浅谈消弧线圈在电网中的应用
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摘要： 随着城市电网改造步伐的加快，原低压架空供电线路全部改为电缆入地供电，为长治创建全国文明城市、旅游城市作出了应有的贡献，当在美化城市的同时，供电电缆的增加，电网电容电流成倍增加，导致电网发生单相接地时发生间隙性接地，产生过电压，损坏设备，经过电力调度控制中心相关专业人员的计算论证，合理使用消弧线圈很好的解决了该问题。
Abstract： With the accelerated pace of urban power grids reform， the original low voltage overhead power lines all changed the underground cable power supply to make due contribution to creating national civilized city and tourist city for Changzhi. When embellishing city， the electric cables are increasing， capacitive current is fold increasing， which causes power grid generates intermittent grounding when single-phase ground ocurred， generating over-voltage， resulting in the damage to equipment， through the calculated demonstration of professionals of the power dispatch control center， rational use of arc suppression coil can solve the problem.
关键词： 消弧线圈；作用；讨论分析
Key words： arc suppression ring；role；discussion and analysis
中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）36-0083-02
0 引言
长治电网随着城网改造步伐的加快，城网110千伏变电站由2考虑座增加至6座，10KV开闭站发展至14座，基本实现电缆入地工程，为城市基本建设提供了良好条件，但供电电缆的增加，电网电容电流成倍增加，导致电网发生单相接地时电弧不能快速熄灭或者形成间隙性接地，产生过电压，损坏设备，造成用户停电，为避免此类事件的发生，根据电网接地方式及电弧产生的基本原理，在电网部分变电站使用了消弧线圈，为低电压设备的安全运行搭建了一道安全屏障。
1 电网中性点接地方式
电力系统的中性点是指星形连接的变压器或发电机的中性点，这些中性点的接地方式涉及系统的绝缘水平、通信方式、接地保护方式、保护整定、电压等级以及电力网结构等方面，是一个综合性的问题。我国电力系统的中性点接地方式主要有三种，即：①中性点不接地（中性点绝缘）系统；②中性点经消弧线圈接地系统；③中性点经小电阻接地系统；④中性点经直接接地系统。
其中中性点直接接地系统（包括经小电阻接地系统）发生单相接地时，接地短路电流很大，所以这种系统称为大电流接地系统，一般在110千伏及以上电压等级的系统中采用；采用中性点不接地或者经消弧线圈接地的系统，系统发生某一相单相接地时，由于不能构成短路回路，接地故障电流往往比负荷电流小的多，因此这种系统称为小电流接地系统。
2 消弧线圈的作用及优点
消弧线圈的作用是当电网发生单相接地故障后，提供一电感电流，补偿接地电容电流，使接地电流减小，也使得故障相接地电弧两端的恢复电压速度降低，达到熄灭电弧的目的。当消弧线圈正确调谐时，不仅可以有效的减少产生弧光接地过电压的机率，还可以有效的抑制过电压的辐值，同时也最大限度的减小了故障点热破坏作用及接地网的电压等。
2.1 提供电力系统供电可靠性。消弧线圈是一个具有铁心的可调电感线圈，当由于电气设备绝缘不良、外力破坏、运行人员误操作、内部过电压等任何原因引起的电网瞬间单相接地故障时，接地电流通过消弧线圈呈电感电流，与电容电流的方向相反，可以使接地处的电流变得很小或等于零，从而消除了接地处的电弧以及由此引起的各种危害，自动消除故障，不会引起继电保护和断路器动作，大大提高了电力系统的供电可靠性。
2.2 发生永久性接地故障时不间断供电。由于消弧线圈限制单相接地故障电流，虽然非故障相对地电压升高■倍，三相导线之间线电压仍然平衡，发电机可以免供不对称负荷，电力系统可以继续运行。特别是在电源紧张或停电后果严重时，有足够的时间切换至备用电源或转移负荷，避免突然中断供电对用户造成损失。
2.3 对全网电力设备有保护作用
中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时，电感电流的补偿，接地点短路电流较小，接地电弧可自动熄灭，限制了弧光过电压出现的频率和幅值，使电力系统设备避免长时间经受高电压，避免设备损坏；同时由于电弧的快速熄灭，避免绝大多数的单相接地故障发展为相间短路，电源可免供短路电流，变压器等设备可免受短路电流的冲击。
3 中性点经消弧线圈接地系统单相接地分析
中性点经消弧线圈接地系统C相接地时，电压Uc降低为零，接地点的零序电压Uo=-Uc，其它两相电压降至振荡中升高为线电压，流过接地点的接地电容电流Ic为系统正常时每相对地电容电流的3倍。
中性点经消弧线圈接地系统C相金属性接地时的原理接线图如图1（a）所示。
当C相接地时消弧线圈处于中性点电压■o下，则有一感性电流■L流过线圈，即：■L=■=—j■
式中XL——消弧线圈的电抗。
即■L滞后于■o90°，正好与■C相位相反，而且■L也必然流经故障点，两者之和的绝对值等于它们绝对值之差。总的接地电流为：
（■CB+■CA）+■L=■C+■L=j3ωC■o－j■
中性点经消弧线圈接地系统C相金属性接地时的电压、电流向量图如图1（b）。
补偿度和脱谐度可表达为：K=■=■
ν=■=■=1－K
脱谐度ν选大些可降低正常运行时中性点位移电压Uo，当选的过大，意味着单相接地时接地处的残余电流（Ic－IL）太大，使得接地点的电弧不能熄灭。适当选择消弧线圈的电抗值（合理选择消弧线圈的补偿度），亦即适当选择脱谐度ν，可使Ic与IL的数值接近，使接地点的电流变的很小或为零，电弧将自行熄灭，故障也随之消失，从而消除接地处的电弧和其产生的一切危害，同时，当电流经过零值而电弧熄灭后，消弧线圈还可以显著减小故障就相电压的恢复速度，从而减小电弧重燃的可能性。
4 消弧线圈的补偿方式
根据消弧线圈的电感电流IL对电网电容电流Ic的补偿程度，补偿电网的方式有全补偿、欠补偿及过补偿三种方式。
4.1 全补偿。全补偿是电感电流等于电容电流，即IL=IC，接地处电流为零。从消弧的角度看，全补偿十分理想，从产生过电压的角度看，却存在严重的问题，因为，正常运行时，中性点与地之间会出现一定的电压，此电压作用在消弧线圈通过大地与三相对地电容构成的串联电路中，此时XL=XC，满足谐振条件，产生谐振过电压，危及绝缘。
4.2 欠补偿。欠补偿是电感电流小于电容电流，即IL
4.3 过补偿。过补偿是电感电流大于电容电流，即IL>IC，单相接地处有感性电流流过。过补偿既能消除接地处的电弧，又不会产生谐振过电压，即使停电检修部分线路或系统频率降低，使接地电流IC=3ωCUX减少，IL>>IC，远离产生谐振的条件，故过补偿方式在电网中广泛使用。
5 消弧线圈装置在运行中操作规定
5.1 消弧线圈装置运行中从一台变压器的中性点切换到另一台时，必须先将消弧线圈断开后再切换。不得将两台变压器的中性点同时接到一台消弧线圈上。
5.2 主变压器和消弧线圈装置一起停电时，应先拉开消弧线圈的隔离开关，再停主变，送电时相反。
5.3 系统中发生单相接地时，禁止操作或手动调节该段母线上的消弧线圈，有人值守变电站应监视并记录下列数据：①接地变压器和消弧线圈运行情况。②阻尼电阻箱运行情况。③微机调谐器显示参数：电容电流、残流、脱谐度、中性点电压和电流、分接开关档位和分接开关动作次数等。④单相接地开始时间和结束时间。⑤单相接地线路及单相接地原因。⑥天气状况。
5.4 装置参数设定后应作记录，记录设定时间、设定值等，以便分析、查询。
5.5 若巡视中发现下列情况之一时，应向调度和上级主管部门汇报。①消弧线圈在最高档位运行，过补偿情况下，而此时脱谐度大于5%（说明消弧线圈总容量裕度很小或没有裕度）。②中性点位移电压大于15%相电压。③消弧线圈、阻尼电阻箱、接地变压器有异常响声。
5.6 手动调匝消弧线圈切换分接头的操作规定。①按当值调度员下达的分接头位置切换消弧线圈分接头。②切换分接头前，应确认系统中没有接地故障，再用隔离开关断开消弧线圈，装设好接地线后，才可切换分接头，并测量直流电阻。③切换分接头后，应检查消弧线圈导通情况，合格后方可将消弧线圈投入运行。
6 结论
随着社会经济的发展，工、农业生产对用电的可靠性和用电质量都提出了更高的要求。具有自动跟踪补偿功能的消弧线圈接地的接地方式目前在城市供电网中已经普遍使用。采用自动跟踪补偿的消弧线圈，可以将电容电流补偿到残流很小，使瞬时性接地故障自动消除而不影响供电。如果配有自动选线装置，对于永久性故障能正确选出故障线路并跳闸，则可不影响其他非故障线路的正常运行，则是比较合理和很有发展前景的中性点接地方式。
参考文献：
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