接地变及消弧线圈要点.pdf
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1、变电所设计中接地变、消弧线圈及自动补偿装置原理和 选择 北极星电力网技术频道作者 : 2009-7-1 13:12:49 (阅 2967 次) 所属频道 : 电网关键词 : 消弧线圈 中性点不接地 摘要:本文分析了10kV 中性点不接地系统的特点,以及系统 对地电容电流超标的危害, 给出了电容电流的计算方法, 对传统消弧 线圈接地系统在运行中存在的问题进行了简要分析,重点阐述了自动 跟踪消弧线圈成套装置的工作原理和性能特点,以及有关技术参数的 选择和配置。 1、问题提出 随着城市建设发展的需要和供电负荷的增加,许多地方正在城区 建设 110/10kV 终端变电所,一次侧采用电压110kV 进线
2、,随着城网 改造中杆线下地,城区10kV 出线绝大多数为架空电缆出线,10kV 配电网络中单相接地电容电流将急剧增加,根据国家原电力工业部 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合规定,366KV 系统的 单相接地故障电容电流超过10A 时,应采用消弧线圈接地方式。一 般的 110/10kV 变电所,其变压器低压侧为接线,系统低压侧无中 性点引出,因此,在变电所设计中要考虑10kV 接地变、消弧线圈和 自动补偿装置的设置。 2、10kV 中性点不接地系统的特点 选择电网中性点接地方式是一个要考虑许多因素的问题,它与电 压等级、单相接地短路电流数值、过电压水平、保护配置等有关。并 直接影响电网的绝缘水
3、平、 系统供电的可靠性和连续性、 主变压器和 发电机的安全运行以及对通信线路的干扰。10kV 中性点不接地系统 (小电流接地系统 )具有如下特点:当一相发生金属性接地故障时,接 地相对地电位为零,其它两相对地电位比接地前升高3 倍,一般情 况下,当发生单相金属性接地故障时,流过故障点的短路电流仅为全 部线路接地电容电流之和其值并不大,发出接地信号, 值班人员一般 在 2 小时内选择和排除接地故障,保证连续不间断供电。 3、系统对地电容电流超标的危害 实践表明中性点不接地系统(小电流接地系统 )也存在许多问题, 随着电缆出线增多, 10kV 配电网络中单相接地电容电流将急剧增加, 当系统电容电流
4、大于10A 后,将带来一系列危害,具体表现如下: (1)当发生间歇弧光接地时,可能引起高达3.5 倍相电压 (见参 考文献 1)的弧光过电压,引起多处绝缘薄弱的地方放电击穿和设备瞬 间损坏,使小电流供电系统的可靠性这一优点大受影响。 (2)配电网的铁磁谐振过电压现象比较普遍,时常发生电压互 感器烧毁事故和熔断器的频繁熔断,严重威胁着配电网的安全可靠 性。 (3)当有人误触带电部位时,由于受到大电流的烧灼,加重了 对触电人员的伤害,甚至伤亡。 (4)当配电网发生单相接地时,电弧不能自灭,很可能破坏周 围的绝缘,发展成相间短路,造成停电或损坏设备的事故;因小动物 造成单相接地而引起相间故障致使停电
5、的事故也时有发生。 (5)配电网对地电容电流增大后,对架空线路来说,树线矛盾 比较突出,尤其是雷雨季节, 因单相接地引起的短路跳闸事故占很大 比例。 4、单相接地电容电流的计算 4.1 空载电缆电容电流的计算方法有以下两种: (1)根据单相对地电容,计算电容电流(见参考文献 2): 式中: UP 电网线电压 (kV) C 单相对地电容 (F) 一般电缆单位电容为200-400 pF/m左右(可查电缆厂家样本)。 (2) 根据经验公式,计算电容电流(见参考文献 3): Ic=0.1 UP L (4-2) 式中: UP电网线电压 (kV) L 电缆长度 (km) 4.2 架空线电容电流的计算有以下
6、两种: (1)根据单相对地电容,计算电容电流(见参考文献 2): 式中: UP电网线电压 (kV) C 单相对地电容 (F) 一般架空线单位电容为5-6 pF/m。 (2)根据经验公式,计算电容电流(见参考文献 3): Ic= (2.73.3)UP L 10-3 (4-4) 式中: UP电网线电压 (kV) L 架空线长度 (km) 2.7系数,适用于无架空地线的线路 3.3系数,适用于有架空地线的线路 同杆双回架空线电容电流(见参考文献 3) :Ic2=(1.31.6)Ic (1.3-对应 10KV 线路,1.6-对应 35KV 线路, Ic-单回线路电容电流) 4.3 变电所增加电容电流的
7、计算(见参考文献 3) 表 1 通过 4-2 和 4-4 比较得出电缆线路的接地电容电流是同等长度 架空线路的 37 倍左右,所以在城区变电站中,由于电缆线路的日益 增多,配电系统的单相接地电容电流值是相当可观的,又由于接地电 流和正常时的相电压相差90 ,在接地电流过零时加在弧隙两端的电 压为最大值, 造成故障点的电弧不易熄灭,常常形成熄灭和重燃交替 的间隙性和稳定性电弧, 间隙性弧光接地能导致危险的过电压,而稳 定性弧光接地会发展成相间短路,危及电网的安全运行。 5、传统消弧线圈存在的问题 当 366KV 系统的单相接地故障电容电流超过10A 时,应采 用消弧线圈接地方式,通过计算电网当前
8、脱谐度( = (IL - IC)/IC 100%)与设定值的比较,决定是否调节消弧圈的分接头,过 去选用的传统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,具体表现如下: (1)由于传统消弧线圈没有自动测量系统,不能实时测量电网 对地电容电流和位移电压, 当电网运行方式或电网参数变化后靠人工 估算电容电流, 误差很大,不能及时有效地控制残流和抑制弧光过电 压,不易达到最佳补偿。 (2)传统消弧线圈按电压等级的不同、电网对地电容电流大小 的不同,采用的调节级数也不同,一般分五级或九级,级数少、级差 电流大,补偿精度很低。 (3)调谐需要停电、退出消弧线圈,失去了消弧补偿的连续性, 响
9、应速度太慢,隐患较大, 只能适应正常线路的投切。如果遇到系统 异常或事故情况下, 如系统故障低周低压减载切除线路等,来不及进 行调整,易造成失控。若此时正碰上电网单相接地,残流大,正需要 补偿而跟不上,容易产生过电压而损坏电力系统绝缘薄弱的电器设 备,引起事故扩大、雪上加霜。 (4)由于消弧线圈抑制过电压的效果与脱谐度大小相关,实践 表明:只有脱谐度不超过 5%时,才能把过电压的水平限制在2.6倍 的相电压以下 (见参考文献 1),传统消弧线圈则很难做到这一点。 (5)运行中的消弧线圈不少容量不足,只能长期在欠补偿下运 行。传统消弧线圈大多数没有阻尼电阻,其与电网对地电容构成串联 谐振回路,欠
10、补偿时遇电网断线故障易进入全补偿状态(即电压谐振 状态),这种过电压对电力系统绝缘所表现的危害性比由电弧接地过 电压所产生的危害更大。既要控制残流量小,易于熄弧;又要控制脱 谐度保证位移电压( U0=0.8U/d2+2 (见参考文献 3)不超标,这对 矛盾很难解决。鉴于上述因素,只好采用过补偿方式运行,补偿方式 不灵活,脱谐度一般达到15%25%,甚至更大,这样消弧线圈抑制 弧光过电压效果很差,几乎与不装消弧线圈一样。 (6)单相接地时,由于补偿方式、残流大小不明确,用于选择 接地回路的微机选线装置更加难以工作。此时不能根据残流大小和方 向或采用及时改变补偿方式或调档变更残流的方法来准确选线。
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