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消弧線圈在城市配電網(wǎng)中的應(yīng)用分析
【摘要】在城市3～35KV配電網(wǎng)中，大量的電纜得到使用，電纜的電容電流遠(yuǎn)大于架空線路的電容電流，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障點(diǎn)處容易出現(xiàn)間歇性的電弧，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。本文簡(jiǎn)單介紹了消弧線圈的工作原理、消弧線圈容量的確定方法、以及接地變壓器、消弧線圈自動(dòng)補(bǔ)償裝置的選擇。
【關(guān)鍵字】接地電容電流 容量計(jì)算 消弧線圈
引言
小電流接地系統(tǒng)包括不接地、消弧線圈接地和經(jīng)高阻抗接地三種。當(dāng)一相發(fā)生單相接地時(shí)，故障相電壓為零，非故障相電壓升高至線電壓，系統(tǒng)可以在故障排除之前持續(xù)工作2h。
但此時(shí)三相的對(duì)地電容電流之和不為零，故障相有很大的零序電流流過，該電流可能會(huì)在故障點(diǎn)處形成間歇性的電弧，并導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部弧光過電壓，其幅值可達(dá)2.5～3倍相電壓，足以危及整個(gè)電網(wǎng)的絕緣。
一、接地電容電流
隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大以及城市市容要求的愈發(fā)嚴(yán)格，穿越市中心的3～35KV架空線路陸續(xù)變?yōu)殡娎|埋入地下，大量的電纜出線導(dǎo)致電容電流的急劇增加。
1.1電纜電容電流的計(jì)算方法有以下兩種
(1)根據(jù)單相對(duì)地電容，計(jì)算電容電流：Ic=√3×UP×ω×C×103
式中： UP━電網(wǎng)線電壓(kV)
C ━單相對(duì)地電容(F) 一般電纜單位電容為200-400 pF/m左右
(2) 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算電容電流： Ic=0.1×UP ×L
式中： UP━電網(wǎng)線電壓(kV)
L ━電纜長度(km)
1.2架空線電容電流的計(jì)算有以下兩種
(1) 根據(jù)單相對(duì)地電容，計(jì)算電容電流：Ic=√3×UP×ω×C×103
式中： UP━電網(wǎng)線電壓(kV)
C ━單相對(duì)地電容(F) 一般架空線單位電容為5-6 pF/m。
(2) 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算電容電流：Ic= (2.7～3.3)×UP×L×10-3
式中： UP━電網(wǎng)線電壓(kV)
L ━架空線長度(km)
2.7 ━系數(shù)，適用于無架空地線的線路
3.3 ━系數(shù)，適用于有架空地線的線路
從電纜以及架空線電容電流計(jì)算公式可知，距離相同，電纜的單相接地電容電流比架空線路的要大得多。
當(dāng)接地電容電流大于30A以上時(shí)，將產(chǎn)生穩(wěn)定的電弧，形成持續(xù)性的電弧接地;當(dāng)接地電容電流大于5～10A而小于30A時(shí)，有可能產(chǎn)生一種不穩(wěn)定的間歇性電弧，這是網(wǎng)絡(luò)中的電容和電感形成的振蕩回路所致。
二、消弧線圈的工作原理
2.1 工作原理
但單相接地電流較大時(shí)，為避免接地點(diǎn)形成穩(wěn)定或間歇性的電弧，就必須減少接地電流，使電弧易于自行熄滅。為此，可在中性點(diǎn)處裝設(shè)消弧線圈L，在中性點(diǎn)位移電壓作用下產(chǎn)生感性電流，來補(bǔ)償接地點(diǎn)的容性電流，從而消除接地點(diǎn)的電弧過電壓故障。
2.2 補(bǔ)償方式
消弧線圈的補(bǔ)償方式：一般分為過補(bǔ)、欠補(bǔ)、最小殘流3種方式可供選擇。
a.欠補(bǔ)償：指運(yùn)行中線圈電感電流IL小于系統(tǒng)電容電流IC的運(yùn)行方式。
b.過補(bǔ)償：指運(yùn)行中電容電流IC小于電感電流IL的運(yùn)行方式。
c.全補(bǔ)償：指運(yùn)行中電容電流IC等于電感電流IL的運(yùn)行方式
欠補(bǔ)償和全補(bǔ)償易發(fā)生串聯(lián)諧振，產(chǎn)生很高的諧振過電壓，使變壓器中性點(diǎn)對(duì)地電壓嚴(yán)重升高，可能使設(shè)備絕緣損壞，因此通常會(huì)采用過補(bǔ)償方式。
三、消弧線圈容量確定
消弧線圈的容量應(yīng)主要根據(jù)系統(tǒng)單相接地故障時(shí)電容電流的大小來確定，并應(yīng)留有一定的裕度，以適應(yīng)系統(tǒng)今后的發(fā)展和滿足設(shè)備裕度的要求。消弧線圈的容量可按下式確定：
Q=1.35 IC×Un /√3
式中：Q-消弧線圈的容量，KVA; Un―額定電壓，KV; Ic―對(duì)地電容電流，A。
四、接地變壓器的選擇
4.1 Z型變壓器
接地變壓器的作用是在系統(tǒng)為△型接線或Y型接線中性點(diǎn)無法引出時(shí)，引出中性點(diǎn)用于加接消弧線圈，該變壓器采用Z型接線(或稱曲折型接線)，與普通變壓器的區(qū)別是每相線圈分別繞在兩個(gè)磁柱上，零序磁通可沿磁柱流通，而普通變壓器的零序磁通是沿著漏磁磁路流通，所以Z型接地變壓器的零序阻抗很小(10Ω左右)。當(dāng)用普通變壓器帶消弧線圈時(shí)，其容量不得超過變壓器容量的20%，而Z型變壓器則可帶95%左右容量的消弧線圈，可見，Z型接線的變壓器作為接地變壓器是較好的選擇。
4.2 容量選擇
接地變壓器的容量應(yīng)與消弧線圈的容量相配合。當(dāng)接地變壓器只帶消弧線圈且無二次負(fù)載時(shí)，接地變的容量與消弧線圈的容量取相同值;當(dāng)接地變兼做變壓器使用時(shí)，其容量應(yīng)大于消弧線圈的容量，具體根據(jù)接地變的二次側(cè)容量定。
五、自動(dòng)調(diào)諧裝置
消弧線圈的補(bǔ)償效果與其脫諧度有很大關(guān)系。由于單相接地電容電流因?yàn)楣收宵c(diǎn)的不同會(huì)發(fā)生變化，因此消弧線圈的補(bǔ)償電流不定，所以在很多場(chǎng)合實(shí)現(xiàn)消弧線圈的自動(dòng)調(diào)諧非常有必要。
目前自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償裝置分為兩種模式：隨動(dòng)式補(bǔ)償系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)。按改變電感方法的不同，自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈分為三類：調(diào)諧式、調(diào)氣式以及直流偏磁式。
六、結(jié)語
城市的供電網(wǎng)路的發(fā)展，電纜線路增多，系統(tǒng)過電壓事故發(fā)生比較頻繁，且危害性較大，容易造成大面積的停電。采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈的接地方式，根據(jù)接地電容電流的大小，確定消弧線圈及接地變壓器的容量和自動(dòng)調(diào)諧器的種類，減少事故頻率，保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。
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