變電站35kV消弧線圈增容改造分析

吳志忠　江月新

摘 要：本文分析了某集團公司因內(nèi)部電網(wǎng)擴容改造，電纜線路比例升高，電網(wǎng)系統(tǒng)對地電容電流迅速增加，原有消弧線圈容量不能滿足電網(wǎng)安全運行需要，所帶來的安全隱患。通過對消弧線圈的合理選型及改造升級，提高了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)構(gòu)架；消弧線圈改造分析；改造實效

0 引言

近幾年，某集團公司隨著用電負荷增加、內(nèi)部電網(wǎng)擴容改造、自備電廠新機組投運等，35kV系統(tǒng)電容電流大幅增加，單相接地故障引起過電壓事故頻發(fā)，嚴重影響集團公司電網(wǎng)運行安全，因此，需采取相應的措施，消除安全隱患，以提高電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性。

1 電網(wǎng)構(gòu)架

某集團公司內(nèi)部電網(wǎng)有兩座110kV變電站、一個自備電廠、五臺發(fā)電機組。其中：

1）、總變35kV系統(tǒng)采用雙母線雙分段接線方式，分別為35kVⅠ段正付母線，35kVⅡ段正付母線，#1、2、3主變、聯(lián)絡(luò)線以及其他負荷出線分別運行在各段母線。

2）、園區(qū)變35kV系統(tǒng)采用單母分段的接線方式，#1、2主變以及其他負荷出線分別運行在兩段母線上。

3）、自備電廠35kV系統(tǒng)采用雙母線三分段接線方式，分別為35kVⅠ段正付母線，35kVⅡ段正付母線，35kVⅢ段正付母線的接線方式，#6、#7、#8、#10發(fā)電機組以及聯(lián)絡(luò)線分別運行在各段母線。

總變和自備電廠之間通過六條35kV聯(lián)絡(luò)線實現(xiàn)并列運行，園區(qū)變和總變之間通過兩條35kV聯(lián)絡(luò)線實現(xiàn)并列運行。

總變?nèi)_主變所配置的三臺消弧線圈容量分別是：#1消弧線圈為2000kVA、#2消弧線圈為1500kVA、3#消弧線圈為1100kVA。其中#1、3消弧線圈并列運行可掛載#1和#3主變系統(tǒng)上運行，#2消弧線圈可掛在#2主變上運行。

2 存在問題

此集團公司內(nèi)部電網(wǎng)經(jīng)多年改造、增容，35kV出線基本采用電纜作為輸電導線。且由于供電系統(tǒng)容量較大，系統(tǒng)電容電流可達約200A?？傋?nèi)_消弧線圈的容量不足，難以補償35kV系統(tǒng)的電容電流，消弧線圈無法正常投運。

由于35kV系統(tǒng)電容電流大，多次因單相接地引發(fā)過電壓事故。2016年所發(fā)生的兩起總變#2主變35kV管母接地事故，經(jīng)事故原因分析，均為35kV單相接地、間歇性放電引起過電壓，最終造成#2主變跳閘，電廠#6、7發(fā)電機組跳閘，嚴重影響集團公司的安全生產(chǎn)。

35kV系統(tǒng)容性電流大、原有消弧線圈容量嚴重不足，已經(jīng)危及集團公司內(nèi)部電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。為了預防類似事故發(fā)生，徹底改善電網(wǎng)運行安全，需進行消弧線圈增容改造。

3 消弧線圈工作原理

3.1 消弧線圈工作原理[1]

當電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，故障點流過電容電流，消弧線圈提供電感電流進行補償，使故障點電流降至10A以下，有利于防止弧光過零后重燃，達到滅弧的目的，降低高幅值過電壓出現(xiàn)的幾率，防止事故進一步擴大。

3.2 消弧線圈主要作用[2]

1）補償系統(tǒng)電容電流，減小了故障點接地殘流值。

2）減緩電弧熄滅瞬時故障點恢復電壓的上升速度。

3）抑制諧波過電壓的產(chǎn)生。

4）提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。

3.3 消弧線圈工作過程[2]

消弧線圈可使單相接地電弧自動瞬間熄滅的主要原理是基于以下兩點：

a）消弧線圈的電感電流補償了電網(wǎng)的接地電容電流，限制了接地故障電流的破壞作用，使殘余電流的接地電弧易于熄滅；

b）當殘流過零熄滅后，又能降低故障相電壓的初速度及其幅值，避免接地電弧的重燃并使之徹底熄滅。

由于接地故障電流的減小，有力地限制了接地電流和電弧的電動力、熱效應和空氣游離等的破壞作用，減小了在故障點形成殘流性故障的概率，使故障點介質(zhì)絕緣的恢復強度很容易地超過故障相電壓的回復初速度，因此，接地電弧得以徹底熄滅，補償電網(wǎng)便在瞬間恢復了正常運行。

消弧線圈接地系統(tǒng)處于正常運行狀態(tài)時，消弧線圈感抗與電網(wǎng)對地容抗為串聯(lián)諧振關(guān)系，電壓源為系統(tǒng)的不平衡電壓，這里采用并接阻尼電阻及晶閘管自觸發(fā)的方式保證消弧線圈可以預調(diào)至最佳補償檔位并能快速投入和自動退出；當系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，中性點電壓被抬高至相電壓，消弧線圈感抗與系統(tǒng)對地容抗變?yōu)椴⒙?lián)諧振關(guān)系，如圖1所示單相接地故障時零序等值電路所示，感性補償電流由故障點流回系統(tǒng)，方向滯后中性點電壓90°，補償電流與接地電容電流相位相反，從而起到減小接地殘流的作用。

圖1

4 消弧線圈選型及容量確定

市場上消弧線圈生產(chǎn)廠家很多，經(jīng)綜合性能比較，山東泰開TK-XH 型自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置置性價比較高，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)電容電流實時測量，自動跟蹤電網(wǎng)參數(shù)的變化，根據(jù)參數(shù)整定值進行過補、欠補均可，運行方式靈活。發(fā)生接地故障發(fā)生時，通過晶閘管自觸發(fā)方式實現(xiàn)補償迅速投入和自動退出，可靠性高，動作迅速。并具有諧波污染小，可靠性高且功耗低，可根據(jù)實際需要，選配小電流接地選線裝置準確選出接地出線，實現(xiàn)多臺消弧線圈的并聯(lián)運行。

根據(jù)我國電力規(guī)程DL/T620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》[3]和GB50169-92《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規(guī)范》[4]規(guī)定，結(jié)合巨化電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀：

式中： W -消弧線圈的容量，kVA；

Ic -電容電流，A；

Un-系統(tǒng)標稱電壓，kV。

根據(jù)上述計算，總變#1、2、3主變消弧線圈增容后，容量分別為1#消弧線圈2200kVA，2#消弧線圈3300kVA，3#消弧線圈2200kVA。根據(jù)不同運行方式，通過消弧線圈閘刀切換操作，可實現(xiàn)#1、2、3消弧線圈不同并聯(lián)方式，滿足系統(tǒng)運行需要。endprint

5、改造實效

消弧線圈改造完成投運后，根據(jù)不同運行方式，我們進行消弧線圈運行參數(shù)測試，試驗情況如下：

5.1 運行方式一

#3主變中性點單獨連接#3消弧線圈

自動跟蹤試驗時消弧線圈控制器參數(shù)：

5.2 運行方式二

#2主變中性點單獨連接#2消弧線圈

自動跟蹤試驗時消弧線圈控制器參數(shù)：

5.3 運行方式三

#1主變中性點單獨連接#1消弧線圈

自動跟蹤試驗時消弧線圈控制器參數(shù)

5.4 運行方式四

#1主變連接#1消弧線圈，#2主變連接#2消弧線圈

自動跟蹤試驗時消弧線圈控制器參數(shù)

5.5 運行方式五

#3主變連接#1、#3消弧線圈

記錄消弧線圈同系統(tǒng)的支路：

自動跟蹤試驗時消弧線圈控制器參數(shù)

5.6 運行方式六

#2主變連接#1、#2消弧線圈

自動跟蹤試驗時消弧線圈控制器參數(shù)

對比DL/T5222-2005《導體和電器選擇設(shè)計技術(shù)規(guī)定》[5]，中性點經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)，在正常運行情況下，補償后殘余電流不超過10A，長時間中性點位移電壓不應超過額定相電壓的15%，考慮到限制傳遞過電壓等因素，脫諧度不宜超過±30%。經(jīng)分析對比，試驗數(shù)據(jù)完全符合規(guī)范規(guī)定。

5.7 消弧線圈連接方式

消弧線圈改造后，連接方式更加靈活，提高了電網(wǎng)運行靈活性。當35kV的各個分段系統(tǒng)負荷進行切換時，消弧線圈可以通過聯(lián)絡(luò)閘刀切換到對應的系統(tǒng)中，靈活補償系統(tǒng)容性電流，具體接線見圖2。

6 結(jié)束語

消弧線圈擴容改造后，投運效果顯著。35kV電網(wǎng)系統(tǒng)在2017年多次發(fā)生單相接地情況，但由于消弧線圈的補償作用，接地電弧自動熄滅，接地點自動恢復，使接地故障未進一步加劇造成事故跳閘，避免了2016年類似事故的發(fā)生。

消弧線圈的改造大大提高了電網(wǎng)的運行可靠性，為電網(wǎng)的安全運行打下扎實基礎(chǔ)，保證系統(tǒng)的可靠供電。

參考文獻

[1] 中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院. 工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊（第三版）. 中國電力出版社，2005-10.

[2] 0TK-XH.466.8106. TK-XH型自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置使用說明書. 山東泰開電力電子有限公司，2013-12.

[3] DL/T620-1997. 交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合. 北京：中國電力出版社，1997.

[4] GB50169-92. 電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規(guī)范. 北京：中國標準出版社，1992.

[5] DL/T5222-2005. 導體和電器選擇設(shè)計技術(shù)規(guī)范. 北京：中國標準出版社，2005.

作者簡介：

江月新（1969-），浙江衢州人，高級工程師，碩士，主要從事電氣及自動化研究。

吳志忠，男，浙江巨化熱電有限公司工程師，本科，主要從事電氣工程應用方向的研究。endprint