【摘 要】随着城市化进程，城网建设不断扩建和延伸，10kv系统单相对地电容电流大幅增加，中性点采用消弧线圈成为必需，本文简要介绍了消弧线圈容量的计算及国内几种常见的结构型式。
　　【关键词】电容电流；消弧线圈
　　urban network substation petersen coil selection
　　wu cheng-jun
　　（shaanxi electric power engineering consulting co.， ltd. source xi'an shanxi 710032）
　　【abstract】with the urbanization process， urban construction has been continuously expanded and extended， 10kv system capacitive current single relatively substantial increase in the neutral point using the arc suppression coil become necessary， the paper briefly describes the arc suppression coil capacity calculation and domestic several common structure type.
　　【key words】capacitive current；petersen coil
　　1. 概述
　　随着城市化进程，城市中新建的110/10kv终端变电所数量也在不断的增加，变电所为节约土地一般均采用全户内式布置，变电所一般装设2～3台主变压器，单台主变容量多为20000～50000kva，为控制10kv侧母线短路水平，主变低压侧多采用分裂运行；10kv出线采用电缆，变电所投运时出线回路较少，远期出线回路多在30回左右，根据规定10kv电网必须采用具有自动跟踪功能的消弧线圈接地。wWW.11665.cOm
　　2. 城网变电所对消弧线圈的要求
　　2.1 按《城市中低压配电网建设与改造的技术原则》要求，城市10kv配网均采用中性点经消弧线圈接地。
　　2.2 对于新建城网变电所要求采用的消弧装置具有以下基本功能要求：
　　（1） 要求装置能实时、准确地测量电网电容电流。
　　（2） 在此前提下装置能自动进行设定（或称为预补偿），此时消弧线圈已经处于最佳补偿状态，决定最佳补偿状态的三个基本要素为：中性点位移电压，故障点残流和脱谐度。
　　3. 消弧线圈接地系统的分析
　　图1
　　3.1 首先我们先对中性点经消弧线圈接地的系统进行简单的分析：
　　图1所示为一个简单的中性点经消弧线圈接地的电路图，我们以c相接地为例对该系统进行分析。
　　短路前短路点k对地电位为ec，短路后k点对地电位为零，因此k点对地短路后的电位可以看作是两个电位的叠加，即短路前正常时的ec与-ec之和，二者之和为零。当发生单相接地时，可以看作是a、b、c三相对地电容ca、cb、cc与消弧线圈l并联在电源-ec上，根据电路原理有：
　　ijd=-ec[jω（ca+cb+cc）- j1/ωl]
　　可见此时若令：
　　ωl=1/ω（ca+cb+cc） （1）
　　则接地电流ijd将减小到零，即接地电容电流将全部被消弧线圈的电感电流所补偿，达到使接地电弧自熄灭的目的。
　　3.2 将电感l值按（1）式选取虽然对熄灭接地电弧最为有利，但在正常运行时却可能使电网的中性点出现很高的电位，这是因为：正常运行时电网的三相对地电容不能保证完全对称即ca≠cb≠cc，因此中性点上有电位u0（零序电压），因此由电路第一定理有：
　　ica+icb+icc+il=0
　　因为：ica= jωcaua= jωca（ea+u0）
　　icb= jωcbub= jωcb（eb+u0）
　　icc= jωccuc= jωcc（ec+u0）
　　il=u0/jωl
　　故有：jω（ca ea+cb eb+ cc ec）+ u0（jωca+jωcb+jωcc-j1/ωl）=0
　　于是可得：
　　u0=- jω（ca ea+cb eb+ cc ec）/[jω（ca+ cb+ cc）-j1/ωl] （2）
　　3.3 通常ea+ eb+ ec=0但因为ca≠cb≠cc故上式中分子将不等于零，当l值按（1）式选取时，上式中分母将为零，于是中性点电位u0将趋于无穷大，将在中性点上产生极高的谐振电压，这是不被允许的，因此规程规定：对于消弧线圈接地系统，在正常运行情况下，中性点的长时间电压位移不应超过系统标称相电压的15%，为满足这一要求需将l值选择得与完全谐调有差别，其差别程度用脱谐度来表示：
　　脱谐度υ=[ω（ca +cb + cc）-1/ωl]/ ω（ca +cb + cc） （3）
　　当脱谐度υ=0时会引起很大的u0
　　3.4 当脱谐度υ≠0时则单相接地电流将不能被完全补偿，υ越大则接地电流ijd将越大，因此υ值应照顾到两方面：
　　3.4.1 在电网正常运行时使中性点长时间位移电压小于系统标称电压的15%。 <

br>　　3.4.2 在系统发生单相接地故障时需使接地故障电流应尽可能小，以保证故障点接地电弧迅速自熄。
　　3.5 要是l值错开（1）式有以下两种情况：
　　（1）使l值小一些（即电感电流大于电容电流）由（3）式可知此时υ值为负，此时称做过补偿。 （2）使l值大一些（即电感电流大于电容电流）由（3）式可知此时υ值为正，此时称做欠补偿。
　　3.6 一般消弧线圈均采用过补偿的运行方式，脱谐度不超过10%，并应对电网的各种运行方式进行验算，以免发生谐振现象造成设备的损坏。
　　4. 国内自动跟踪补偿消弧线圈的现状
　　4.1 理想的消弧线圈在电网正常运行时电抗值应很大，相当于中性点不接地系统。在系统发生单相接地故障时，消弧线圈应在很短的时间内调节其电感值使接地点的残流为零。
　　4.2 按以上要求国内多家电气设备制造厂开发出多种自动跟踪补偿消弧装置。依据消弧线圈调节方法的不同，可以将其大体分为以下几种：
　　（1）自动调匝式。
　　调匝式消弧线圈，配有载分接开关，通过微机实时测量电网的补偿脱谐度，自动调节消弧线圈的分接头，使系统始终运行在设定的脱谐度范围内，由于分接开关的限制其档位一般为9～15档，每档电流不超过5a，最小补偿电流与最大补偿电流之比一般为1：2，不超过1：4。其零序回路一般需串接阻尼电阻，以满足在电网正常运行时中性点位移电压不超过15%的相电压。
　　（2）调气隙式。
　　通过调节磁路中的气隙长度改变磁阻实现调节电感的目的，特点是可实现电感的无级连续可调，调节范围宽，可在额定电流的20～120%内变化（既最小补偿电流与最大补偿电流之比可做到1：6），满足电网建设初期与末期的使用而不必更换的要求。为满足中性点电压要求，其零序回路亦须串接阻尼电阻。
　　（3）调励磁式。
　　通过施加直流励磁电流，改变铁芯磁阻从而达到改变消弧线圈电感的目的，其特点是实现电感电流的无级连续可调，调节速度快（约20ms），最小补偿电流与最大补偿电流之比可以做到1：3.5～4，采用全静态结构，内部无运动部件、无触点因此设备维护工作量小。因其调节速度快，在电网正常运行时消弧线圈可工作在远离谐振点的位置，避免产生谐振电压，待出现单相接地后瞬间调整实施补偿。
　　（4） 调电容式。
　　调容式消弧线圈是通过多组电容器经多组开关（采用可控硅），在消弧线圈低压侧切换接入不同的电容补偿，以达到调感的目的。优点是调节档数多，可做到32档，调节范围大，适用于大电流补偿系统。
　　5. 城网变电所消弧线圈的选择
　　5.1 消弧线圈容量的计算。
　　新建变电所，往往出线长度不落实，只有根据现有条件对电网的单相接地电容电流ic进行估算，再根据单相接地电容电流值按（4）式对消弧线圈容量进行计算：
　　w=1.35ic×un/3 （4）
　　式中：w——消弧线圈容量（kva）
　　ic——单相接地电容电流（a）
　　un——系统标称电压（kv）
　　电缆出线的对地电容电流的计算：电缆的对地电容主要取决于电缆的截面与长度，其数值可查阅相应的产品样本。
　　例：某110/10kv终端变电所10kv单母线接线，配电网均采用yjv22-8.7/15kv 3×120mm2 电缆构成，出线电缆总长40km，母线接一台消弧线圈，求该系统电容电流值及所需消弧线圈补偿容量。
　　题解：已知电缆型号yjv22-8.7/15kv 3×120mm2
　　l =40km
　　查电力设备手册电气一次部分（西北电力设计院编）p2078页有：
　　δ=120mm2 c0=0.26μf/km
　　变电所总出线电缆电容：
　　c=c0×l=0.26×40=10.4μf
　　电缆单相接地电容电流：
　　i'c=3ueωc×10-3 （电力工程电气设计手册） p80页（3-1）
　　=3×10×2π×50×10.4×10-3
　　=56.6a
　　考虑变电所增加的电容电流则系统总的电容电流为：
　　i c=1.16 i'c=1.16×56.6=65.7a
　　消弧线圈补偿容量：
　　w=1.35ic×un/3
　　=1.35×65.7×10/3
　　=512.1（kva）
　　5.2 消弧线圈型式的选择。
　　（1）城网终端变电所多为110/10kv降压变电所，变压器采用yn，d11接线，10kv侧中性点未引出，要采用中性点经消弧线圈接地须设置专用接地变压器（要求零序阻抗低，空载阻抗高、损失小，一般采用曲折型接法的变压器，所用电负

荷可从接地变压器二次侧引接），因城网变多为全户内布置，需设置专用接地变及消弧线圈室。
　　（2）采用调匝式及调气隙式的消弧线圈制造厂均采用接地变与消弧线圈分开安装方式，设备占地面积较大，接地变压器二次侧容量根据所用负荷进行配置。调励磁式消弧线圈采用一体式结构，无阻尼装置，安装方便占地面积小，不提供所用负荷，需另配所用变压器。
　　（3）调匝式消弧线圈通过分接开关调节消弧线圈的匝数，达到改变电感的目的，该方法机械结构简单，不产生非线性谐波，补偿电流分档，可使脱谐度运行在一个范围内，可满足运行要求。
　　（4）补偿电流的调节范围来看，调气隙式消弧线圈调节范围最大，上下限电流比可以达到1：6，比较适应电网发展变化较快的要求，调匝式与调励磁式的最大调节范围均为1：4。
　　5.3 除消弧线圈本身外，装置的自动跟踪系统相当重要，其基本原理有下列三种：
　　（1） 通过中性点位移电压与脱谐度之间的关系来跟踪调整消弧线圈的电感。
　　（2） 通过信号注入法在线测电容电流。
　　（3） 通过消弧线圈的电感变化引起中性点位移电压变化来测系统电容电流。
　　具体采用何种方式，可参阅各个制造厂的产品说明。
　　6. 小结
　　总之消弧线圈的选择是一个系统工作，必须依靠系统的电容电流来选择其容量，否则设备无法运行；根据具体工程情况选择设备结构与布置型式。
　　[文章编号]1006-7619（2013）05-31-461
　　[作者简介] 伍成军 （1970.6.8-） ，男， 职称：电气工程师，长期从电力工程电气专业设计工作。