摘 要：本文介绍了系统对地电容电流超标的危害，给出了电容电流的计算方法，对接地变、消弧线圈在接地系统运行中的作用进行了说明，重点阐述了的消弧线圈装置的工作原理和较为先进性能装置的特点，以及有关技术参数的计算选择.
关键词：新型动态补偿消弧线圈;接地变;电容性电流
根据企业发展规划，我们筹划建设了110/10kV总降变电站，一次侧采用电压110kV杆塔架空进线，10kV出线配网为中性点不接地系统，全部为电缆出线，电缆线路的大量使用使得配电网对地电容电流也大幅度增加。在中性点不接地系统中，单相接地故障占总故障率的60%以上，而中性点不接地系统在发生单相接地故障时仍能保持三相对称，可以继续为用户供电，这是其优点，但是当10kV系统单相接地电容电流大于10A时，电弧便有可能不自行熄灭，并极易发展为相间短路故障，当单相接地为间歇性弧光接地时，会引起幅值很高的弧光过电压，很容易击穿系统内绝缘较薄弱的设备，引发严重的事故。还会造成接地点热破坏及接地网电压升高，单相接地电容电流过大，使接地点热效应增大，对电缆等设备造成热破坏，该电流流入接地网后由于接地电阻的原因，使整个接地电网电压升高，危害人身安全。容易引起铁磁谐振，使PT产生过电压，甚至烧毁等问题。
我们选择了应用电容电流自动跟踪动态补偿消弧线圈成套装置接地方式。
每套装置包括：一台干式接地变压器、干式偏磁式消弧线圈、电容电流自动跟踪动态补偿消弧控制柜一面。
1 单相接地电容电流的计算
电网的电容电流包括电气连接的所有架空线路、电缆线路、变压器以及母线和电器的电容电流。电缆电容电流的计算方法有以下两种（一般厂区多为电缆出线故不对架空线做讨论）：
1.1 根据经验公式，计算电容电流
Ic=0.1×UP ×L (1-1)
式中: UP━电网额定线电压(kV) L ━电缆长度(km)
1.2 根据单相对地电容，计算电容电流
Ic=√3×UP×ω×C×103 (1-2)
式中: C ━单相对地电容(F)
一般电缆单位电容为200-400 pF/m左右（可查电缆厂家样本）
1.3 系统中总的电容电流可按下式计算：
ΣIc=（ΣIc1＋Σic2）（1＋k％） (1-3)
式中：Σic电网上单相接地电容电流之和
ΣIc1 电缆单相接地电容电流之和
Σic2系统中相与地间跨接的电容器产生的电容电流之和
k％ 配电设备造成的电网电容电流的增值，6kV取18％，10kV取16％，35kV取13％
2 自动跟踪动态补偿消弧装置的作用及补偿原理
为了减小接地电容电流的危害，要在中性点不接地的系统人为产生一个中性点引入消弧线圈，消弧线圈是一个具有铁心的可调线圈，发生单相接地时消弧线圈产生一个与单相接地电容电流大小接近而方向相反的电感电流，该电流滞后电压900,可与超前900的电容电流相互补偿，使得接地电流大大减小，同时使故障相恢复电压速度减小，使接地点电弧自动熄灭，消灭了间歇性电弧的产生，从而使系统自动恢复正常。同时由于消弧线圈的嵌位作用，它可以有效的防止铁磁谐振过电压的产生。图（1-1）C相某处发生接地时，另两相将产生流过故障点的接地电容电流Ia、Ib，分别超前Ua、Ub 90?b,它们的向量和为Idc,Idc=IBCOS30?b+ICCOS30?b=3ωC0Uφ,它的大小等于正常时一相对地充电电流的3倍，方向落后C相正常电压90度,因此，当接地电流过零时，加在弧隙两端的电源电压为最大值，因此故障点的电弧不易熄灭。当接地电容大时，容易形成间歇性的弧光接地或是稳定的弧接地。从而产生弧光过电压或发展成多相短路事故。在系统中性点引入消弧线圈后，当C相接地时，中性点电压升高成相电压-Uc，此时消弧线圈处于相电压之下,便有一滞后-Uc 900的感性电流Il从消弧线圈C相到故障点流通,其数值为Il=Uc/Xl= Uφ/ωL。补偿接地电容电流，如果参数选择合适会产生很好的补偿效果，在瞬间产生并联谐振从而完全补偿通过故障点的电流，使电弧自动熄灭这是全补偿，（如下图1-3）可用脱谐度来描述：
v=（Ic-Il）/Ic=(Xc-Xl)/Xc 当v=0时，称为全补偿，当v>0时为欠补偿,v<0时为过补偿。一般规定采用过补偿。从发挥消弧线圈的作用上来看，接地发生时脱谐度的绝对值越小越好，最好是处于全补偿状态，即调至谐振点上。但是在电网正常运行时，小脱谐度的消弧线圈将产生各种谐振过电压，因为系统处于全补偿时，无论三相电网出现不对称电压的大小如何，都将会因为发生串联谐振而使中性点电压很高，消弧线圈感受很高的电压（如图1-2）。
这就要求消弧装置能够在接地故障出现时自动跟踪瞬间补偿而接地故障消除后迅速调整脱谐度至最大防止出现串联谐振。而传统消弧线圈由于调节不方便，没有在线检测电网电流设备，也不利于电网的自动化发展等诸多弊病而逐渐被自动跟踪补偿调谐的消弧线圈所取代。
2.1 目前，自动补偿的消弧线圈国内主要有三种产品，分别是调气隙式、调匝式、调容式及偏磁式等。
2.1.1 调气隙式
调气隙式属于随动式补偿系统。其消弧线圈属于动芯式结构，通过移动铁芯改变磁路磁阻达到连续调节电感的目的。该产品工作噪音大，可靠性差调节精度差，过电压水平高
2.1.2 调匝式（或带调容式）
该装置属于随动式补偿系统，它同调气隙式的唯一区别是动芯式消弧线圈用有载调匝式消弧线圈取代，用有载调节开关改变工作绕组的匝数，达到调节电感的目的。该装置同调气隙式相比，消除了消弧线圈的高噪音，但是却牺牲了补偿效果，消弧线圈不能连续调节，只能离散的分档调节，补偿效果差，并且同样具有过电压水平高。另外该装置比较零乱，安装施工比较复杂。
2.1.3 偏磁式
偏磁式消弧装置是一种动态补偿系统，它采用全静态结构，具有可靠性高、调节速度快、调节范围宽且可在承受高电压时调节电感值的特点，是一种很有发展前途的消弧电抗器。它的工作原理是通过改变励磁绕组中的直流励磁电流,使铁心的磁导率发生改变,从而实现工作绕组电感L的连续调节。无论是在电网发生故障时，还是在电网正常运行时，偏磁式消弧线圈的电感值均唯一由励磁绕组中的控制电流决定，由此可见，我们只要精确地提供励磁绕组中的控制电流就可以准确地调整消弧线圈的电感。
通过比较可看出偏磁式动态补偿装置具有更大的优势，我单位采用的唐山安特电气有限公司ZDBX系列电容电流自动跟踪动态补偿消弧装置系列产品。整套装置包括接地变压器（带站变）、偏磁式消弧线圈、控制柜（核心控制器）。它的核心控制器在电网正常运行时实时检测电容电流，不施加励磁电流，调节消弧线圈远离谐振点。通常处于其下限位置，从根本上避免了串联谐振过电压的出现。当电网发生单相接地后，瞬间调节消弧线圈实施最佳补偿，使接地电弧自动熄灭。
2.2 此套装置具有以下特点：
(1)利用自然零序电压原理在线实时测量电网对地电容。
(2)运用磁放大器原理进行动态补偿，电网正常运行时少量投入补偿电抗，电网脱谐度大，可有效地防止串联谐振过电压的发生。发生单相接地后，瞬间实施最佳补偿。
(3)现在广泛应用的功率方向原理的单相接地保护装置，仍能继续使用。
3 消弧线圈选型及容量的确定
首先根据式（1-1）计算系统单相接地电容电流，修订后计算补偿上、下限：
上限=IC+30%IC，下限=IC-50%IC
确定装置型号：ZDBX-10/下限-上限（10KV系统）
容量计算公式：
Q = K×Ic×UP/√3 (1-4)
式中: K — 系数，过补偿取1.35 Q— 消弧线圈容量，kVA
4.接地变的作用及容量选择
接地变压器是为无中性点接地系统提供一个人为的、可带负荷的中性点用于接消弧线圈，并可带一连续使用的二次绕组，作为站用变使用。从而节省投资费用。该变压器采用ZN,Yn1型接线，零序阻抗很小（10Ω左右），空载阻抗高、损失小。因此规程规定，用普通变压器带消弧线圈时，其容量不得超过变压器容量的20%，而Z型变压器则可带90% ～100%容量的消弧线圈，选用干式变，负载包括站内长期用电负荷及消弧线圈负载容量计算. (式略)（1-5）
式中：Q — 消弧线圈容量（kVA）S — 所变容量（kVA）Ф — 功率因素角， SJ — 接地变容量（kVA）
4.1 应用计算
110kV变电所，二台主变，10kV单母线分段，共20回电缆出线，两套补偿装置，一回电缆平均长度按2.1kM计算，所变容量50kVA，COSФ= 0.8。根据式（1-1）有:
Ic1 = 0.1×UP×L
= 0.1×10.5×1×2.1×10= 22.05(A)
系统增加电容电流16%，Ic2 =22.05×1.16 = 25.58（A）
上限=25.58×1.3=33.54（A）,下限=25.58×0.5=12.79（A）
消弧线圈容量：（用上限）
Q= K×Ic×UP/√3
=1.35×33.54×10.5/√3
= 274.5(kVA)
选用消弧线圈容量 Q= 350KVA
接地变容量:
Sj= 382(kvA)
消弧线圈选用了型号为DXHG-10.5/8-50A，容量为350kVA，补偿电流调节范围为8—50A。接地变压器选用了型号为JDBG-400/50/10.5,10.5±5%、容量为400kVA，二次容量为50kVA。当系统正常运行时，两段母线运行，两套装置都投运，当两段母线需要需并列运行时必须先停掉一组装置。几年的运行证明效果很好，电缆的事故明显减少，因此而产生的维修费用大大降低。同时提高了生产的连续性。下载本文
