谈单相接地电容电流补偿方式.doc课件

1、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

2、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

3、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：310 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

4、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，国内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

5、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，国内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内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

6、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

7、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

8、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。国内外研究证明，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范围，所以脱谐度一般要达到

9、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补偿类型引起设

10、备损坏的单相接地短路次数与单相接地短路总次数比单相接地短路平均历时（h）无补偿0.260.990.806.10手动调整补偿0.070.250.142.70自动跟踪补偿0.010.160.011.40由表1可见，采用自动跟踪补偿装置的电网，补偿的效果最佳，大大提高了供电的可靠性，是我国6 KV（10kV）配电网的发展方向。2.2ZGTD系列自动跟踪补偿成套装置消弧线圈与电阻串联接地补偿装置是国内最新研究成果，这种方式既具有补偿电网的优点，又兼备了低电阻接地方式限制过电压幅值的优点，同时克服了两者本身固有的缺点，得到了广泛的应用。目前国产自动跟踪补偿消弧系统及其成套装置大部分采用消弧线圈与电阻串联

11、接地方式。2.2.1装置的结构该装置一次设备接线如图1(无中性点)。成套装置由Z型接地变压器(系统中有中性点时不用)、有载调节式消弧线圈、限压阻尼电阻箱、微机测量控制器及微机选线保护装置(可不用)组成。 图1一次设备接线图(1) 曲折型接线的接地变压器在电网正常运行时长期处于空载运行状态，其零序阻抗、空载损耗很小，主要完成以下功能：引出理想的人工中性点连接消弧线圈；二次可带负载兼做站用变；作为调节系统不对称电压的元件，满足自动调谐的需要。(2) 有载调节式消弧线圈是一带有载分接开关的调匝式消弧线圈，消弧线圈还附有一个PT和一个CT。单相有载开关使用在消弧线圈上，在预调试的工况下(即正常不接地的

12、情况下调整)工作是很轻松的，几乎处在空载状态下切换，使用寿命较长。从理论上讲消弧线圈自动调谐最好用连续可调的消弧线圈，但目前没有理想的产品，而且分接头足够多的调匝式消弧线圈也是可用的，只要消弧线圈调节时脱谐度能在规定的范围内。顺便指出，有分接头的消弧线圈在每个分接头工作时的电感量是确定值，故计算电网的脱谐度较为方便。 (3) 限压阻尼电阻箱在消弧线圈接地系统中，若消弧线圈感抗与对地电容容抗相等时，将发生串联谐振，造成中性点过电压而损坏设备。因此规程规定“中性点经消弧线圈接地的电力网，在正常运行情况下，中性点长时间电压位移不超过相电压的15%，消弧线圈必须处于过补偿方式，其脱谐度一般不大于10%

13、，故障点的残流不超过10 A”。这样在运行中切除负荷时，可避免中性点出现谐振过电压。但实际测量整定时脱谐度可达到20%30%，使接地点的残流偏大，对灭弧不利。在自动跟踪补偿系统中，因调节精度较高，接近谐振点运行，为防止谐振过电压，在“ZGTD自动跟踪补偿装置”中将消弧线圈串接阻尼电阻箱接地，增大回路的阻尼率，使全补偿状态下的中性点过电压降低到15%相电压以下，因此本装置可运行在过补、欠补、全补状态。为避免阻尼电阻降低消弧线圈的补偿能力，在发生单相接地时，将电阻短接，同时也避免了电阻的过热。阻尼电阻为ZX2型片状电阻，其阻值在满足中性点位移电压的条件下根据系统容量配置。短接阻尼电阻采用中性点电压

14、和电流两套独立启动短接回路。一套是根据中性点电压值来控制交流接触器KM，若该值超过设定值，则电压继电器动作，控制交流接触器闭合接点短接阻尼电阻。另一套是由直流接触器KM2、中间继电器、过流继电器组成，当系统接地流过消弧线圈的电流超过设定值时，电流继电器动作，通过中间继电器使直流接触器闭合短接阻尼电阻。双套措施互补，保证了电阻可靠短接。若配有接地选线装置，阻尼电阻在接地0.5 s后被短接。(4) 微机控制器。抗干扰较好的微机控制器，采用独特的在线实时测量法，可快速、准确、直观、完整地显示电网的有关参数，根据设定值自动或手动调整消弧线圈分头，使其随时运行在最佳工作状态。(5) 微机选线装置。长期以

15、来人们一直在研究配电网单相接地故障选线装置，目前市场上也有了成型的产品，常用的方法大致有：附加二次谐波信号；利用接地的瞬变电流；增大接地点的有功分量；利用冲击电压电流检出故障支路；利用接地电流中高次谐波分量。中性点经消弧线圈串电阻接地的补偿装置，在发生单相接地且电阻未短接前，同正常回路相比接地回路中所含有功分量较大，根据这一特点微机选线装置即可将系统零序电压和各回路零序电流采集下来，进行分析处理，有功分量最大者即为接地线路。2.2.2在线测量电容电流的方法实现自动调谐的关键在于快速实时地测量系统对地电容的容抗，并计算出系统单相接地时的电容电流。目前用于自动调谐系统中的方法主要有位移电压曲线法、

16、中性点位移电压(电流)相位法及在线实时测量法。前两种测量方法在测量时必须进行调档操作，有载开关寿命降低，响应时间(自系统电容电流发生变化起，至消弧线圈调节到合适档位所需时间)也不可能做到很短，因而在实际运用中效果不佳。ZGTD系列装置采用在线实时电容电流测量法，图2为系统的零序等值网络图。在装置投入运行时，首先用特殊的方法测出不平衡电压E0，然后每隔3 s测量一次U相，U0，I0，则E0=U0+I0XC， I=U相/XC=U相I0/(E0-U0)。L为消弧线圈；XC为系统对地容抗；E0为系统不平衡电压；U0为系统中性点电压图2零序等值网络图该算法的优点是在测量过程中不需进行调档操作，测量周期短

17、(每隔3 s测量一次)，测量精度高。2.2.3装置的特点(1) 选用组合式机构。有载开关调节消弧电抗器、 接地变压器、 限压阻尼电阻箱、微机测量控制器、微机接地选线装置都是独立部件，便于安装维护。(2) 过补、欠补、全补三种运行方式皆实用，并可在现场根据需要随时设定、变更。(3) 测量时不需进行调档操作，具有响应速度快、有载开关寿命长、跟踪准确的优点。(4) 消弧线圈串电阻接地，可限制中性点位移电压<15%相电压，满足运行规程的需要。(5) 微机选线装置采用特殊的基波算法，比较可靠。(6) 装置中设置了远动接口，可用于无人值守变电站。(7) 采用了自动、手动调谐功能。(8) 现场运行效果

18、良好，能有效地补偿系统的电容电流。3结束语ZGTD系列自动跟踪补偿成套装置在石化企业变电站挂网运行。装置投入电网后对电网电容电流及消弧线圈动作情况进行实时跟踪，当投切线路时对电网的电容电流进行测量显示并根据测定值调节消弧线圈的分头，发生单相接地故障时，能有效补偿系统电容电流，防止了过电压谐振及由弧光造成三相短路事故，深受运行人员和电网调度人员的欢迎。目前我国已研制出一系列自动跟踪补偿成套装置，并且正在逐步改进和完善，在网运行的成套装置运行效果证明，6 kV配电网采用自动跟踪补偿是比较合理的运行方式，值得推广应用。国内外研究证明，中性点经消弧线圈串或并电阻后，均能有效地抑制单相接地产生的弧光接地过电压，