變電所設(shè)計(jì)中接地變選擇

1、變電所設(shè)計(jì)中接地變、消弧線圈及自動(dòng)補(bǔ)償裝置的原理和選擇1、問題提出隨著城市建設(shè)發(fā)展的需要和供電負(fù)荷的增加，許多地方正在城區(qū)建設(shè)110/10kV 終端變電所，一次側(cè)采用電壓110kV進(jìn)線，隨著城網(wǎng)改造中桿線下地，城區(qū) 10kV出線絕大多數(shù)為架空電纜出線， 10kV 配電網(wǎng)絡(luò)中單相接地電容電流將急劇增加， 根據(jù)國(guó)家原電力工業(yè)部 交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合規(guī)定，366KV系統(tǒng)的單相接地故障電容電流超過10A時(shí)，應(yīng)采用消弧線圈接地方式。一般的 110/10kV變電所，其變壓器低壓側(cè)為接線，系統(tǒng)低壓側(cè)無中性點(diǎn)引出，因此，在變電所設(shè)計(jì)中要考慮10kV 接地變、消弧線圈和自動(dòng)補(bǔ)償裝置的設(shè)置。2、 1

2、0kV 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的特點(diǎn)選擇電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式是一個(gè)要考慮許多因素的問題， 它與電壓等級(jí)、 單相接地短路電流數(shù)值、 過電壓水平、 保護(hù)配置等有關(guān)。并直接影響電網(wǎng)的絕緣水平、系統(tǒng)供電的可靠性和連續(xù)性、主變壓器和發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行以及對(duì)通信線路的干擾。 10kV 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)（ 小電流接地系統(tǒng)） 具有如下特點(diǎn)： 當(dāng)一相發(fā)生金屬性接地故障時(shí)， 接地相對(duì)地電位為零， 其它兩相對(duì)地電位比接地前升高倍，一般情況下，當(dāng)發(fā)生單相金屬性接地故障時(shí)，流過故障點(diǎn)的短路電流僅為全部線路接地電容電流之和其值并不大， 發(fā)出接地信號(hào)， 值班人員一般在 2 小時(shí)內(nèi)選擇和排除接地故障，保證連續(xù)不間斷供電。3、系統(tǒng)對(duì)地電

3、容電流超標(biāo)的危害實(shí)踐表明中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)（ 小電流接地系統(tǒng)） 也存在許多問題，隨著電纜出線增多，10kV 配電網(wǎng)絡(luò)中單相接地電容電流將急劇增加，當(dāng)系統(tǒng)電容電流大于 10A 后，將帶來一系列危害，具體表現(xiàn)如下：（1）當(dāng)發(fā)生間歇弧光接地時(shí)，可能引起高達(dá)3.5 倍相電壓 （見參考文獻(xiàn)1） 的弧光過電壓， 引起多處絕緣薄弱的地方放電擊穿和設(shè)備瞬間損壞， 使小電流供電系統(tǒng)的可靠性這一優(yōu)點(diǎn)大受影響。（ 2）配電網(wǎng)的鐵磁諧振過電壓現(xiàn)象比較普遍，時(shí)常發(fā)生電壓互感器燒毀事故和熔斷器的頻繁熔斷，嚴(yán)重威脅著配電網(wǎng)的安全可靠性。（ 3）當(dāng)有人誤觸帶電部位時(shí)，由于受到大電流的燒灼，加重了對(duì)觸電人員的傷害，甚 至傷亡。(

4、4)當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí)，電弧不能自滅，很可能破壞周圍的絕緣，發(fā)展成相間 短路，造成停電或損壞設(shè)備的事故；因小動(dòng)物造成單相接地而引起相間故障致使停電的事故也時(shí)有發(fā)生。(5)配電網(wǎng)對(duì)地電容電流增大后，對(duì)架空線路來說，樹線矛盾比較突出，尤其是雷雨 季節(jié)，因單相接地引起的短路跳閘事故占很大比例。4、單相接地電容電流的計(jì)算4.1空載電纜電容電流的計(jì)算方法有以下兩種：(1)根據(jù)單相對(duì)地電容，計(jì)算電容電流(見參考文獻(xiàn)2):Ic= 3 Up - C 103(4-1)式中：Up 一電網(wǎng)線電壓(kV)C 一單相對(duì)地電容(F)一般電纜單位電容為 200-400 pF/m左右(可查電纜廠家樣本)。(2)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公

5、式，計(jì)算電容電流(見參考文獻(xiàn)3):I c=0.1 XU P XL(4-2)式中：Up電網(wǎng)線電壓(kV)L 電纜長(zhǎng)度(km)4.2架空線電容電流的計(jì)算有以下兩種：(1)根據(jù)單相對(duì)地電容，計(jì)算電容電流(見參考文獻(xiàn)2):止三存取再而3)式中：Up 一電網(wǎng)線電壓(kV)C 一單相對(duì)地電容(F)一般架空線單位電容為5-6 pF/m 。(2)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算電容電流(見參考文獻(xiàn)3):I c= (2.73.3) XUpXLX10-3(4-4)式中：Up 電網(wǎng)線電壓(kV)L 一 架空線長(zhǎng)度(km)2.7 一系數(shù)，適用于無架空地線的線路3.3 一系數(shù)，適用于有架空地線的線路同桿雙回架空線電容電流(見參考文獻(xiàn)

6、3):Ic2= (1.31.6 ) Ic(1.3-對(duì)應(yīng)10KV線路，1.6-對(duì)應(yīng)35KV線路，I c-單回線路電容電流)4.3變電所增加電容電流的計(jì)算(見參考文獻(xiàn)3)表1額定電壓(KV )11 1035增大率%)131613I通過4-2和4-4比較得出電纜線路的接地電容電流是同等長(zhǎng)度架空線路的37倍左右，所以在城區(qū)變電站中，由于電纜線路的日益增多， 配電系統(tǒng)的單相接地電容電流值是相當(dāng)可觀的，又由于接地電流和正常時(shí)的相電壓相差90。，在接地電流過零時(shí)加在弧隙兩端的電壓為最大值，造成故障點(diǎn)的電弧不易熄滅， 常常形成熄滅和重燃交替的間隙性和穩(wěn)定性電弧， 間隙性弧光接地能導(dǎo)致危險(xiǎn)的過電壓，而穩(wěn)定性弧光

7、接地會(huì)發(fā)展成相間短路，危及電網(wǎng)的安全運(yùn)行。5、傳統(tǒng)消弧線圈存在的問題當(dāng)366KV系統(tǒng)的單相接地故障電容電流超過10A時(shí)，應(yīng)采用消弧線圈接地方式，通過計(jì)算電網(wǎng)當(dāng)前脫諧度(£ = (I l- I c)/I c 100%與設(shè)定值的比較，決定是否調(diào)節(jié)消弧圈的 分接頭，過去選用的傳統(tǒng)消弧線圈必須停電調(diào)節(jié)檔位，在運(yùn)行中暴露出許多問題和隱患，具體表現(xiàn)如下：（ 1)由于傳統(tǒng)消弧線圈沒有自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，不能實(shí)時(shí)測(cè)量電網(wǎng)對(duì)地電容電流和位移電 壓，當(dāng)電網(wǎng)運(yùn)行方式或電網(wǎng)參數(shù)變化后靠人工估算電容電流，誤差很大，不能及時(shí)有效地控制殘流和抑制弧光過電壓，不易達(dá)到最佳補(bǔ)償。（ 2)傳統(tǒng)消弧線圈按電壓等級(jí)的不同、電網(wǎng)對(duì)

8、地電容電流大小的不同，采用的調(diào)節(jié)級(jí) 數(shù)也不同，一般分五級(jí)或九級(jí)，級(jí)數(shù)少、級(jí)差電流大，補(bǔ)償精度很低。（ 3）調(diào)諧需要停電、退出消弧線圈，失去了消弧補(bǔ)償?shù)倪B續(xù)性，響應(yīng)速度太慢，隱患較大， 只能適應(yīng)正常線路的投切。 如果遇到系統(tǒng)異?；蚴鹿是闆r下， 如系統(tǒng)故障低周低壓減 載切除線路等，來不及進(jìn)行調(diào)整，易造成失控。若此時(shí)正碰上電網(wǎng)單相接地，殘流大，正需要補(bǔ)償而跟不上， 容易產(chǎn)生過電壓而損壞電力系統(tǒng)絕緣薄弱的電器設(shè)備， 引起事故擴(kuò)大、 雪 上加霜。（ 4）由于消弧線圈抑制過電壓的效果與脫諧度大小相關(guān)，實(shí)踐表明：只有脫諧度不超過±5%時(shí)，才能把過電壓的水平限制在2.6 倍的相電壓以下（見參考文獻(xiàn)1

9、） ，傳統(tǒng)消弧線圈則很難做到這一點(diǎn)。（ 5）運(yùn)行中的消弧線圈不少容量不足，只能長(zhǎng)期在欠補(bǔ)償下運(yùn)行。傳統(tǒng)消弧線圈大多數(shù)沒有阻尼電阻， 其與電網(wǎng)對(duì)地電容構(gòu)成串聯(lián)諧振回路， 欠補(bǔ)償時(shí)遇電網(wǎng)斷線故障易進(jìn)入全補(bǔ)償狀態(tài) （即電壓諧振狀態(tài)） ， 這種過電壓對(duì)電力系統(tǒng)絕緣所表現(xiàn)的危害性比由電弧接地過電壓所產(chǎn)生的危害更大。既要控制殘流量小，易于熄?。挥忠刂泼撝C度保證位移電壓（U0=0.8UA/d 2+£2（見參考文獻(xiàn)3）不超標(biāo)，這對(duì)矛盾很難解決。鑒于上述因素，只好采用過補(bǔ)償方式運(yùn)行，補(bǔ)償方式不靈活，脫諧度一般達(dá)到15% 25%，甚至更大，這樣消弧線圈抑制弧光過電壓效果很差，幾乎與不裝消弧線圈一樣。（

10、 6）單相接地時(shí)，由于補(bǔ)償方式、殘流大小不明確，用于選擇接地回路的微機(jī)選線裝置更加難以工作。 此時(shí)不能根據(jù)殘流大小和方向或采用及時(shí)改變補(bǔ)償方式或調(diào)檔變更殘流的方法來準(zhǔn)確選線。該裝置只能依靠含量極低的高次諧波（小于5%）的大小和方向來判別，準(zhǔn)確率很低，這也是過去小電流選線裝置存在的問題之一。（ 7）為了提高我國(guó)電網(wǎng)技術(shù)和裝備水平，國(guó)家正在大力推行電網(wǎng)通訊自動(dòng)化和變電站綜合自動(dòng)化的科技方針，實(shí)現(xiàn)四遙（遙信、遙測(cè)、遙調(diào)、遙控），進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無人值班，傳統(tǒng) 消弧線圈根本不具備這個(gè)條件。6、自動(dòng)跟蹤消弧線圈補(bǔ)償技術(shù)根據(jù)供配電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)對(duì)地電容電流超標(biāo)所產(chǎn)生的影響和投運(yùn)傳統(tǒng)消弧線圈存在問題的分析， 應(yīng)采

11、用自動(dòng)跟蹤消弧線圈補(bǔ)償技術(shù)和配套的單相接地微機(jī)選線技術(shù)。 泰興供電局采用的接地變?yōu)樯虾Ｋ荚措姎庥邢薰旧a(chǎn)的DKSC 系列的，消弧線圈為該廠生產(chǎn)的XHDC系列的，自動(dòng)調(diào)諧和選線裝置為該廠生產(chǎn)的XHK系列，全套裝置包括：中性點(diǎn)隔離開關(guān)G Z型接地變壓器B （系統(tǒng)有中性點(diǎn)可不用）、有載調(diào)節(jié)消弧線圈L、中性點(diǎn)氧化鋅避雷器MOA中性點(diǎn)電壓互感器PT；中性點(diǎn)電流互感器CT、阻尼限壓電阻箱R和自動(dòng)調(diào)諧和選線裝置 XHK-II 。該項(xiàng)技術(shù)的設(shè)備組成示意圖見附圖。11 g"附圖 自動(dòng)調(diào)諧及選線成套裝置示意圖6.1 接地變壓器接地變壓器的作用是在系統(tǒng)為型接線或Y型接線中性點(diǎn)無法引出時(shí)，引出中性點(diǎn)用于加

12、接消弧線圈，該變壓器采用Z型接線（或稱曲折型接線）， 與普通變壓器的區(qū)別是每相線 圈分別繞在兩個(gè)磁柱上，這樣連接的好處是零序磁通可沿磁柱流通，而普通變壓器的零序磁通是沿著漏磁磁路流通，所以z型接地變壓器的零序阻抗很?。?0 a左右），而普通變壓器要大得多。因此規(guī)程規(guī)定，用普通變壓器帶消弧線圈時(shí)，其容量不得超過變壓器容量的 20%而Z型變壓器則可帶 90%100好量的消弧線圈，接地變除可帶消弧圈外，也可帶二 次負(fù)載，可代替所用變，從而節(jié)省投資費(fèi)用。6.2 有載調(diào)節(jié)消弧線圈（1）消弧線圈的調(diào)流方式：一般分為3種，即：調(diào)鐵芯氣隙方式、調(diào)鐵芯勵(lì)磁方式和調(diào)匝式消弧線圈。目前在系統(tǒng)中投運(yùn)的消弧線圈多為調(diào)匝

13、式，它是將繞組按不同的匝數(shù)， 抽出若干個(gè)分接頭，將原來的無勵(lì)磁分接開關(guān)改為有載分接開關(guān)進(jìn)行切換，改變接入的匝數(shù)， 從而改變電感量，消弧線圈的調(diào)流范圍為額定電流的30100%相鄰分頭間的電流數(shù)按等差級(jí)數(shù)排列，分頭數(shù)按相鄰分頭間電流差小于5A 來確定。為了減少殘流，增加了分頭數(shù)，根據(jù)容量不同，目前有9 檔 14 檔，因而工作可靠，可保證安全運(yùn)行。消弧線圈還外附一個(gè)電壓互感器和一個(gè)電流互感器。（ 2 ）消弧線圈的補(bǔ)償方式：一般分為過補(bǔ)、欠補(bǔ)、最小殘流3 種方式可供選擇。a.欠補(bǔ)：指運(yùn)行中線圈電感電流Il小于系統(tǒng)電容電流Ic的運(yùn)行方式。當(dāng)0Vlc-lLWId,（Id為消弧線圈相鄰檔位間的級(jí)差電流），即

14、當(dāng)殘流為容性且殘流值W級(jí)差電流時(shí)，消弧線圈不進(jìn)行調(diào)檔。 若對(duì)地電容發(fā)生變化不滿足上述條件時(shí)， 則消弧線圈將向上或向下調(diào)節(jié)分頭， 直至重新滿足上述條件為止。b.過補(bǔ)：指運(yùn)行中電容電流Ic小于電感電流I L的運(yùn)行方式。當(dāng) I c-I l< 0,且Ic-I L I <1 d,即在殘流為感性且殘流值W級(jí)差電流時(shí)，消弧線圈不進(jìn)行調(diào)檔。若對(duì)地電容發(fā)生變化不滿足上述條件時(shí)， 則消弧線圈的分接頭將進(jìn)行調(diào)節(jié)， 直至重新滿足上述條件為止。c.最小殘流：在I I c-I L <1/2 I d時(shí)，消弧線圈不進(jìn)行調(diào)節(jié)；當(dāng)對(duì)地電容變化，上述條件不滿足時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)， 直至滿足上述條件。 在這種運(yùn)行方式下，

15、接地殘流可能為容性，也可能為感性，有時(shí)甚至為零（即全補(bǔ)），但由于加裝了阻尼電阻，中性點(diǎn)電壓不會(huì)超過15%相電壓。6.3 限壓阻尼電阻箱在自動(dòng)跟蹤消弧線圈中，因調(diào)節(jié)精度高，殘流較小，接近諧振（全補(bǔ)）點(diǎn)運(yùn)行。為防止產(chǎn)生諧振過電壓及適應(yīng)各種運(yùn)行方式， 在消弧線圈接地回路應(yīng)串接阻尼電阻箱。 這樣在運(yùn)行中，即使處于全補(bǔ)狀態(tài)，因電阻的阻尼作用，避免產(chǎn)生諧振，而且中性點(diǎn)電壓不會(huì)超過15%相電壓，滿足規(guī)程要求， 使消弧線圈可以運(yùn)行于過補(bǔ)、全補(bǔ)或欠補(bǔ)任一種方式。阻尼電阻可選用片狀電阻， 根據(jù)容量選用不同的阻值。 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)， 中性點(diǎn)流過很大的電流， 這時(shí)必須將阻尼電阻采用電壓、電流雙重保護(hù)短接。6.4

16、 調(diào)諧和選線裝置自動(dòng)調(diào)諧和選線裝置是整套技術(shù)的關(guān)鍵部分， 所有的計(jì)算和控制由它來實(shí)現(xiàn)， 控制器實(shí) 時(shí)測(cè)量出系統(tǒng)對(duì)地的電容電流，由此計(jì)算出電網(wǎng)當(dāng)前的脫諧度£,當(dāng)脫諧度偏差超出預(yù)定范圍時(shí)， 通過控制電路接口驅(qū)動(dòng)有載開關(guān)調(diào)整消弧線圈分接頭， 直至脫諧度和殘流在預(yù)定范 圍內(nèi)為止。系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，將系統(tǒng)PT 二次開口三角處的零序電壓及各回路零序電流采集下來進(jìn)行分析處理， 通過視在功率、 零序阻抗變化、 諧波變化、五次諧波等選線算法來 進(jìn)行選線。6.5 隔離開關(guān)、電壓互感器隔離開關(guān)安裝消弧線圈前， 用于投切消弧線圈， 由于消弧線圈內(nèi)的電壓互感器不滿足測(cè)量精度，需另設(shè)中性點(diǎn)電壓互感器測(cè)量中性點(diǎn)

17、電壓。7、自動(dòng)跟蹤消弧線圈補(bǔ)償技術(shù)的性能和特點(diǎn) 該裝置在正常運(yùn)行中每隔 3s (秒)對(duì)系統(tǒng)電容電流、殘流進(jìn)行測(cè)量計(jì)算，根據(jù)測(cè)量 結(jié)果控制消弧線圈升降檔，使殘流(脫諧度)保持在最小，測(cè)量時(shí)不需進(jìn)行調(diào)檔試 探，具有響應(yīng)速度快、有載開關(guān)壽命長(zhǎng)、跟蹤準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。 過補(bǔ)、欠補(bǔ)、最小殘流 3種運(yùn)行方式任選，可在現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)需要隨時(shí)設(shè)定變更。 在最小殘流方式下運(yùn)行，可使補(bǔ)償后的接地殘流w3%額定電流(即消弧線圈最大電流)。 消弧線圈串聯(lián)電阻方式，可限制全補(bǔ)時(shí)中性點(diǎn)位移電壓v 15%目電壓，避免諧振，滿足了運(yùn)行規(guī)程要求。 根據(jù)企業(yè)電網(wǎng)的電壓和容量等級(jí)，依照測(cè)出的系統(tǒng)電容電流等具體參數(shù)，可選用合 適型號(hào)規(guī)格的成套裝

18、置，該技術(shù)適應(yīng)面大。 該技術(shù)包括的微機(jī)選線保護(hù)裝置采用特殊的多種算法，可快速準(zhǔn)確顯示單相接地線 路。8、接地變壓器、消弧線圈容量和額定電流的確定(1)根據(jù)架空線或電纜參數(shù)計(jì)算公式計(jì)算電容電流Ic(2)消弧線圈容量的確定(見參考文獻(xiàn)3)Q = KXI cXUpM/3(8-1)式中：K 一系數(shù)，過補(bǔ)償取1.35Q 消弧線圈容量，kVA(3)消弧線圈容量及額定電流的選擇根據(jù)最大電容電流Ic,確定相應(yīng)的消弧線圈容量及額定電流，使最大補(bǔ)償電感電流滿足要求。(4)接地變壓器容量選擇接地變除可帶消弧圈外，兼作所用變。 (Q-事尸斗C8-2)式中：Q 消弧線圈容量，kVAS 一所變?nèi)萘浚琸VA 中一功率因素角

19、S 一接地變?nèi)萘?，kVA例如某110kV變電所，二臺(tái)主變，10kV單母線分段，共24回電纜出線，兩套裝置補(bǔ)償， 一回電纜平均長(zhǎng)度按 2kM計(jì)算，所變?nèi)萘?00kVA, COSD = 0.8。根據(jù)式（4-1 ）或式（4-2 ） 有：Ic = 0.1 XU pXL=0.1 X 10.5X2X12 = 25.2（A）變電所增加電容電流為16%攵Ic = 25.2 X1.16 = 29.23（A）根據(jù)式（8-1 ）:Q = K X I c X U p/=1.35 X 29.23 X10.5/ 6=239（kVA）根據(jù)消弧線圈容量系列性及最大電容電流Ic,確定相應(yīng)的Q = 300KVA,補(bǔ)償電流調(diào)節(jié)范圍

20、為2550A。根據(jù)式（8-2 ）:Sf=J（Q+S*S1N中）、（S*COS中）工="（30010106工10口口 £= 368 （KVA）選用400 kVA因此整套裝置，可調(diào)電抗器選用了型號(hào)為 XHDCZ-300/10/25-50A（九檔），容量為300kVA, 系統(tǒng)電壓10kV,額定電壓6.062kV ,補(bǔ)償電流調(diào)節(jié)范圍為 2550A。接地變壓器選用了型號(hào) 為 DKSC400/100/10.5,10.5 ±5% 容量為 400kVA,二次容量為 100kVA,系統(tǒng)電壓 10.5kV。采用自動(dòng)調(diào)諧補(bǔ)償裝置限制弧光接地過電壓和鐵磁諧振過電壓一 問題的提出電力系統(tǒng)過

21、電壓主要分為雷電過電壓、 操作過電壓和暫時(shí)過電壓。 其中暫時(shí)過電壓包括工頻過電壓和諧振過電壓。 在中低壓電網(wǎng)中最常見的弧光接地過電壓和鐵磁諧振過電壓則分屬于工頻過電壓和諧振過電壓。弧光接地過電壓的產(chǎn)生原因主要是當(dāng)系統(tǒng)采用中性點(diǎn)不接地方式運(yùn)行時(shí)， 如果發(fā)生單相弧光接地故障且由于隨著中低壓電網(wǎng)的擴(kuò)大、 出線回路數(shù)增多、 線路增長(zhǎng)和中低壓電網(wǎng)對(duì)地電容電流亦大幅度增加的原因造成該弧光電流過大而不能自動(dòng)熄滅， 從而造成穩(wěn)定的弧光接地短路和產(chǎn)生弧光過電壓。該過電壓一般為 35倍相電壓甚至更高。另一方面由于中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式的主要特點(diǎn)是單相接地后，需要維持一定的時(shí)間（一般為2h）而不致于引起用戶斷電。 因

22、此該弧光過電壓會(huì)長(zhǎng)時(shí)間地加在系統(tǒng)的絕緣上并使電網(wǎng)中絕緣薄弱的地方放電擊穿，從而發(fā)展為相間短路造成設(shè)備損壞和停電事故。鐵磁諧振過電壓產(chǎn)生的原因主要是在采用中性點(diǎn)不接地方式運(yùn)行的系統(tǒng)中僅電壓互感器的一次側(cè)中性點(diǎn)是接地的 ; 同時(shí)由于電壓互感器鐵心容易飽和的因素， 當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行合閘充電操作或發(fā)生接地故障等現(xiàn)象時(shí)會(huì)引起系統(tǒng)元件參數(shù)出現(xiàn)不利的組合， 從而引起鐵磁諧振并產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓。 如果接地故障所產(chǎn)生的弧光為間歇性， 則容易發(fā)生間歇性電弧并在電容和電壓互感器之間引起多次充放電， 從而發(fā)生燒毀電壓互感器和熔絲熔斷的事故， 使得系統(tǒng)失去電壓互感器電源， 影響系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。 因此有必要采用新的辦法限制

23、弧光接地過電壓和鐵磁諧振過電壓對(duì)系統(tǒng)的影響到最小。二 解決的思路通過對(duì)以上兩種過電壓產(chǎn)生原因的分析， 不難發(fā)現(xiàn)它們的產(chǎn)生原因均與系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式有關(guān)。為有效地限制過電壓的危害，我們從改善系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式入手解決問題。中性點(diǎn)接地方式是跟隨電力系統(tǒng)的發(fā)展而變化的。 早在電力事業(yè)發(fā)展初期， 由于當(dāng)時(shí)的系統(tǒng)容量比較小， 電網(wǎng)的規(guī)模也不大， 當(dāng)時(shí)系統(tǒng)的安全問題主要受輸電線路絕緣電壓的影響較大， 人們認(rèn)為單相接地發(fā)生后， 電壓升高是威脅系統(tǒng)安全的主要問題， 于是電力電網(wǎng)普遍采用中性點(diǎn)直接接地方式運(yùn)行; 隨著電力系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大，單相接地故障造成線路頻繁調(diào)閘， 供電可靠性難以保障， 于是中性點(diǎn)接地方式由

24、中性點(diǎn)直接接地方式改為中性點(diǎn)不接地方式， 使得單相接地故障不會(huì)造成經(jīng)常停電 ; 當(dāng)電力傳輸容量不斷擴(kuò)大、 傳輸距離不斷延長(zhǎng)以及電壓等級(jí)不斷升高后， 系統(tǒng)對(duì)地電容電流較大， 在故障點(diǎn)形成的電弧不能夠自行熄滅， 很容易使事故擴(kuò)大， 形成相間短路造成事故， 嚴(yán)重降低了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性， 需要采用新的接地方式解決問題。目前系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式發(fā)展為包括有效接地和非有效接地的方式。考慮到 66kV 及以下的配電網(wǎng)的斷路器不能有效地采用遮斷系統(tǒng)單相接地故障電流（ 即大電流接地） 方式而只能采用單相接地電弧自動(dòng)熄滅（ 小電流接地） 方式的原因， 該配電網(wǎng)一般采用非有效接地運(yùn)行方式。中性點(diǎn)非有效接地方式主要包

25、括不接地、 諧振接地和經(jīng)阻抗接地方式。 根據(jù) 交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合 （DL/T 620-1997） 文中的說明，我們列出下表:等級(jí)3安加OkV和所有35kL 66kV 系貌3kC6kV10kV3kVlOkV線路 拶式棚即混凝土或金 屬桿塔的架空注 路構(gòu)成的系統(tǒng)非翅筋混凝土 或非金屬桿塔 的架空桂路陶 成的系統(tǒng)1陶筋混凝 土或非金屬 桿塔的架空 線路拘成的 系統(tǒng)電纜線路眺 電流10A30A20A30A當(dāng)系統(tǒng)的接地電流不大于表 -1時(shí)，可采用中性點(diǎn)不接地方式運(yùn)行。在該運(yùn)行方式下， 一般只采取消諧燈、消諧器、采用阻尼型電壓互感器以及在電壓互感器中性點(diǎn)上增設(shè)一次消 諧器等限制諧振過電壓的

26、措施，但是始終不能從根本上得到解決鐵磁諧振過電壓的影響。另一方面，經(jīng)阻抗接地方式主要包括經(jīng)高阻抗和低阻抗接地方式。經(jīng)高阻抗接地方式一般在規(guī)模不大的10kV及以下的配電網(wǎng)中使用，而且接地電容電流不得大于10A。如在交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合 （DL/T 620-1997）文中僅推薦在6和10kV配電系統(tǒng)和 廠用電系統(tǒng)中使用。而采用經(jīng)低阻抗接地方式的系統(tǒng)一般對(duì)接地電容電流不進(jìn)行限制，它通常需要利用快速的繼電保護(hù)和開關(guān)裝置，瞬間跳開故障線路的保護(hù)方式的配合。對(duì)于重要用戶，這種接地方式更需要有多回路供電、BZT和ZCH自動(dòng)裝置的配置。但是由于該方式的接地故障電流較大， 會(huì)同時(shí)帶來人身和設(shè)備安全

27、、通訊干擾等問題，而且設(shè)備的抗短路電流能力也同時(shí)需要提高， 從而增加系統(tǒng)的造價(jià)。 經(jīng)實(shí)踐證明，經(jīng)阻抗接地方式主要適用于基本上由電纜線路組成的配 電網(wǎng)絡(luò)，這是由于電纜線路接地故障一般是外絕緣擊穿的永久性故障，不可能指望它會(huì)自動(dòng)消除接地故障。采用諧振接地方式則能較好地解決限制弧光接地過電壓和鐵磁諧振過電壓對(duì)系統(tǒng)的影 響。一方面，由于在系統(tǒng)中性點(diǎn)集中接入了感性的消弧線圈，大大減少了發(fā)生單相接地故障時(shí)接地電容電流的數(shù)值，從而有效地促使電弧熄滅；另一方面，在系統(tǒng)中性點(diǎn)接入的消弧線圈的感抗較?。ò贇W級(jí)），而電壓互感器的勵(lì)磁感抗較大 （千歐甚至兆歐級(jí)），則不容易滿足 coL=1/ coC的條件；同時(shí)有了消弧

28、線圈后，電容對(duì)小感抗放電，保護(hù)了電壓互感器。根據(jù)以上的分析及我分公司變電站布點(diǎn)較密集和低壓側(cè)電壓等級(jí)為10kV的實(shí)際運(yùn)行情況，我們決定采用在變電站10kV電壓側(cè)引入中性點(diǎn)并同時(shí)接入消弧線圈的方式來限制弧光接地過電壓和鐵磁諧振過電壓，并配合使用自動(dòng)調(diào)諧補(bǔ)償裝置和小電流接地選線裝置， 有效地選擇和切除故障線路。 下面將結(jié)合我分公司黃歧變電站10kV系統(tǒng)接地消弧裝置實(shí)施方案，分析有關(guān)自動(dòng)調(diào)諧接地補(bǔ)償裝置的原理、設(shè)備參數(shù)選擇、補(bǔ)償方式、如何對(duì)弧光接地過電壓和鐵磁諧振過電壓進(jìn)行限制及如何進(jìn)行小電流接地選線等。三10kV自動(dòng)消諧補(bǔ)償裝置方案的設(shè)計(jì)1 .設(shè)計(jì)思路：南海供電分公司110kV黃歧變電站110kV

29、和10kV接線形式均為單母線分兩段的接線形 式，站內(nèi)兩臺(tái)50+40MVAfe變壓器的運(yùn)行方式為一臺(tái)運(yùn)行二另一臺(tái)熱備用的方式，即是一臺(tái) 主變壓器帶兩段10kV母線（詳見圖1）。該站位于南海市黃歧鎮(zhèn)中心地區(qū)，近年來隨著經(jīng) 濟(jì)的迅速發(fā)展和城鄉(xiāng)電網(wǎng)的不斷擴(kuò)大，黃歧站的10kV饋線數(shù)量不斷增加。由于10kV系統(tǒng)一直采用中性點(diǎn)不接地的運(yùn)行方式，一旦發(fā)生單相接地， 其弧光接地電壓不能自動(dòng)熄滅而形成穩(wěn)定的系統(tǒng)單相接地進(jìn)而危及系統(tǒng)的安全運(yùn)行，甚至?xí)U(kuò)大事故范圍；同時(shí)也不能很好地限制鐵磁諧振過電壓的影響。圖1根據(jù)以上論述，有必要采用中性點(diǎn)諧振接地方式改變系統(tǒng)10kV中性點(diǎn)運(yùn)行方式以改善運(yùn)行情況。但是，我們需要在選

30、用人工調(diào)諧的消弧線圈還是選用自動(dòng)調(diào)諧的消弧線圈、是采用調(diào)匝式還是選用調(diào)容式中作一個(gè)比較。采用人工調(diào)諧的消弧線圈接地方式的系統(tǒng)由于受到結(jié)構(gòu)的限制，只能運(yùn)行在過補(bǔ)償狀態(tài)而不能處在全補(bǔ)償狀態(tài)， 所以脫諧度整定的比較大；另外需要手動(dòng)調(diào)節(jié)分接頭，不能隨電網(wǎng) 對(duì)地電容電流的變化及時(shí)調(diào)整到最佳的工作位置， 因此對(duì)弧光過電壓無明顯抑制的效果， 同時(shí)也不適應(yīng)電網(wǎng)無人值班變電所的需要。而自動(dòng)調(diào)諧的消弧線圈與人工調(diào)諧的消弧線圈相比， 具有顯著的優(yōu)越性， 不僅可以避免人工調(diào)諧的諸多麻煩， 而且在調(diào)諧過程中不會(huì)使電網(wǎng)的部分或全部失去補(bǔ)償， 同時(shí)， 由于提高了調(diào)諧的精度， 可以更有力地限制電弧接地過電壓的危害等。自動(dòng)調(diào)諧

31、的消弧線圈主流產(chǎn)品為多級(jí)細(xì)調(diào)的調(diào)匝式， 目前在電網(wǎng)中占有較大的比例， 其最大特點(diǎn)是可靠性高， 補(bǔ)償效果好， 由于采取預(yù)調(diào)方式， 單相接地發(fā)生后， 不需要任何延時(shí)，立刻對(duì)電容電流進(jìn)行補(bǔ)償，對(duì)于占單相接地故障7080%的瞬時(shí)性接地故障都有極好的補(bǔ)償作用。 而調(diào)電容式、 調(diào)可控硅方式以及可變氣隙的動(dòng)鐵式、 磁閥式和直流助磁式等各種各樣的消弧線圈很大程度地依賴于附加設(shè)備（電容器、投切開關(guān)、可控硅、二次電源等），可靠性不同程度地受到影響， 如果附加設(shè)備出現(xiàn)故障不但不能對(duì)系統(tǒng)電容電流進(jìn)行補(bǔ)償甚至有可能增大接地殘流，有些消弧線圈還會(huì)給系統(tǒng)帶來諧波污染，危害系統(tǒng)的安全運(yùn)行。原有的接地選線裝置也不能配合消諧接地

32、的運(yùn)行方式和滿足迅速查找并切除故障線路的要求， 因此有必要引入這樣一個(gè)新的自動(dòng)消弧補(bǔ)償和接地選線系統(tǒng)： 它同時(shí)具有在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈補(bǔ)償接地電容電流后能進(jìn)行自動(dòng)選線、 報(bào)警和切除故障線路及與變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通訊的功能。在經(jīng)過反復(fù)探討、 可行性研究及綜合比較后， 我們決定選用上海思源電氣有限公司生產(chǎn)的XHQn型調(diào)匝式自動(dòng)調(diào)諧及接地選線成套裝置。以下我們就該裝置主要組成設(shè)備的特 點(diǎn)、工作性能和原理進(jìn)行分析。2 . 自動(dòng)調(diào)諧及接地選線成套裝置的主要設(shè)備選用 :（ 1 ） 接地變壓器、有載消弧線圈和阻尼電阻:由于變電站內(nèi)主變壓器 10kV 側(cè)繞組為三角形接法，無中性點(diǎn)引出。因此有必要引入接地變壓器

33、引出中性點(diǎn)。 該接地變壓器選用的是干式變壓器。 該變壓器每相由匝數(shù)相等的兩個(gè)串聯(lián)分繞組組成， 在正常情況下它們之間零序互磁通為零， 即沒有零序電流。 當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，有中性點(diǎn)故障電流經(jīng)接地變壓器流向消弧線圈。消弧線圈選用的是干式消弧線圈， 并且配置有載調(diào)壓開關(guān)， 其調(diào)整方式屬于調(diào)匝式， 能夠按照微機(jī)裝置的指令快速反映， 甚至以預(yù)調(diào)的方式進(jìn)行補(bǔ)償， 使消弧線圈運(yùn)行在最佳檔位，達(dá)到最佳補(bǔ)償效果。阻尼電阻的作用是限制系統(tǒng)諧振過電壓， 它能取代以往的消諧燈和消諧器等裝置。 但是系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)， 流過阻尼電阻的電流很大， 必須采用保護(hù)裝置將阻尼電阻短接。 該裝 置采用的是一種特殊的保護(hù)系統(tǒng)，不需要

34、提供直流、交流電源，一次、二次完全隔離，系統(tǒng)安全可靠，我們不再贅述?？梢园凑找韵掠?jì)算公式對(duì)接地變壓器和消弧線圈的容量進(jìn)行選擇 :消弧線圈補(bǔ)償容量Qx=K*Ic*Ue/其中K為補(bǔ)償系數(shù) 當(dāng)采用過補(bǔ)償方式的時(shí)候，K取1.35;Ic 為系統(tǒng)電容電流，可進(jìn)行估算或?qū)崪y(cè)得到。Ue為系統(tǒng)運(yùn)行電壓，取 10.5 kV 。由于這種多級(jí)調(diào)匝式的消弧線圈一般有一個(gè)可調(diào)電流范圍，如1060A范圍內(nèi)可調(diào)。如果考慮到系統(tǒng)的發(fā)展到系統(tǒng)電容電流與最大調(diào)節(jié)電流相當(dāng)?shù)囊蛩兀?在計(jì)算消弧線圈最大補(bǔ)償 容量時(shí)，應(yīng)按照最大調(diào)節(jié)電流值對(duì)系統(tǒng)電容電流進(jìn)行取值。接地變壓器的容量等于流過分繞組的零序電流與加在接地變壓器上的電壓的乘積。 考慮

35、到產(chǎn)品系列化的因素，在選擇接地變壓器容量時(shí)一般按照消弧線圈容量乘以 1.05 到 1.2 系 數(shù)即可。當(dāng)接地變壓器帶次級(jí)繞組時(shí)，必須綜合該繞組的容量進(jìn)行選擇。（ 2 ） 自動(dòng)調(diào)諧及接地選線成套裝置的二次部分:前面所介紹的設(shè)備屬于該成套裝置中主要的一次設(shè)備。 要想這些一次設(shè)備能夠很好的協(xié)調(diào)運(yùn)行， 則必須有先進(jìn)的二次控制系統(tǒng)。 該裝置的二次控制系統(tǒng)有兩個(gè)主要的功能: 一是根據(jù)電網(wǎng)的脫諧度進(jìn)行預(yù)調(diào)， 即在投運(yùn)前將脫諧度設(shè)置在一個(gè)范圍， 并且以在線的方式實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)的電容電流的變化， 當(dāng)超過該范圍時(shí)， 系統(tǒng)發(fā)出指令對(duì)消弧線圈進(jìn)行調(diào)節(jié)， 使調(diào)整后的脫諧度和殘流滿足要求; 二是能進(jìn)行在線式的選線， 即能自

36、動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)是否投入消弧線圈和阻尼電阻是否被短接等情況， 并且對(duì)采用人工智能、視在功率、 零序阻抗的變化、諧波變 化及五次諧波等多種選線方式進(jìn)行選擇，達(dá)到最佳的選線效果。3 . 工作原理 :當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí)， 通過接地變壓器產(chǎn)生一個(gè)接地電容電流并且得到消弧線圈的實(shí)時(shí)補(bǔ)償。 自動(dòng)調(diào)諧及接地選線成套裝置通過串聯(lián)在阻尼電阻后的零序電流互感器測(cè)量出補(bǔ)償后的電流大小并且以實(shí)時(shí)在線的方式是否在預(yù)先設(shè)置的脫諧度范圍內(nèi)運(yùn)行， 否則發(fā)出指令對(duì) 消弧線圈進(jìn)行調(diào)整。另一方面， 由于接地電容電流已經(jīng)經(jīng)過補(bǔ)償， 其基波電流幅值太小而不足以提供作為小電流選線用。 因此需要利用其他的算法。 該裝置具有自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)的特點(diǎn)， 能夠利用零序阻抗的變化、 五次諧波分量等因素進(jìn)行選線， 并且根據(jù)每一次選線的結(jié)果對(duì)各種選線方案的 權(quán)重因子進(jìn)行調(diào)整，提高了選線的準(zhǔn)確性。另外， 當(dāng)電網(wǎng)由于電壓互感器鐵磁飽和等原因出現(xiàn)諧振過電壓時(shí)， 該裝置重的阻尼電阻能有效地破壞電網(wǎng)的諧振條件（即容抗等于感抗），保證中性點(diǎn)的位移電壓小于15%的相電壓，維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行。具體原理接線圖見圖 2 所示 :IGKfW iiM<圖24 .在安裝調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決措施(1)通訊規(guī)約的問題：由于某些變電站采用的 RTU或者綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的通訊規(guī)約與該裝置提供的通訊規(guī)約 不能配合使用，因此我們?cè)趯?duì)該