Ｎｏ．５ ２０１２ 华北电力技术 ＮＯＲＴＨ ＣＨＩＮＡ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＰＯＷＥＲ ２５ 消弧线圈现场安装配置分析与应用研究 赵祝伟 ，裴凌云 ，孙志明 ，孟 忠 （１．内蒙古赤峰市松山区农电局，内蒙古赤峰０２４０００ ２．廊坊供电公司，河北廊坊０６５００１） 摘 要：通过对某单相接地故障及其周围农网现状分析，提出了电网发生单相接地时，产生对地容性电流补 偿方式的优化与消弧线圈的配置方案，解决了现场消弧线圈选型及运行中存在的问题。 关键词：消耗线圈；补偿容量；配置；分析 中图分类号：ＴＭ４７５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００３—９１７１（２０１２）０５．００２５－０４ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｒｃ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｃｏｉｌ Ｏｎ－ｓｉｔｅ Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃ０ｎｆｉｇｕｒａｔｉ０ｎ Ｚｈａｏ Ｚｈｕ—ｗｅｉ ，Ｐｅｉ Ｌｉｎｇ—ｙｕｎ ，Ｓｕｎ Ｚｈｉ．ｒｕｉｎｇ ，Ｍｅｎｇ Ｚｈｏｎｇ （１．Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ Ｃｈｉｆｅｎｇ Ｓｏｎｇｓｈａｎ Ｒｕｒａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｂｕｒｅａｕ，Ｃｈｉｆｅｎｇ ０２４０００，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｌａｎｇｆａｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｌａｎｇｆａｎｇ ０６５００ １，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ａ ｓｉｎｇｌｅ ｐｈａｓｅ ｔｏ ｇｒｏｕｎｄ ｆａｕｌｔ ａｎｄ ｉｔｓ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｔａｔｕｓ ｑｕｏ，ｉｔ ｐｒｏ— ｐｏｓｅｄ ｔｈｅ ｐｒｏｇｒａｍｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｒｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｗｈｅｎ ｓｉｎｇｌｅ ｐｈａｓｅ ｇｒｏｕｎｄｓ ｉｎ ｎｅｔｗｏｒｋ，ｔｈｅ ｓｉｔｅ ａｒｃ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｃｏｉｌ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｒｅ ｓｏｌｖｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｃｏｉｌ；ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ；ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ；ａｎａｌｙｓｉｓ １ 事故经过 某变电站发生６６ ｋＶ系统单相接地故障，站 内运行的消弧线圈箱体内部发出“咣咣”的敲击 ２事故原因 （１）运行中消弧线圈的现状分析 （ａ）由于运行中的消弧线圈不具备自动测 量系统，不能够实时测量电网对地电容电流以及 产生的位移电压，当电网运行方式发生改变或由 声。运行人员判断，消弧线圈内部可能有了严重 的故障。迅速将现场情况汇报给当值调度。由 于现场消弧线圈是通过一组单相隔离刀闸与主 变压器中性点套管连接，主变压器一次侧采用熔 于电网运行参数改变，仅仅依靠估算的方式求得 电容电流，这样就会产生很大的误差，不能及时 丝保护。当值调度下令将变电站总进线断路器 跳开，将异常运行的消弧线圈退出运行，同时造 成本变电站６６ ｋＶ母线失压，３条６６ ｋＶ线路与３ 有效抑制弧光过电压的产生，无法达到最佳的补 偿要求。 （ｂ）由于运行中的消弧线圈采用的是无载 条１０ ｋＶ线路所带负荷全停。 事故发生后，对消弧线圈进行解体检查，发 现消弧线圈内部分接开关处固定螺栓多处脱落， 铁心有明显变形，铁心上下２根穿心螺栓有严重 放电痕迹。油化验结果：总烃含量严重超标，达 到４６７×１０～，高出标准１５０×１０ 两倍多。乙炔 调节级数的方式，共分为九级，致使补偿精度低。 （２）消弧线圈补偿容量不能满足现场补偿 要求，主要原因为当３—６６ ｋＶ系统的单相接地故 障容性电流超过１０ Ａ时，应采用消弧线圈接地方 式，通过计算电网当前脱谐度（８＝（， ，一， ）／， ・１００％）与设定值的比较，决定是否调节消弧圈 含量严重超标达到９３×１０～，达到标准值５× １０ 的１８．６倍 的分接头，现场运行的消弧线圈必须停电调节档 位，在运行中暴露出许多问题和隐患。 （３）在国家政策的支持下，近几年的电网建 ２６ 华北电力技术 ＮＯＲＴＨ ＣＨＩＮＡ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＰＯＷＥＲ 设速度非常快，电网框架结构已经发生很大变 化，但消弧线圈的补偿容量和配置方式没有做出 相应调整。 的数值相关，实践表明：只有脱谐度不超过±５％ 时，才能把过电压水平限制在２．６倍的相电压以 下¨ 。此２．６倍过电压致使实际容性电流计算 数值还会增大１．５（２．６／１．７３２）倍，因此，实际容 性电流值在系统最大允许方式下可能达到 １８７．６８ Ａ，满足过补偿系数１．３５倍要求，消弧线 圈所需容量为： Ｐ１ ＝１．３５×，容×ＵＮ＝１．３５×１８７．６８×３８ ：９ ６２７．９８４ ｋＶＡ ３数据计算及分析 ３．１容性电流计算 假设６６ ｋＶ系统ｕ相发生金属性接地，系统简 图为图１所示，接地点电流数值按公式（１）计算。 ＩＪ Ｖ Ｗ １ ：消弧线圈额定电压值，数值取系统相电压值。 （１）此计算结果不考虑发生单相接地时，以 ＿Ｌ，－ｊ＿， ，一 图１ 系统简图 Ｉ：Ｉ１＋１２＝（ｊ ｖＵ（ｊｌ＋ ： 大地作为回路时土壤电阻率的影响，此土壤电阻 起到抑制容性电流的作用。 （２）忽略变电站中全部６６ ｋＶ变电设备对容 性电流的影响，此影响是增加容性电流。 消弧线圈的现场安装形式决定了脱谐度不 ｉＹｌ 超过－４－５％的要求，实际的脱谐度可能会达到 １５％～２５％，甚至更大。这样就造成消弧线圈抑 （ 一一 ＋ 一 ） ：３ ＝√３ ｕ Ｆ１ （１） 制弧光过电压效果非常差，甚至失去抑制过电压 的功能，几乎与不装消弧线圈没有多大区别。致 ＝一０．３２×２ 式中：ｙ为单根导线对地电纳，为２．８×１０ Ｓ／ ｋｍ，线路线电压６６ ｋＶ，负号表示电流方向。 注：公式是假设发生金属性接地时不产生弧 使在接地处出现持续的弧光过电压，此过电压的 数值甚至可以达到额定相电压的３．５倍，造成设 备绝缘击穿。如果按照３．５倍过电压计算，那么 补偿容量还需再乘以系数１．３５（１．３５倍系数为 单相接地时产生３．５倍过电压与前述２．６倍过电 压的比值），计算所需消弧线圈容量为： Ｐ ：１．３５×９ ６２７．９８４＝１２ ９９７．７７８４ ｋＶＡ 光过电压的容性电流计算数值。 根据式（１），得到的计算结果见表１。 ３．２消弧线圈实际容量计算 由于消弧线圈抑制过电压的效果与脱谐度 表１ 发生单相接地时，线路对地容性电流数值 变电站 断开点位置 线路计算 长度／ｋｍ 安庆沟 容性电流 容性电流 数值／Ａ 合计／Ａ 全补偿时消弧线圈 容量／ｋＶＡ 红河线７ｌ４开关、兴安线６１３刀闸 元安线１３２开关 元红线１４２４开关、元平乙线７３９开关、 城元线７８３４开关、元安线１ ３２开关、 元宝山 西部变８７１７开关、元热电母联６９５０开关、 元二甲线１３８开关、元二乙线１２８开关、 元矿变９３１４刀闸、老公营变８５１３开关 西部变８７ｌ７开关、元热电母联６９５０开关、 一一 元二甲线１３８开关、元二乙线１２８开关、 元矿变９３１４刀闸、老公营变８５ｌ３开关、 兴安线６１３刀闸 兀一 注：（１）元二甲线与元二乙线导线为复合芯软铝导线共８．８ ｋｉｎ，忽略其与钢芯铝绞线的差异。（２）此计算结果为系统最大运行方 式，即线路全部带电情况的计算数值。 华北电力技术 ＮＯＲＴＨ ＣＨＩＮＡ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＰＯＷＥＲ ２７ ３．３ 小结 弧线圈工作在全补偿状态，造成系统谐振。容性 电流测试工作应定期开展，测试方法可采用外加 电容法，简便有效，适合现场应用。 ５．２重视消弧线圈的选型问题 通过以上分析得出结论，由于６６ ｋＶ系统新 建与扩建，大大增加了容性对地电流。而６６ ｋＶ 系统中的消弧线圈并未增加相应的补偿容量，使 补偿状态处于欠补偿状态，无法实现补偿发生单 相接地时对地容性电流的要求，当系统发生单相 接地后，由于某些线路跳闸等原因，很可能使原 有的欠补偿状态向全补偿状态过渡。当消弧线 圈临近全补偿状态，致使消弧线圈产生过电流， 此过电流的大小会达到消弧线圈的十几倍甚至 几十倍，如此大的过电流，非常容易造成消弧线 圈内部发热剧烈，绕组间产生过大的电动力，产 生内部放电与绝缘击穿，致使消弧线圈烧毁，甚 至爆炸。 ４ 电网建设的快速发展，对消弧线圈提出 新要求 （１）具有合理补偿能力与精确调谐精度，最 好具有自动补偿功能。中性点经消弧线圈接地 的电网，在正常情况下，长时间中性点位移电压 不应超过额定相电压的１５％，脱谐度一般不大于 ｌ０％。 （２）按照电网容性电流确定补偿总容量。 容性接地电流应包括有电气连接的所有架空线 路、电缆线路的电容电流，并计及母线和电器的 影响。该电容电流应取最大运行方式下的电流。 计算电网的电容电流时，还应考虑电网５～１０年 的发展。 （３）考虑消弧线圈的安装地点的影响，建议 按下列原则具体实施： （ａ）在任何运行方式下，大部分电网不得失 去消弧线圈的补偿。不应将多台消弧线圈安装 在一处，并应避免电网仅安装一台消弧线圈。 （ｂ）安装在Ｙ／Ａ接线双绕组变压器的中性 点上消弧线圈的单台容量，不应超过变压器容量 的５０％。 ５采取的措施 ５．１ 加强消弧线圈的管理工作 消弧线圈的分接头调整不能仅仅依据理论 计算值，应根据实测电容电流值来调整。否则， 由于计算误差大，造成消弧线圈发挥不出应有的 作用，形同虚设。更为严重的是，可能会造成消 根据国家电网公司标准《１０ ｋＶ～６６ ｋＶ消弧 线圈装置技术标准》中的要求： 消弧线圈最佳型式是采用快速动作消弧线 圈作为接地设备，使得系统能在瞬时性单相接地 故障时自动恢复正常，对非瞬时性单相接地故 障，在消弧线圈补偿的同时能在很短的时间内正 确判断接地线路，将故障线路切除，从而提高电 网的供电可靠性。 现运行的消弧线圈为无载调压装置，无法实 现在运行情况下进行线路电容电流的自动跟踪 补偿，同时，也很难实现脱谐度小于１０％。据相 关资料统计分析，采用现有的无载调压消弧线 圈，当系统发生单相接地故障后，发展成两相甚 至三相相问短路的事故发生率不低于２０％，甚至 可以达到４０％，比具有自动跟踪补偿功能的电网 要高出３倍以上。因此，新安装的消弧线圈应采 用具有自动跟踪补偿的功能。 目前，自动补偿功能消弧线圈有４大类 （１）用有载分接开关调节消弧线圈分接头； （２）调节消弧线圈的铁心气隙； （３）直流助磁调节； （４）可控硅调节消弧线圈。 第（１）与第（２）类有正式产品，其中用有载分 接开关调节的消弧线圈运行台数较多，技术较为 成熟，应优先选用。 ５，３对现场的消弧线圈配置进行优化 根据消弧线圈“全面规划、合理布局、分级补 偿、就地平衡”的补偿配置原则。同时单台消弧 线圈容量一般不超过主变容量的三分之一，最高 不能高于主变容量的５０％（双绕组变压器要求）。 因为如果增加本站消弧线圈容量，当系统发生单 相接地时，会造成变电站中运行变压器中性点严 重偏移，致使变压器非接地相的相电压升高，极 易造成变压器损坏。因此，建议现场按照“表１” 中的线路断开点地理区域进行容性电流划分，按 照消弧线圈脱谐度不超过±５％时过电压数值在 ２．６倍相电压范围内计算，同时考虑电网５～１０ 年的发展规划，消弧线圈配置方案见表２。 ２８ 华北电力技术 ＮＯＲＴＨ ＣＨＩＮＡ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＰＯＷＥＲ 表２消弧线圈配置方案 速增长，导致系统发生单相接地时产生的电容电 流剧增。同时，单相接地故障引发的电网事故有 逐年增加的趋势。农网建设要在设备选型、配 置、安装及优化等方面加大管理，加强电网新技 术的应用与研究，为建设坚强智能农村电网做出 贡献 注：如“元宝山变”与“元二变”内变压器容量不能满足消弧 线圈安装容量的全部要求，可在相邻下级变电站中安装 消弧线圈，进行相应容量补充。 参考文献 ［１］李福寿．消弧线圈自动调谐原理［Ｍ］．上海：上海交通 大学出版社，１９９３． ［２］陆国庆，姜新宇，欧阳旭东，等．高短路阻抗变压器式 自动快速消弧系统——配电网中性点新型接地方式的实 现［Ｊ］．电网技术，２０００（７）． ５．４装设阻尼电阻 在消弧线圈一次回路中串联电阻，中性点产 生的位移电压可以限制在小于１５％相电压的要 求。当消弧线圈装设有阻尼电阻，就成为阻尼电 阻与消弧线圈的电感串联后再与系统对地电容 进行并联，根据并联电路谐振分析可得式（２）。 １ （￡，＝—— ［３］姜新字，陆国庆，周良才．对消弧线圈若干问题的探讨 ［Ｊ］．电力设备，２０００（１）． ［４］张山，杨玉昆，潘华东，等．ＫＤ—ｘＨ型智能化快速消弧 系统应用效果分析［Ｊ］．高电压技术，２００１（８）． ［５］ＤＬ／Ｔ ６２１—１９９７，交流装置的接地［ｓ］． ［６］１０ ｋＶ～６６ ｋＶ电压互感器消弧线圈装置技术标准 ＬＣ √ 一＾√ ＴＣＲ２∞ （２） 显然，只有当１一 ＞０，即 ＜√吉时， 才是实数，所以Ｒ＞√专时，电路不会发生谐振。 因此，选择了合适的阻尼电阻，就可以保证当系 统发生接地时，系统参数不会发生谐振。阻尼电 阻的阻值可以按照消弧线圈阻抗值的２％～１０％ 进行配置即可。 ［ｓ］．国家电网公司标准． ［７］注册电气工程师执业资格考试专业指导书 发输变 电专业［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２００７． ［８］邱关源．电路（第五版）［Ｍ］．北京：高等教育出版社， ２００６． ［９］何仰赞，温增银．电力系统分析［Ｍ］．武汉：华中科技 大学出版社，２００２． 收稿日期：２０１１．１２．１４ 作者简介：赵祝伟（１９７３～），男。工程师，从事送变电技术管理与 ６ 结语 随着农村电网的快速发展，农电负荷出现快 业毫 坐夸妊 窖 — 船窜 ‘窖业壹妊 毫 毫 船 § 姑 夸 业 安全管理工作。 （本文编辑刘生仁） ｌ｝妇坐业 业 ￥照，毫；｝妇 船 ；｝业 坐船 § 专 窜 逝坐 ・电力科技信息・ 海南全省年内新增至少５Ｏ Ｍｗ屋顶光伏电站 海南省太阳能光伏发电项目建设正加速推进，预计年内将新增５０ ＭＷ屋顶光伏电站。除了２０１１年临高县２０ ＭＷ 光伏并网示范＿『＿＝＝程实现并网发电外，目前屋顶光伏电站也逐步在海口综合保税区、海南生态软件园等工业园区建设并 实现应用，已完成１０ Ｍｗ屋顶光伏电站的建设。 在海南生态软件圊一期光电建筑一体化示范工程项目建设现场，园区各建筑屋顶上已安装了成片的太阳能组件， 形成了一组组太阳能发电系统，原来闲置的２万ＩＴＩ 的建筑屋顶获得了有效利用。 海南生态软件园一期光电建筑一体化示范工程项目，全部采用用户侧并网设计，太阳能光伏系统所发电能全部供 同区企业自发自用、就地消纳。 除了海南生态软件园外，目前在海南中航特玻材料有限公司的建筑金属屋顶上建设了约８ ＷＭ的屋顶光伏电站。 这些电站的光伏组件均来自海南，实现了本地生产，当地利用，这说明海南不仅能够制造光伏组件产品，还能大规模地 利用它们进行发电，促进太阳能的利用，减少化石能源的消耗，真正实现节能减排。 目前海口高新区、海口综合保税区、老城经济开发区等工业园区正积极推广和利用太阳能，建设光伏屋顶电站，今 年内将新增至少５０ ＭＷ屋顶光伏电站，促进海南省整条光伏产业链的发展，生产更多绿色能源。 本刊编辑部供稿