消弧線圈在化工類企業(yè)供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

張 祥

(撫順供電公司調(diào)控中心,遼寧撫順 113008)

消弧線圈在化工類企業(yè)供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

張 祥

(撫順供電公司調(diào)控中心,遼寧撫順 113008)

針對存在高危生產(chǎn)環(huán)境、對供電可靠性要求較高的企業(yè),研究利用消弧線圈通過諧振接地方式提高供電安全性和可靠性,包括消弧線圈的參數(shù)選擇、安裝、調(diào)整、運(yùn)行等內(nèi)容.認(rèn)為諧振接地實(shí)施技術(shù)能更充分發(fā)揮諧振接地方式的功能,使其具有更好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo).

消弧線圈;化工企業(yè);供電系統(tǒng)

化工企業(yè)生產(chǎn)大多需要高溫、高壓和連續(xù)工作的條件,對電能的依賴性比較強(qiáng),要求電網(wǎng)能夠提供連續(xù)、穩(wěn)定的電能支撐.隨著近幾年化工企業(yè)數(shù)量迅速增加,企業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大,對電能負(fù)荷總量的需求迅速增加,供電電壓越來越高,企業(yè)供電系統(tǒng)得到迅速發(fā)展.與此同時,也使得電網(wǎng)對地電容電流急劇增加,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地后電弧不易熄滅,易產(chǎn)生間歇性弧光接地過電壓以及鐵磁諧振過電壓,給供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來很大的隱患,可能產(chǎn)生供電電纜爆炸、開關(guān)柜燒毀和避雷器爆炸故障,甚至企業(yè)供電系統(tǒng)全停等事故,由此帶來的經(jīng)濟(jì)損失和影響也越來越大.采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式,可增強(qiáng)供電網(wǎng)的安全性和可靠性,減少或者避免此類事故的發(fā)生[13].

1 消弧線圈的運(yùn)行條件

1.1 電容電流

供電系統(tǒng)的電容電流是選擇消弧線圈運(yùn)行參數(shù)的主要依據(jù).根據(jù)我國的現(xiàn)狀,6、10、66 k V的線路主要為鋼筋混凝土桿塔和電纜線路,建弧率很高.石油和化工等企業(yè)中的電纜網(wǎng)絡(luò),對供電連續(xù)性的要求高,當(dāng)電容電流IC＞10 A時,對其危害性必須進(jìn)行限制,而采用自動跟蹤補(bǔ)償?shù)南【€圈將殘流中的無功分量限制到5 A以下,一般是不困難的.根據(jù)國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程的相關(guān)規(guī)定和我國試驗(yàn)研究、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行論證,對于10 k V的全塑電纜、油紙電纜和交聯(lián)電纜,自動熄弧的上限電流分別為25、15、16 A.為此,接地故障電流補(bǔ)償界限值最好限定在10～15 A.

1.2 容量計算

供電系統(tǒng)消弧線圈的容量利用公式Q= SICUA/3計算,式中,容量儲備系數(shù)S,一般取值在1.25～1.35之間;系統(tǒng)對地電容電流IC(A);系統(tǒng)額定電壓UA(k V);消弧線圈的容量Q (k VA).計算中,要以當(dāng)前供電系統(tǒng)的電容電流為主要參考,同時考慮未來幾年的冗余.通過選擇合適的S值,并綜合考慮其他因素,以適應(yīng)供電系統(tǒng)調(diào)諧的要求[4].

1.3 使用方式

利用消弧線圈的自動補(bǔ)償功能,可以提高消弧線圈運(yùn)行的成功率,減輕現(xiàn)場人員的操作負(fù)擔(dān).雖然增加投資,但具有自動跟蹤補(bǔ)償功能的消弧線圈具有諸多好處,降低供電系統(tǒng)運(yùn)行人員的勞動強(qiáng)度,而且還能顯著提高供電系統(tǒng)的連續(xù)性,此方面對化工類企業(yè)供電非常有意義.如果計劃采用多臺消弧線圈并列運(yùn)行,則自動調(diào)諧的數(shù)量根據(jù)供電系統(tǒng)的要求確定[5].

1.4 臺數(shù)選擇

在10 k V及以下供電系統(tǒng)中,可以選擇使用單臺消弧線圈,超過66 k V的供電系統(tǒng),或電容電流超過50 A時,應(yīng)當(dāng)盡量選擇兩臺以上的消弧線圈,這樣配置的原因是增大補(bǔ)償電流的范圍,使調(diào)諧精度提高,滿足供電系統(tǒng)的靈活調(diào)度能力.

2 消弧線圈的安裝

2.1 安裝消弧線圈的要求

在變電站安裝消弧線圈時,需要考慮消弧線圈的容量,要求變壓器具有合適的中性點(diǎn).如果系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障,補(bǔ)償電流會流過變壓器的一相繞組,因存在一定數(shù)值的零序阻抗而形成壓降,故作用于消弧線圈上的電壓低于相電壓,造成消弧線圈的容量不能發(fā)揮作用.在保持補(bǔ)償電流不變的條件下,變壓器的零序阻抗越大,消弧線圈的可利用容量越小.為了盡量利用消弧線圈的補(bǔ)償容量,應(yīng)將其安裝在零序阻抗較小的變壓器中性點(diǎn)上.

2.2 變壓器的接線方式

消弧線圈的利用容量與變壓器的附加損耗問題,均與相應(yīng)變壓器的接線方式有密切的關(guān)系.

(1)Y/△接線.如果消弧線圈容量為變壓器額定容量的50%,最大電流的額定時間為2 h,變壓器過載30%可以運(yùn)行2 h.此時變壓器的零序壓降僅為2.75%～5.03%,實(shí)際不影響消弧線圈作用的發(fā)揮.零序負(fù)荷的附加損耗造成變壓器過熱,與消弧線圈最大補(bǔ)償電流的額定運(yùn)行時間有關(guān).由于變壓器具有△形繞組,所以不論鐵心型式為內(nèi)鐵型或外鐵型,也不論△形繞組的布置如何,包括單相變壓器組在內(nèi),消弧線圈容量不應(yīng)超過變壓器容量50%.為了充分利用消弧線圈的容量和減少電力變壓器的零序損耗,將消弧線圈安裝于有△繞組的Y繞組中性點(diǎn)是比較理想的.

(2)Y/Y接線.對于Y/Y接線方式的外鐵型變壓器和單相變壓器組,因零序磁通完全經(jīng)過鐵心成閉合回路,零序阻抗與勵磁阻抗相等,其塞流作用很大,消弧線圈的作用不能發(fā)揮,因此其中性點(diǎn)一般不允許安裝消弧線圈.

(3)Y/Y/△接線.Y/Y/△接線方式的變壓器,在運(yùn)行中比較多見.由于有△接線的繞組,如果系統(tǒng)發(fā)生接地故障,如單相接地,會使故障繞組產(chǎn)生的補(bǔ)償電流在變壓器鐵心內(nèi)產(chǎn)生附加磁通,造成三相鐵心柱是同相的.此時△繞組成為一個負(fù)荷,所感應(yīng)的磁通都是同相的,兩者基本平衡,安裝消弧線圈非常合適.

3 消弧線圈的使用

使用消弧線圈主要是完成調(diào)諧工作,要正確選定運(yùn)行分接頭的位置,為提高使用壽命,位移度不能過高,形成電壓諧振;而故障情況下會形成電流諧振,使接地電弧容易熄滅.消弧線圈在不同工作狀態(tài)下,要求中性點(diǎn)位移電壓和殘流允許值必須同時滿足規(guī)定,這樣才能合理使用.

3.1 位移度允許值

正常運(yùn)行情況下,電網(wǎng)的中性點(diǎn)均有殘壓存在.電網(wǎng)中性點(diǎn)的殘壓是由三相對地電容不對稱引起的,在電網(wǎng)正常運(yùn)行的情況下,中性點(diǎn)位移度U0的最大允許值為額定相電壓的15%.這樣,當(dāng)某一相電壓最大可能升高到1.15倍時,則其余兩相電壓各下降6.5%,可以長期運(yùn)行.對于電纜網(wǎng)絡(luò)而言,其不對稱很小,在正常情況下,即使靠近諧振點(diǎn)運(yùn)行,U0也很難超過15%.當(dāng)U0≤30% 時,允許運(yùn)行1 h,但應(yīng)采取措施,設(shè)法降到15%以下.當(dāng)U0=100%時,說明電網(wǎng)中發(fā)生了單相永久性接地故障.對于架空線路電網(wǎng)而言,持續(xù)運(yùn)行時間可視具體情況而定.對于電纜網(wǎng)絡(luò)和混合電網(wǎng)而言,最長不得超過2 h.

3.2 殘流無功分量允許值

當(dāng)諧振接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地時,從故障點(diǎn)的電弧熄滅和絕緣強(qiáng)度恢復(fù)等方面考慮,殘流值越小越好.殘余電流具有直觀性,且便于掌握,故調(diào)諧消弧線圈時應(yīng)以殘流為準(zhǔn).在我國規(guī)定殘流一般不大于5 A.

3.3 補(bǔ)償狀態(tài)

消弧線圈具有三種補(bǔ)償狀態(tài),即過補(bǔ)償運(yùn)行、欠補(bǔ)償運(yùn)行或在臨界諧振點(diǎn)運(yùn)行.如果供電系統(tǒng)中消弧線圈工作在欠補(bǔ)償狀態(tài)下發(fā)生斷路器異常時,造成失諧度減少,而不對稱度明顯增大,進(jìn)而系統(tǒng)中性點(diǎn)的位移電壓顯著升高,這樣就可能導(dǎo)致消弧線圈異常動作,帶來系統(tǒng)電壓事故的誘因.另外,如果消弧線圈工作在過補(bǔ)償狀態(tài)下,失諧度會隨不對稱度升高而增大,可以抑制中性點(diǎn)位移電壓的升高,造成中性點(diǎn)位移電壓最高也不會超過相電壓.

3.4 運(yùn)行靈活性

在調(diào)諧消弧線圈時,應(yīng)當(dāng)考慮電網(wǎng)正常運(yùn)行和故障情況下的運(yùn)行靈活性.當(dāng)不同運(yùn)行方式時,應(yīng)當(dāng)保證在電網(wǎng)不會失去補(bǔ)償,同時重要部分應(yīng)能保持過補(bǔ)償運(yùn)行等.為了保障消弧線圈的正常運(yùn)行,應(yīng)當(dāng)采用具有自動跟蹤補(bǔ)償功能的消弧線圈,減少運(yùn)行過程中的人工操作,降低生產(chǎn)強(qiáng)度,保證化工類企業(yè)的安全生產(chǎn).供電系統(tǒng)投運(yùn)時,先由人工調(diào)諧消弧線圈,改變補(bǔ)償電流,待系統(tǒng)穩(wěn)定后切入自動狀態(tài),這樣當(dāng)供電系統(tǒng)運(yùn)行方式改變時,消弧線圈會自動跟蹤并補(bǔ)償,進(jìn)而保持系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn).

4 保障消弧線圈正常運(yùn)行的方法

在諧振接地系統(tǒng)中,除了對消弧線圈合理調(diào)諧、正確操作和適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行維護(hù)外,還應(yīng)根據(jù)具體情況配合采取如下的一些措施,以保障消弧線圈的正常運(yùn)行.

4.1 消弧線圈的自動操作

消弧線圈自動運(yùn)行可以跟蹤補(bǔ)償電容電流,滿足系統(tǒng)對調(diào)諧狀態(tài)的性能要求,有助于抑制相間短路和接地故障的概率,可以有效防止接地電弧的破壞作用.這樣,消弧線圈的動作成功率自然會提高.

4.2 降低不對稱度

在滿足U0≤15%的條件下,當(dāng)電網(wǎng)的不對稱度較高時,殘流中的無功分量將會大于10 A.若消弧線圈靠近諧振點(diǎn)運(yùn)行,則必須降低不對稱度.

4.3 掌握電容電流變化規(guī)律

電網(wǎng)的接地電容電流,隨著季節(jié)和氣候以及導(dǎo)線弧垂的變化而改變.實(shí)測結(jié)果表明,電容電流冬夏相差約10%,為了提高動作成功率,消弧線圈在冬夏應(yīng)重新進(jìn)行調(diào)諧.

5 結(jié) 論

本文針對化工類企業(yè)供電系統(tǒng)的諧振接地實(shí)施方法進(jìn)行研究,重點(diǎn)涉及消弧線圈的使用問題.消弧線圈使用的數(shù)量、滿足的容量和具體的型號,對提高諧振接地方式的有效性非常重要,應(yīng)結(jié)合化工類企業(yè)供電網(wǎng)現(xiàn)狀和電網(wǎng)規(guī)劃綜合考慮確定.其中安裝地點(diǎn)應(yīng)合理,相應(yīng)的變壓器接線最好為Y/△接線方式.調(diào)諧應(yīng)以殘余電流為主,以失諧度為輔,正確選擇運(yùn)行分接頭的位置.為了提高消弧線圈的動作成功率,應(yīng)盡量采用自動消弧線圈,注意消除電網(wǎng)的絕緣弱點(diǎn),總結(jié)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)并提高生產(chǎn)管理水平.

[1] 劉軍,張放鳴,張昌征,等.消弧線圈在配電網(wǎng)中的應(yīng)用分析[J].工礦自動化,2006(3):8587. (Liu Jun,Zhang Fangming,Zhang Changzheng,et al.The Application Analysis of Arc Suppression Coil in Distributed Power Network[J].Industry and Mine Automation,2006, 3:8587.)

[2] 李勤.智能型消弧線圈對配電網(wǎng)接地電容電流的補(bǔ)償[J].河北電力技術(shù),2007,26(5):3033. (Li Qin.Compensation of Intelligent Arc Suppressing Coil (ASC)for Grounding Capacitive Current of Distribution Network[J].Hebei Electric Power,2007,26(5):3033.)

[3] 李穎峰.配電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式探討[J].電氣開關(guān),2008,46(6):12,5. (Li Yingfeng.Discussion on Distribution Network Neutral Grounding Modes through Arc Suppression Coil[J]. Electric Switchgear,2008,46(6):12,5.)

[4]葉鶴林,陳霞.10 k V消弧線圈選擇與應(yīng)用[J].江西電力, 2010,34(6):2730. (Ye Helin,Chen Xia.Selection and Application of 10 k V Arc Suppression Coil[J].Jiangxi Electric Power,2010,34 (6):2730.)

[5]李興發(fā).淺談諧振接地技術(shù)的應(yīng)用[J].科技資訊,2012 (9):111. (Li Xingfa.Introduction to the Resonant Grounding Technology Application[J].Science&Technology Information,2012(9):111.)

【責(zé)任編輯:祝 穎】

Application of Arc Suppression Coil in Power Supply System of Chemical Enterprises

Zhang Xiang
(Control Center,Fushun Power Supply Company,Fushun 113008,China)

For high-risk production environment,higher requirements on the power supply reliability of the enterprise,the use of arc suppression coil by resonant grounding to improve the safety and reliability of power supply is studied,including the parameter selection,installation,adjustment and operation of arc suppression coil.It is considered that the implementation of resonant grounding gives full play to the functions of resonant grounding method,and makes it has better technical and economic indicators.

arc suppression coil;chemical enterprise;power supply system

2095-5456(2014)01-0042-03

TM 475

A

2013 11 23

張 祥(1968),男,遼寧撫順人,撫順供電公司調(diào)控中心工程師.