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消弧線(xiàn)圈在城市配電網(wǎng)中的應用分析
【摘要】在城市3～35KV配電網(wǎng)中，大量的電纜得到使用，電纜的電容電流遠大于架空線(xiàn)路的電容電流，當發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障點(diǎn)處容易出現間歇性的電弧，嚴重時(shí)會(huì )影響電力系統的安全運行。本文簡(jiǎn)單介紹了消弧線(xiàn)圈的工作原理、消弧線(xiàn)圈容量的確定方法、以及接地變壓器、消弧線(xiàn)圈自動(dòng)補償裝置的選擇。
【關(guān)鍵字】接地電容電流 容量計算 消弧線(xiàn)圈
引言
小電流接地系統包括不接地、消弧線(xiàn)圈接地和經(jīng)高阻抗接地三種。當一相發(fā)生單相接地時(shí)，故障相電壓為零，非故障相電壓升高至線(xiàn)電壓，系統可以在故障排除之前持續工作2h。
但此時(shí)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(guò)，該電流可能會(huì )在故障點(diǎn)處形成間歇性的電弧，并導致系統內部弧光過(guò)電壓，其幅值可達2.5～3倍相電壓，足以危及整個(gè)電網(wǎng)的絕緣。
一、接地電容電流
隨著(zhù)城市規模的擴大以及城市市容要求的愈發(fā)嚴格，穿越市中心的3～35KV架空線(xiàn)路陸續變?yōu)殡娎|埋入地下，大量的電纜出線(xiàn)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(wǎng)線(xiàn)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(jīng)驗公式，計算電容電流： Ic=0.1×UP ×L
式中： UP━電網(wǎng)線(xiàn)電壓(kV)
L ━電纜長(cháng)度(km)
1.2架空線(xiàn)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(wǎng)線(xiàn)電壓(kV)
C ━單相對地電容(F) 一般架空線(xiàn)單位電容為5-6 pF/m。
(2) 根據經(jīng)驗公式，計算電容電流：Ic= (2.7～3.3)×UP×L×10-3
式中： UP━電網(wǎng)線(xiàn)電壓(kV)
L ━架空線(xiàn)長(cháng)度(km)
2.7 ━系數，適用于無(wú)架空地線(xiàn)的線(xiàn)路
3.3 ━系數，適用于有架空地線(xiàn)的線(xiàn)路
從電纜以及架空線(xiàn)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(xiàn)路的要大得多。
當接地電容電流大于30A以上時(shí)，將產(chǎn)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(shí)，有可能產(chǎn)生一種不穩定的間歇性電弧，這是網(wǎng)絡(luò )中的電容和電感形成的振蕩回路所致。
二、消弧線(xiàn)圈的工作原理
2.1 工作原理
但單相接地電流較大時(shí)，為避免接地點(diǎn)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(diǎn)處裝設消弧線(xiàn)圈L，在中性點(diǎn)位移電壓作用下產(chǎn)生感性電流，來(lái)補償接地點(diǎn)的容性電流，從而消除接地點(diǎn)的電弧過(guò)電壓故障。
2.2 補償方式
消弧線(xiàn)圈的補償方式：一般分為過(guò)補、欠補、最小殘流3種方式可供選擇。
a.欠補償：指運行中線(xiàn)圈電感電流IL小于系統電容電流IC的運行方式。
b.過(guò)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(fā)生串聯(lián)諧振，產(chǎn)生很高的諧振過(guò)電壓，使變壓器中性點(diǎn)對地電壓嚴重升高，可能使設備絕緣損壞，因此通常會(huì )采用過(guò)補償方式。
三、消弧線(xiàn)圈容量確定
消弧線(xiàn)圈的容量應主要根據系統單相接地故障時(shí)電容電流的大小來(lái)確定，并應留有一定的裕度，以適應系統今后的發(fā)展和滿(mǎn)足設備裕度的要求。消弧線(xiàn)圈的容量可按下式確定：
Q=1.35 IC×Un /√3
式中：Q-消弧線(xiàn)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(xiàn)或Y型接線(xiàn)中性點(diǎn)無(wú)法引出時(shí)，引出中性點(diǎn)用于加接消弧線(xiàn)圈，該變壓器采用Z型接線(xiàn)(或稱(chēng)曲折型接線(xiàn))，與普通變壓器的區別是每相線(xiàn)圈分別繞在兩個(gè)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(zhù)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(xiàn)圈時(shí)，其容量不得超過(guò)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(xiàn)圈，可見(jiàn)，Z型接線(xiàn)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(xiàn)圈的容量相配合。當接地變壓器只帶消弧線(xiàn)圈且無(wú)二次負載時(shí)，接地變的容量與消弧線(xiàn)圈的容量取相同值;當接地變兼做變壓器使用時(shí)，其容量應大于消弧線(xiàn)圈的容量，具體根據接地變的二次側容量定。
五、自動(dòng)調諧裝置
消弧線(xiàn)圈的補償效果與其脫諧度有很大關(guān)系。由于單相接地電容電流因為故障點(diǎn)的不同會(huì )發(fā)生變化，因此消弧線(xiàn)圈的補償電流不定，所以在很多場(chǎng)合實(shí)現消弧線(xiàn)圈的自動(dòng)調諧非常有必要。
目前自動(dòng)跟蹤補償裝置分為兩種模式：隨動(dòng)式補償系統和動(dòng)態(tài)補償系統。按改變電感方法的不同，自動(dòng)調諧消弧線(xiàn)圈分為三類(lèi)：調諧式、調氣式以及直流偏磁式。
六、結語(yǔ)
城市的供電網(wǎng)路的發(fā)展，電纜線(xiàn)路增多，系統過(guò)電壓事故發(fā)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(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈的接地方式，根據接地電容電流的大小，確定消弧線(xiàn)圈及接地變壓器的容量和自動(dòng)調諧器的種類(lèi)，減少事故頻率，保證系統可靠運行。
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