在相電壓之下，通過接地處的電流是接地電容電流和線圈電感電流的相量和。因?yàn)殡姼须娏骱碗娙蓦娏饔?80°的相位差，所以在接地處它們互相補(bǔ)償。如果電感電流等于接地電容電流，就沒有電流在接地處通過。實(shí)際上，這種完全補(bǔ)償?shù)那闆r是不允許的，因?yàn)榭赡芤鹬C振，

在電力網(wǎng)中，一般都采用過補(bǔ)償方式，即單相接地時(shí)消弧線圈的電感電流略大于系統(tǒng)一相接地電容電流，使補(bǔ)償后的剩余電流較小。采用過補(bǔ)償方式，即使系統(tǒng)的電容電流突然減少（如某回路切除）也不會(huì)引起諧振，而是離諧振點(diǎn)更遠(yuǎn)。

選擇消弧線圈的容量，應(yīng)考慮電網(wǎng)5～10年的發(fā)展規(guī)劃。一般按正式計(jì)算：

W=1.35IcUn/

式中：W—消弧線圈的容量，KVA

Ic—當(dāng)前系統(tǒng)單相接地電容電流，A

Un—系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，KV

目前我公司消弧線圈容量為300KVA

實(shí)際運(yùn)行中，消弧線圈的電感電流是可調(diào)的（目前，我公司消弧線圈有15個(gè)檔位，補(bǔ)償電流可調(diào)范圍：10-50A）。實(shí)測(cè)最大運(yùn)行方式下電網(wǎng)的單相接地電容電流，調(diào)節(jié)消弧線圈的電感電流，使電感電流略大于電容電流。電感電流補(bǔ)償電容電流的程度叫作脫諧度。公式為：

ū=（Ic-Il）/Ic

式中：ū—脫諧度

Ic—電容電流，A

Il—電感電流，A

當(dāng)消弧線圈運(yùn)行于過補(bǔ)償方式時(shí)，脫諧度為負(fù)值規(guī)程要求：脫諧度5%-20% 即調(diào)節(jié)消弧線圈的電流為電容電流的1.05-1.20倍。

自動(dòng)調(diào)節(jié)的消弧線圈，脫諧度可達(dá)到5%以下。

消弧線圈補(bǔ)償以后，流過單相接地點(diǎn)的電流（感性）叫作殘流。自動(dòng)控制的消弧線圈，殘流可小于5A。

另外，在消弧線圈接地點(diǎn)之間串接有電阻箱。正常運(yùn)行時(shí)電阻的作用是加強(qiáng)系統(tǒng)接地點(diǎn)的對(duì)地阻抗。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，并聯(lián)在電阻兩端的可控硅導(dǎo)通，將電阻短接，使消弧線圈正常補(bǔ)償感性電流。當(dāng)單相接地故障消除以后，可控硅自動(dòng)截止，使消弧線圈仍然通過電阻接地。

四、消弧線圈運(yùn)行中的注意事項(xiàng)

（一）電壓互感器開口三角電壓

目前國(guó)內(nèi)均采用電磁式電壓互感器開口三角繞組構(gòu)成的絕緣監(jiān)測(cè)裝置來(lái)監(jiān)視系統(tǒng)的絕緣狀況，電壓互感器通常采用兩個(gè)二次繞組，其中主二次繞組額定相電壓為100/31/2 V，輔助（開口三角）二次繞組額定相電壓為100/3V。

電壓互感器變比：

開口三角電壓：

開口三角電壓反映3倍中性點(diǎn)電壓（零序電壓）。

通常，絕緣監(jiān)測(cè)裝置的電壓整定值為15～30V（即中性點(diǎn)位移電壓為額定相電壓的15%～30%）。若開口三角電壓大于該整定值，則使絕緣監(jiān)測(cè)裝置發(fā)出接地信號(hào)。

（二）故障判斷

由于絕緣監(jiān)測(cè)裝置是根據(jù)開口三角電壓反應(yīng)3倍中性點(diǎn)電壓（零序電壓）的原理工作的，而實(shí)際電網(wǎng)中除單相接地外，還有多種原因，如鐵磁諧振、PT斷線、線路斷線等都會(huì)使開口三角繞組兩端出現(xiàn)零序電壓，并可能導(dǎo)致絕緣監(jiān)測(cè)裝置動(dòng)作。由于此時(shí)系統(tǒng)并沒有真正接地，而裝置卻發(fā)出了接地信號(hào)，這種接地稱為“假接地”，只有準(zhǔn)確、快速的判斷故障，才可能及時(shí)、準(zhǔn)確的處理故障。

（1）PT斷線在某一時(shí)刻一般只發(fā)生在一個(gè)變電站的一段母線;

（2）單相接地時(shí)，整個(gè)小電流接地系統(tǒng)都將發(fā)生相同的電壓變化;

（3）線路斷線時(shí)，其兩側(cè)電壓有較大區(qū)別，線路電流也有明顯變化;

（4）鐵磁諧振時(shí)，其電壓變化特征特別突出。

五、我公司消弧線圈裝置的操作

（一）目前，我公司變電站一般為兩臺(tái)主變，10KV為雙母線或單母線分段，兩臺(tái)消弧線圈裝置分別裝在兩段母線上。消弧線圈為手動(dòng)調(diào)節(jié)式。每一臺(tái)消弧線圈根據(jù)一段母線的最大單相接地電容電流按過補(bǔ)償原則來(lái)調(diào)節(jié)。如果兩段母線并列運(yùn)行時(shí)，因故有一臺(tái)消弧線圈不能投運(yùn)，必須將投運(yùn)的那一臺(tái)消弧線圈按兩段母線的最大單相接地電容電流過補(bǔ)償來(lái)調(diào)節(jié)，以防出現(xiàn)欠補(bǔ)償。

（二）主變和消弧線圈一起停電時(shí)，應(yīng)先拉開消弧線圈的隔離開關(guān)，再停主變壓器，送電時(shí)相反。

（三）系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時(shí)，禁止操作或手動(dòng)調(diào)節(jié)該母線上的消弧線圈，有人值守變電站應(yīng)監(jiān)視并記錄下列數(shù)值：

⑴接地變壓器和消弧線圈運(yùn)行情況;

⑵阻尼電阻箱運(yùn)行情況;

⑶微機(jī)調(diào)諧器顯示參數(shù)：電容電流、殘流、脫諧度、中性點(diǎn)電壓和、分接開關(guān)檔位和分接開關(guān)動(dòng)作次數(shù)等;

⑷單相接地開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間;

⑸單相接地線路及單相接地原因。

（四）裝置參數(shù)設(shè)定后應(yīng)做記錄，記錄設(shè)定時(shí)間、設(shè)定值等，以使分析、查詢。

（五）若巡視中發(fā)現(xiàn)下列情況時(shí)，應(yīng)向調(diào)度和上級(jí)主管部門匯報(bào)。

⑴消弧線圈運(yùn)行在過補(bǔ)償情況下，而脫諧度絕對(duì)值小于5%（說明消弧線圈容量裕度很小或沒有裕度）。

⑵中性點(diǎn)位移電壓大于15%相電壓。

⑶消弧線圈、阻尼箱、接地變壓器有異常響聲。

（六）手動(dòng)調(diào)匝消弧線圈切換分接頭位置切換消弧線圈分接頭。

⑴按當(dāng)值調(diào)度員下達(dá)的分接頭位置切換消弧線圈分接頭。

⑵切換分接頭前，應(yīng)確認(rèn)系統(tǒng)中沒有接地故障，再用隔離開關(guān)斷開消弧線圈，裝設(shè)好接地線后，才可切換分接頭，并測(cè)量直流電阻。

⑶切換分接頭后，應(yīng)弧線圈導(dǎo)通情況，合格后方可將前弧線圈投入運(yùn)行。