１问题提出
随着城市建设成长的需要和供电负荷的增加，许多地朴直在城区建设110/10kV终端变电所，一次侧采用电压110kV进线，随着城网改造中杆线下地，城区10kV出线尽年夜大都为排挤电缆出线，10kV配电网络中单相接地电容电流将急剧增加，凭据国家原电力工部《交流电气装配的过电压庇护和尽缘配合》划定，3—66KV系统的单相接地故障电容电流跨越10A时，应采用消弧线圈接地方式。一般的110/10kV变电所，其变压器低压侧为△接线，系统低压侧无中性点引出，是以，在变电所设计中要斟酌10kV接地变、消弧线圈和自动抵偿装配的设置。
２10kV中性点不接地系统的特点
选择电网中性点接地方式是一个要斟酌许多身分的问题，它与电压品级、单相接地短路电流数值、过电压水平、庇护设置装备摆设等有关。并直接影响电网的尽缘水平、系统供电的靠得住性和接连性、主变压器和发机电的平安运行和对通讯线路的干扰。10kV中性点不接地系统(小电流接地系统)具有以下特点：当一相发生金属性接地故障时，接地相对地电位为零，其它两相对地电位比接地前升高√3倍，一般情况下，当发生单相金属性接地故障时，流过故障点的短路电流仅为全数线路接地电容电流之和其值其实不年夜，发出接地旌旗灯号，值班人员一般在2小时内选择和破除接地故障，保证接连不中断供电。
3系统对地电容电流超标的风险
实践讲明中性点不接地系统(小电流接地系统)也存在许多问题，随着电缆出线增多，10kV配电网络中单相接地电容电流将急剧增加，当系统电容电流年夜于10A后，将带来一系列风险，具体浮现以下：
3.1当发生间歇弧光接地时，可能引发高达3.5倍相电压(见参考文献1)的弧光过电压，引发多处尽缘亏弱的地方放电击穿和装备瞬间损坏，使小电流供电系统的靠得住性这一点年夜受影响。
3.2配电网的铁磁谐振过电压现象比力普遍，时常发生电压互感器烧毁事故和熔断器的频仍熔断，严重威胁着配电网的平安靠得住性。
3.3当有人误触带电部位时，由于遭到年夜电流的炙烤，加重了对触电人员的危险，甚至伤亡。
3.4当配电网发生单相接地时，电弧不能自灭，极可能破坏四周的尽缘，成长成相间短路，造成停电或损坏装备的事故；因小动物造成单相接地而引发相间故障致使停电的事故也时有发生。
3.5配电网对地电容电流增年夜后，对排挤线路来说，树线矛盾比力突出，尤其是雷雨季节，因单相接地引发的短路跳闸事故占很年夜比例。
4单相接地电容电流的计较
4.1空载电缆电容电流的计较方式有以下两种：
（1）凭据单相对地电容，计较电容电流(见参考文献2)。
Ic=√3×UP×ω×C×103(4-1)
式中:UP━电网线电压(kV)
C━单相对地电容(F)
一般电缆单元电容为200-400pF/m左右（可查电缆厂家样本）。
（2）凭据经验公式，计较电容电流(见参考文献3)。
Ic=0.1×UP×L(4-2)
式中:UP━电网线电压(kV)
L━电缆长度(km)
4.2排挤线电容电流的计较有以下两种：
（1）凭据单相对地电容,计较电容电流(见参考文献2)。
Ic=√3×UP×ω×C×103(4-3)
式中:UP━电网线电压(kV)
C━单相对地电容(F)
一般排挤线单元电容为5-6pF/m。
（2）凭据经验公式,计较电容电流(见参考文献3)。
Ic=(2.7~3.3)×UP×L×10-3(4-4)
式中:UP━电网线电压(kV)
L━排挤线长度(km)
2.7━系数，适用于无排挤地线的线路
3.3━系数，适用于有排挤地线的线路
同杆双回排挤线电容电流(见参考文献3)：Ic2=（1.3~1.6）Ic（1.3-对应10KV线路,1.6-对应35KV线路,Ic-单回线路电容电流）
4.3变电所增加电容电流的计较(见参考文献3)
|
额定电压（KV） |
6 |
10 |
35 |
|
增年夜率（） |
18 |
16 |
13 |
经由过程4-2和4-4比力得出电缆线路的接地电容电流是同等长度排挤线路的37倍左右，所以在城区变电站中，由于电缆线路的日益增多，配电系统的单相接地电容电流值是相当可观的，又由于接地电流和正常时的相电压相差90°，在接地电流过零时加在弧隙两头的电压为年夜值，造成故障点的电弧不容易熄灭，经常形成熄灭和重燃交替的间隙性和稳定性电弧，间隙性弧光接地能致使危险的过电压，而稳定性弧光接地会成长成相间短路，危及电网的平安运行。
5传统消弧线圈存在的问题
当3—66KV系统的单相接地故障电容电流跨越10A时，应采用消弧线圈接地方式，经由过程计较电网当前脱谐度（ε=(IL-IC)/IC·100）与设定值的比力，决议是否调理消弧圈的分接头，曩昔选用的传统消弧线圈必需停电调理档位，在运行中表露出许多问题和隐患，具体浮现以下：
5.1由于传统消弧线圈没有自动丈系统，不能实时丈电网对地电容电流和位移电压，当电网运行方式或电网参数变化后靠人工估算电容电流，误差很年夜，不能实时有用地控制残流和抑制弧光过电压，不容易到达好抵偿。
5.2传统消弧线圈按电压品级的分歧、电网对地电容电流年夜小的分歧，采用的调理级数也分歧，一般分五级或九级，级数少、级差电流年夜，抵偿精度很低。
5.3调谐需要停电、退出消弧线圈，失往了消弧抵偿的接连性，响应速度太慢，隐患较年夜，只能顺应正常线路的投切。假设碰着系统异常或事故情况下，如系统故障低周低压减载切除线路等，来不及进行调整，易造成失控。若此时正碰上电网单相接地，残流年夜，正需要抵偿而跟不上，轻易发生过电压而损坏电力系统尽缘亏弱的电器装备，引发事故扩年夜、雪上加霜。
5.4由于消弧线圈抑制过电压的效果与脱谐度年夜小相关，实践讲明：只有脱谐度不跨越±5时，才能把过电压的水平限制在2.6倍的相电压以下(见参考文献1)，传统消弧线圈则很难做到这一点。
5.5运行中的消弧线圈很多容不足，只能持久在欠抵偿下运行。传统消弧线圈年夜大都没有阻尼电阻，其与电网对地电容组成串联谐振回路，欠抵偿时遇电网断线故障易进进全抵偿状态（即电压谐振状态），这类过电压对电力系统尽缘所浮现的风险性比由电弧接地过电压所发生的风险更年夜。既要控制残流小，易于熄弧；又要控制脱谐度保证位移电压（U0=0.8U/√d2 ε2(见参考文献3）不超标，这对矛盾很难解决。鉴于上述身分，只好采用过抵偿方式运行，抵偿方式不灵活，脱谐度一般到达15—25，甚至更年夜，这样消弧线圈抑制弧光过电压效果很差，几近与不装消弧线圈一样。
5.6单相接地时，由于抵偿方式、残流年夜小不明确，用于选择接地回路的微机选线装配加倍难以工作。此时不能凭据残流年夜小和标的目的或采用实时改变抵偿方式或调档变更残流的方式来准确选线。该装配只能依靠含极低的高次谐波（小于5）的年夜小和标的目的来判别，准确率很低，这也是曩昔小电流选线装配存在的问题。
5.7为了提高我国电网技术和装备水平，国家正在年夜力推行电网通讯自动化和变电站综合自动化的科技方针，实现四远（远信、远测、远调、远控），进而实现无人值班，传统消弧线圈基本不具有这个条件。
6自动跟踪消弧线圈抵偿技术
凭据供配电网小电流接地系统对地电容电流超标所发生的影响和投运传统消弧线圈存在问题的分析，应采用自动跟踪消弧线圈抵偿技术和配套的单相接地微机选线技术。泰兴供电局采用的接地变为上海思源电气有限公司生产的DKSC系列的，消弧线圈为该厂生产的XHDC系列的，自动调谐和选线装配为该厂生产的XHK系列，全套装配包括：中性点隔脱离关G、Z型接地变压器B（系统有中性点可不用）、有载调理消弧线圈L、中性点氧化锌避雷器MOA、中性点电压互感器PT、中性点电流互感器CT、阻尼限压电阻箱R和自动调谐和选线装配XHK-II。该项技术的装备组成示意图见附图。
6.1接地变压器
接地变压器的作用是在系统为△型接线或Y型接线中性点没法引出时，引出中性点用于加接消弧线圈，该变压器采用Z型接线（或称曲折型接线），与普通变压器的区分是每相线圈划分绕在两个磁柱上，这样毗连的益处是零序磁通可沿磁柱畅通流畅，而普通变压器的零序磁通是沿着漏磁磁路畅通流畅，所以Z型接地变压器的零序阻抗很小（10Ω左右），而普通变压器要年夜得多。是以规程划定，用普通变压器带消弧线圈时，其容不得跨越变压器容的20，而Z型变压器则可带90～100容的消弧线圈，接地变除可带消弧圈外，也可带二次负载，可取代所用变，从而节省投资费用。
6.2有载调理消弧线圈
（1）消弧线圈的调流方式：一般分为3种，即：调铁芯气隙方式、调铁芯励磁方式和调匝式消弧线圈。今朝在系统中投运的消弧线圈多为调匝式，它是将绕组按分歧的匝数，抽出若干个分接头，将原来的无励磁分接开关改成有载分接开关进行切换，改变接进的匝数，从而改变电感，消弧线圈的调流范围为额定电流的30～100，相邻分头间的电流数按等差级数排列，分头数按相邻分头间电流差小于来肯定。为了削减残流，增加了分头数，凭据容分歧，今朝有9档—14档，因而工作靠得住，可保证平安运行。消弧线圈还外附一个电压互感器和一个电流互感器。
（2）消弧线圈的抵偿方式：一般分为过补、欠补、小残流3种方式可供选择。
a.欠补：指运行中线圈电感电流IL小于系统电容电流IC的运行方式。当0＜IC-IL≤Id，（Id为消弧线圈相邻档位间的级差电流），即当残流为容性且残流值≤级差电流时，消弧线圈不进行调档。若对地电容发生变化不知足上述条件时，则消弧线圈将向上或向下调理分头，直至重新知足上述条件为止。
b.过补：指运行中电容电流IC小于电感电流IL的运行方式。当IC-IL＜0，且│IC-IL│≤Id，即在残流为感性且残流值≤级差电流时，消弧线圈不进行调档。若对地电容发生变化不知足上述条件时，则消弧线圈的分接头将进行调理，直至重新知足上述条件为止。
c.小残流：在│IC-IL│≤1/2Id时，消弧线圈不进行调理；当对地电容变化，上述条件不知足时进行调理，直至知足上述条件。在这类运行方式下，接地残流可能为容性，也可能为感性，有时甚至为零（即全补），但由于加装了阻尼电阻，中性点电压不会跨越15相电压。
6.3限压阻尼电阻箱
在自动跟踪消弧线圈中，因调理精度高，残流较小，接近谐振（全补）点运行。为避免发生谐振过电压及顺应各类运行方式，在消弧线圈接地回路应串接阻尼电阻箱。这样在运行中，即使处于全补状态，因电阻的阻尼作用，避免发生谐振，而且中性点电压不会跨越15相电压，知足规程要求，使消弧线圈可以运行于过补、全补或欠补任一种方式。阻尼电阻可选用片状电阻，凭据容选用分歧的阻值。当系统发生单相接地时，中性点流过很年夜的电流，这时候必需将阻尼电阻采用电压、电流两重庇护短接。
6.4调谐和选线装配
自动调谐和选线装配是整套技术的要害部门，所有的计较和控制由它来实现，控制器实时丈出系统对地的电容电流，由此计较出电网当前的脱谐度ε，当脱谐度误差超越预定范围时，经由过程控制电路接口驱动有载开关调整消弧线圈分接头，直至脱谐度和残流在预定范围内为止。系统发生单相接地时，将系统PT二次启齿三角处的零序电压及各回路零序电流收集下来进行分析处置，经由过程视在功率、零序阻抗变化、谐波变化、五次谐波等选线算法来进行选线。
6.5隔脱离关、电压互感器
隔脱离关安装消弧线圈前，用于投切消弧线圈，由于消弧线圈内的电压互感器不知足丈精度，需另设中性点电压互感器丈中性点电压。
7自动跟踪消弧线圈抵偿技术的性能和特点
7.1该装配在正常运行中每隔3S（秒）对系统电容电流、残流进行丈计较，凭据丈成效控制消弧线圈升降档，使残流（脱谐度）连结在小，丈时不需进行调档试探，具有响应速度快、有载开关寿命长、跟踪准确的点。
7.2过补、欠补、小残流3种运行方式任选，可在现场凭据需要设定变更。
7.3在小残流方式下运行，可以使抵偿后的接地残流≤3额定电流（即消弧线圈年夜电流）。
7.4消弧线圈串联电阻方式，可限制全补时中性点位移电压＜15相电压，避免谐振，知足了运行规程要求。
7.5凭据企电网的电压和容品级，依照测出的系统电容电流等具体参数，可选用合适型号规格的成套装配，该技术顺应面年夜。
7.6该技术包括的微机选线庇护装配采用非凡的多种算法，可快速准确显示单相接地线路。
8.接地变压器、消弧线圈容和额定电流简直定
8.1凭据排挤线或电缆参数计较公式计较电容电流Ic
8.2消弧线圈容简直定(见参考文献3)
Q=K×Ic×UP/√3(8-1)
式中:K—系数，过抵偿取1.35
Q—消弧线圈容，kVA
8.3消弧线圈容及额定电流的选择
凭据年夜电容电流Ic，肯定响应的消弧线圈容及额定电流，使年夜抵偿电感电流知足要求。
8.4接地变压器容选择
接地变除可带消弧圈外，兼作所用变.
式中：Q—消弧线圈容，kVA
S—所变容，kVA
Ф—功率身分角，°
SJ—接地变容，kVA
例如某110kV变电所，二台主变，10kV单母线分段，共24回电缆出线，两套装配抵偿，一回电缆平均长度按2kM计较，所变容100kVA，COSФ=0.8。凭据式（4-1）或式（4-2）有:
Ic=0.1×UP×L
=0.1×10.5×2×12=25.2(A)
变电所增加电容电流为16故Ic=25.2×1.16=29.23（A）
凭据式（8-1）:
Q=K×Ic×UP/√3
=1.35×29.23×10.5/√3
=239(kVA)
凭据消弧线圈容系列性及年夜电容电流Ic，肯定响应的Q=300KVA，抵偿电流调理范围为25—50A
凭据式（8-2）:
是以整套装配，可调电抗器选用了型号为XHDCZ-300/10/25-50A(九档)，容为300kVA，系统电压10kV，额定电压6.062kV，抵偿电流调理范围为25—50A。接地变压器选用了型号为DKSC-400/100/10.5,10.5±5、容为400kVA，二次容为100kVA，系统电压10.5kV。
参考文献
1.李福寿.消弧线圈自动调谐原理.上海交通年夜学出书社，1993。
2.《变电技术问答》上册,电力工出书社，1976年。
3.《电力工程电气设计手册》上册，水利电力部西北电力设计院编，水利电力出书社。
作者简介：
梁斌（1977-），男，助理工程师，现在泰州市供电公司工程建设部工作，从事变电所电气设计、工程治理.邮编：225300
高双伟（1973-），男，工程师，现在泰兴市供电公司设计室工作，从事变电所电气设计，.邮编：225400