淺談消弧線圈在電網中的應用

劉衛民 李 婷 游 丹

（國網河南省電力公司洛陽供電公司 河南洛陽 471000）

引言

目前，10kV配電網在一般情況下采用非有效接地系統[1～2]，隨著電纜在配電網中的廣泛應用，特別在城市中普遍采用電纜出線，這樣會產生較大的電容電流值，特別是電網在發生單相接地時，使電弧難以熄滅，造成嚴重的接地事故，影響供電可靠性，其次發生間歇性弧光接地時，產生的弧光接地過電壓，會造成設備絕緣破壞，使單相接地故障發展成相間故障，因此需采取措施防止危害的發生，保證設備安全。

1 消弧線圈工作原理

消弧線圈是一種帶鐵芯的電感線圈。一般它接于變壓器的中性點與大地之間，構成諧振接地系統。在配電網正常運行時，由于三相電容電流對稱，因此消弧線圈中無電流通過，但當電網發生單相接地故障時，接地電容電流將是正常時的3倍，中性點電位也將上升到相電壓，這時消弧線圈的電感性電流與單相接地的電容性故障電流相互抵消，使電容電流得到補償，補償后的殘余電流將變小，不足以維持電弧，從而自行熄滅，這樣就可以避免發生更嚴重的接地故障，原理圖見圖1。

從圖2是無消弧線圈時配電網發生接地短路的電容電流系統圖，如可以測得系統的單相對地電容可以計算出故障點的電容電流[3]。

w=2πf

式中：

Ic——對地電容電流，A；

U——系統額定線電壓，kV；

C——對地電容，微法；

w——角頻率。

也可以利用以下公式計算：

架空線路：

L——線路長度，km；

2.7——適用于無架空線路；

3.3——適用于有架空線路。

電纜線路：

10kV配電網系統配置消弧線圈后，短路點剩余故障電流：

式中：

I1——電感電流，A。

消弧線圈的脫諧度用來描述消弧線圈的補償度[4]，計算公式見下式，數值需滿足DL/T5222-2005的要求。

v——脫諧度。

脫諧度大小反應了電感電流對電容電流的補償程度。脫諧度數值越小表明在電網發生不對稱故障時的剩余電流值越小，電容電流幾乎全部被電感電流所補償，消弧線圈補償的水平越高，因此電網中的消弧線圈脫諧度大小數值選取應合適。根據有關國家標準或行業標準規定，配置應用在電網中的消弧裝置選用過補償。

電網中配置的消弧線圈，在一般場合下，中性點處電壓偏移不大于相電壓的5%，脫諧度在普通情況下小于或等于10%。

電網中性點的位移電壓計算公式：

上式中相關含義：

U0——位移電壓值，kV；

Ubd——不對稱電壓值，采用相電壓值的0.8%，kV。

2 配電網中消弧線圈的配置容量

消弧線圈容量值的計算和選擇：

消弧線圈在配電網中配置容量可以通過電網不對稱短路故障時電容電流值來選用，電網中選擇過補償。消弧線圈額配置容量根據下式選用：

上式中相關含義：

Q——消弧線圈容量，kVA。

消弧線圈裝設位置需滿足以下要求：

（1）系統在各種運行情況下，當電網切斷一、二回出線時，配電網系統不失去補償。

圖1 安裝消弧線圈時發生單相接地原理

圖2 系統發生單相接地時原理圖

（2）當系統中裝設多套消弧補償裝置時，不集中安裝在同一個位置。

（3）當需要安裝消弧線圈系統的變壓器無中性點時，需裝設專用的接地變壓器。

3 接地變壓器容量的選用

容量選擇：

上式中相關含義：

S——單相接地變壓器容量，kVA；

UN——接地變壓器一次電壓，kV；

I2——接地變壓器二次電流，A；

K——接地變壓器過負荷系數；

n——接地變壓器變比。

三相接地變壓器：其容量與消弧線圈容量相匹配。

對于Z型變壓器或YNd接線的變壓器，中性點接地變壓器容量為：

SN≥QX

對于Y/開口d接線接地變壓器（三臺單相），單臺接地變壓器容量：

4 實際應用

某城市安類供電區域一座110kV變電站，主變容量1×63MV安，電壓等級為110/10kV，110kV和10kV電氣主接線均為單母線接線，10kV出線規模12回，均采用電纜出線。根據《配電網規劃設計技術導則》（QGDW1738-2012），安類供電區域供電半徑不超過3km[5]，再考慮開關站電纜出線，該變電站電纜出線總長度約為100km。

電容電流為：Ic=100×0.1×10=100A。

考慮變電站增加16%。

Ic=100×1.16=116A.

消弧線圈容量：

根據以上計算消弧線圈容量選擇為1000kVA。

5 結論

本文通過對消弧線圈原理的介紹、電容電流計算以及消弧線圈容量的確定，并通過實際舉例來分析消弧線圈在配電網的作用和工作原理，為消弧線圈的應用提供了理論依據。