10kV消弧装置的比较及选择

廖燕斌邹文聪

摘要：随着电力行业的不断发展，为了避免单相接地电容电流造成的危害，一般情况下在其中性点加装自动跟踪补偿消弧线圈。本文针对各种类型消弧线圈装置进行的比较，以供参考。

关键词：自动跟踪补偿；消弧线圈；选型

1各种类型消弧线圈装置的比较

较早投运的消弧线圈，大部分都不能自动调谐，即消弧线圈必须退出运行才能进行调节电感值。而且这种消弧线圈不能实时监测电网接地电容电流，因此很难调节在最佳补偿位置。随着变电站综合自动化和无人值班变电站技术的推广，手动调节的消弧线圈已经不能满足电网运行要求，取而代之的是自动跟踪补偿的消弧线圈装置。此种消弧线圈能根据电网电容电流的变化，自动调节消弧线圈的补偿位置而处于最佳补偿状态，使脱谐度和中性点电压满足电网要求。根据调节方式的不同，可将自动跟踪补偿消弧线圈分为以下几类。

1.1调气隙式自动跟踪补偿消弧线圈

调气隙式消弧线圈是用电动机带动传动机构调节铁芯气隙的大小达到改变电抗值的目的。其缺点是振动和噪声比较大，传动机构较容易出故障。

1.2偏磁式调节的消弧线圈

其基本原理是用直流控制铁芯的磁饱和度，以实现平滑调节电抗器的容量。补偿电流可连续无级调节，调整平滑、线性度好。其缺点是该装置本身是一谐波源，对电能质量有影响。

1.3调匝式自动跟踪补偿消弧线圈

调匝式消弧线圈是采用有载调压开关调节电抗器的抽头以改变电感值。它可以在电网正常运行时，通过实时测量流过消弧线圈电流的幅值和相位变化，计算出电网当前方式下的接地电容电流值，根据预先设定的最小残流值或失谐度，由控制器调节有载调压分接头，使之调节到所需要的补偿档位，在发生接地故障后，故障点的残流可以被限制在设定的范围之内。它的不足之处是不能连续调节，调节范围较小，在电网正常运行时，需预先调节在接近谐振状态。

1.4调容式消弧补偿装置

调容式消弧补偿装置基本原理是增设消弧线圈的二次电容负荷绕组，在二次侧并联若干组电容器，通过调节二次侧电容的容抗值，以达到减小一次侧电感电流的要求。其调节范围较大，但不能连续调节，在电网正常运行时，需预先调节在接近谐振状态。

1.5可控硅控制的消弧系统

该消弧线圈是一种高短路阻抗变压器式可控电抗器，其基本结构如图1所示。变压器的一次绕组作为工作绕组接入配电网中性点，二次绕组作为控制绕组接两个反向连接晶闸管，通过调节晶闸管的导通角来调节二次绕组中的电流，从而实现电抗值的可控调节。由于采用晶闸管调节，因此响应速度快，可以实现零至额定电流的无级连续调节。此外，由于利用变压器的短路阻抗作为补偿用的电感，因而具有良好的伏安特性。在非接地故障情况

2自动跟踪补偿消弧线圈装置的选择

自动跟踪补偿消弧线圈原理接线图如图2所示，大致包括以下几个部分：接地变压器、消弧线圈、阻尼电阻、调谐控制器。

2.1接地变压器的选择

由于主变压器10kV侧一般采用Δ接法，需要采用消弧线圈接地时，一般都要加装接地变压器，消弧线圈接至接地变压器高压侧的中性点。因而要求接地变压器的零序阻抗比较小；而且消弧线圈容量越大，要求接地变压器的零序阻抗越小，否则将影响消弧线圈输出的补偿电流。

2.2消弧线圈的选择

（1）考虑消弧线圈伏安特性对补偿效果的影响消弧线圈的伏安特性直接影响到单相高阻接地时的补偿效果，是消弧线圈极为重要的一个参数。因为只有在消弧线圈伏安特性为线性时，才能保证补偿电流与中性点电压成正比。当消弧线圈伏安特性为非线性时，仅在线路发生单相金属性接地时实际补偿电流才能达到理论补偿电流值，因为此时中性点电压接近于消弧线圈的额定工作电压。但当线路发生高阻接地时，中性点电压偏离消弧线圈的额定工作电压。此时，实际补偿电流已不是理论补偿电流值。因此，选择消弧线圈时，应选择伏安特性曲线较好的消弧线圈。

（2）要求消弧线圈的响应速度快消弧线圈的响应速度也是一个重要的参数，当发生单相接地故障时，若需经过几十毫秒甚至多达数秒时间才能投上消弧线圈，对于目前接地电容电流越来越大的系统来讲，已经不适应了。理想的对策是利用快速响应的消弧线圈将弧光接地抑制在起弧的一瞬间，这就要求消弧系统具有极快的响应速度。一般要求消弧线圈应能在几毫秒内作出响应。

2.3调谐控制器的选择

调谐控制器是自动跟踪补偿消弧线圈的指挥中心，其可靠性关系到整套装置是否能发挥作用。调谐控制器应具备以下性能：

（1）具有较强的抗干扰性能；（2）其工作电源应具备交、直流双回电源，两路电源应能实现无扰切换；（3）有较大的接点输出容量；（4）具备硬接点输出功能；（5）有远方通信功能；（6）至少能提供以下参数：单相接地时系统中性点的电压Un及与其相应的零序电容电流IC、消弧线圈实际的补偿电流、接地点残流、装置的故障信息等；（7）带有选线功能，可作用于信号或跳闸。

2.4阻尼电阻的影响

2.4.1装设阻尼电阻存在的问题

如果电网的不对称电压不高，接地故障为金属性接地，采用阻尼电阻并联短接装置，只要短接装置及其控制器能够可靠工作，一般不会出现很大的问题，但是电网的不对称电压有高有低，电网出现的故障更是多样性，如间歇性接地，高阻接地，断线不接地等等，这些故障给短接装置及其控制系统的判断带来很大困难，以致出现烧毁线性阻尼电阻和短接装置的事故。

2.4.2非线性阻尼电阻的应用

由于阻尼电阻存在上述弊端，现国内有一些厂家将该阻尼电阻采用非线性电阻取代，非线性阻尼电阻依靠电阻体本身的非线性伏安特性，依外施电压或电流大小改变阻值高低。在电网正常运行时，中性点的开路电压为电网不对称电压，其值一般较小，在此电压作用下，通过非线性电阻的电流较小，此时非线性电阻呈高阻值，起到线性阻尼电阻的作用。当电网发生单相接地，作用在消弧线圈和非线性电阻串联回路两端电压为接地相的相电压，通过消弧线圈和非线性电阻的电流较大，此时非线性电阻呈低阻状态，起到阻尼电阻被短接的作用，因此免去了阻尼电阻的短接开关。

2.4.3阻尼电阻的取消

由上述分析可知，装设阻尼电阻的目的是为了防止电网正常运行时的串联谐振，若消弧线圈装置能在电网正常运行时调节在远离谐振点位置，而在电网发生单相接地时能在几毫秒内调节到完全补偿状态，则可以取消阻尼电阻。

3结论

目前自动跟踪补偿功能的消弧线圈在电力系统中得到广泛应用。采用自动跟踪补偿的消弧线圈，可以将电容电流补偿到残流很小，使瞬时性接地故障自动消除而不影响供电。根据以上的分析比较，各类消弧装置有着各自的不同特点，在选用装置时，可根据负荷性质，电网中的地位，供电要求以及安装限制等进行合理的选择。

参考文献

[1]消弧柜与消弧线圈的比较[J].王健.中国新通信.2013(16).

[2]电力消弧线圈综述[J].胡玉霞,冯苗.硅谷.2010(14).

作者简介

廖燕斌（1986.03.02），性别：男；籍贯：福建尤溪；民族：汉；学历：本科、学士；职称：工程师；职务：变电运维班班长；研究方向：变电；单位：国网福建省电力有限公司泉州供电公司。

邹文聪（1986.1.29），性别：男；籍贯：福建华安；民族：汉；学历：本科、学士；职称：工程师；职务：变电运维班班长；研究方向：变电；单位：国网福建省电力有限公司泉州供电公司。