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消弧線圈在城市配電網中的應用分析
【摘要】在城市3～35KV配電網中，大量的電纜得到使用，電纜的電容電流遠大于架空線路的電容電流，當發生單相接地故障時，故障點處容易出現間歇性的電弧，嚴重時會影響電力系統的安全運行。本文簡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、消弧線圈自動補償裝置的選擇。
【關鍵字】接地電容電流 容量計算 消弧線圈
引言
小電流接地系統包括不接地、消弧線圈接地和經高阻抗接地三種。當一相發生單相接地時，故障相電壓為零，非故障相電壓升高至線電壓，系統可以在故障排除之前持續工作2h。
但此時三相的對地電容電流之和不為零，故障相有很大的零序電流流過，該電流可能會在故障點處形成間歇性的電弧，并導致系統內部弧光過電壓，其幅值可達2.5～3倍相電壓，足以危及整個電網的絕緣。
一、接地電容電流
隨著城市規模的擴大以及城市市容要求的愈發嚴格，穿越市中心的3～35KV架空線路陸續變為電纜埋入地下，大量的電纜出線導致電容電流的急劇增加。
1.1電纜電容電流的計算方法有以下兩種
(1)根據單相對地電容，計算電容電流：Ic=√3×UP×ω×C×103
式中： UP━電網線電壓(kV)
C ━單相對地電容(F) 一般電纜單位電容為200-400 pF/m左右
(2) 根據經驗公式，計算電容電流： Ic=0.1×UP ×L
式中： UP━電網線電壓(kV)
L ━電纜長度(km)
1.2架空線電容電流的計算有以下兩種
(1) 根據單相對地電容，計算電容電流：Ic=√3×UP×ω×C×103
式中： UP━電網線電壓(kV)
C ━單相對地電容(F) 一般架空線單位電容為5-6 pF/m。
(2) 根據經驗公式，計算電容電流：Ic= (2.7～3.3)×UP×L×10-3
式中： UP━電網線電壓(kV)
L ━架空線長度(km)
2.7 ━系數，適用于無架空地線的線路
3.3 ━系數，適用于有架空地線的線路
從電纜以及架空線電容電流計算公式可知，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。
當接地電容電流大于30A以上時，將產生穩定的電弧，形成持續性的電弧接地;當接地電容電流大于5～10A而小于30A時，有可能產生一種不穩定的間歇性電弧，這是網絡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，為避免接地點形成穩定或間歇性的電弧，就必須減少接地電流，使電弧易于自行熄滅。為此，可在中性點處裝設消弧線圈L，在中性點位移電壓作用下產生感性電流，來補償接地點的容性電流，從而消除接地點的電弧過電壓故障。
2.2 補償方式
消弧線圈的補償方式：一般分為過補、欠補、最小殘流3種方式可供選擇。
a.欠補償：指運行中線圈電感電流IL小于系統電容電流IC的運行方式。
b.過補償：指運行中電容電流IC小于電感電流IL的運行方式。
c.全補償：指運行中電容電流IC等于電感電流IL的運行方式
欠補償和全補償易發生串聯諧振，產生很高的諧振過電壓，使變壓器中性點對地電壓嚴重升高，可能使設備絕緣損壞，因此通常會采用過補償方式。
三、消弧線圈容量確定
消弧線圈的容量應主要根據系統單相接地故障時電容電流的大小來確定，并應留有一定的裕度，以適應系統今后的發展和滿足設備裕度的要求。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為△型接線或Y型接線中性點無法引出時，引出中性點用于加接消弧線圈，該變壓器采用Z型接線(或稱曲折型接線)，與普通變壓器的區別是每相線圈分別繞在兩個磁柱上，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)。當用普通變壓器帶消弧線圈時，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與消弧線圈的容量相配合。當接地變壓器只帶消弧線圈且無二次負載時，接地變的容量與消弧線圈的容量取相同值;當接地變兼做變壓器使用時，其容量應大于消弧線圈的容量，具體根據接地變的二次側容量定。
五、自動調諧裝置
消弧線圈的補償效果與其脫諧度有很大關系。由于單相接地電容電流因為故障點的不同會發生變化，因此消弧線圈的補償電流不定，所以在很多場合實現消弧線圈的自動調諧非常有必要。
目前自動跟蹤補償裝置分為兩種模式：隨動式補償系統和動態補償系統。按改變電感方法的不同，自動調諧消弧線圈分為三類：調諧式、調氣式以及直流偏磁式。
六、結語
城市的供電網路的發展，電纜線路增多，系統過電壓事故發生比較頻繁，且危害性較大，容易造成大面積的停電。采用中性點經消弧線圈的接地方式，根據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調諧器的種類，減少事故頻率，保證系統可靠運行。
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