新型10kV电网接地变系统运行分析研究

　　【摘要】：10KV随着系统电容电流增大，中性点接地变方式变为经过消弧线圈有效接地。通过对现场接地变、消弧线圈等设备运行分析，提出在轻载或者对称负荷运行时存在无电容电流，致使消弧线圈的无法进行补偿而降低过电压的问题分析，提出了10KV接地变系统新的运行方式规定，保证了新型电网接地变系统的安全稳定运行。
　　关键词：10KV电网中性点接地；消弧线圈；接地变；电容电流；
　　
　　0引言
　　10kV电网系统通常采用的是△接线方式，因此中性点接地方式采用不接地方式。但是随着电网的城市化发展和改造，10kV电缆代替了架空线路，随之带来的是系统的容性电流越来越大，数值高几十甚至几百安培。接地后导致接地电弧无法熄灭，易产生弧光相间短路发生跳闸事件，使得原来10KV不接地系统接地后能够持续运行1-2h的优势失去，供电不间断的优点已不复存在，并且根据规程电容电流大于10A时【1】，要求采用消弧线圈。所以现代10kV电网大量在使用经消弧线圈的接地变运行方式，降低故障电流，保证系统、设备的安全运行。
　　
　　110kV有效接地系统的运行现状
　　
　　10kV有效接地系统目前有两种接地方式，一种是经过接地电阻直接接地，另一种是经过消弧线圈接地。前者由于当系统发生单相接地故障后，故障电流超过10A时，不能进行消除，可能会导致电弧接地过电压，为设备的安全运行中存在着潜在的威胁。而后者在发生单相接地，故障电流明显减小，非故障相的工频电压升高降低，因此现在典型设计中普遍都采用经过消弧线圈运行的接地变方式。
　　1.110kV经过消弧线圈接地系统的工作原理
　　在一般的110/10kV变电所中变压器低压侧为△接线，系统低压侧无中性点引出，消弧线圈怎样和系统连接呢？所以系统中出现了接地变压器，通过接地变压器的中性点接入了消弧线圈，此种接线方式，增加了接地变压器，接地变压器除可带消弧线圈外，也可带二次负载，兼作站用变，降低了系统的双重投资。
　　在正常运行时即系统加入正序电压时，消弧线圈和接地变压器的电抗值很大，整个10kV系统相当于中性点不接地系统，和原来10kV不接地系统具有一致性。当在发生单相接地故障时[2]，接地相的零序电流在非接地两相线路等值电容接地、消弧线圈地、接地变之间形成通路，而且消弧线圈能在极短时间内自动调节电抗值完全补偿电容电流，加之接地变的零序阻抗非常小的特点，使接地点残流的基波无功分量为零。接地点无功分量为零，使得间隙性电弧形成熄灭和重燃交替过程减少，导致危险的过电压大大减少。同时接地相中的线性有功电流增加，使得10kV线路和设备，电源侧的继电器和断路器在以若干毫秒计的时间内迅速切断电源，隔离故障。电网正常后又恢复到了类似不接地运行方式。详见10kV经过消弧线圈接地系统发生单相接地后示意图1。
　　图110kV经过消弧线圈接地系统
　　
　　1.210kV经过消弧线圈接地系统的组成
　　1.2.1接地变压器
　　接地变压器采用曲折型结线。在接地变压器三相铁芯的每一相都有两个匝数相同的绕组，分别接不同的相电压。当接地变压器线端加入三相正、负序电压时，三个铁芯柱上的合成磁势，可在三个铁芯柱上互相形成磁通路，磁阻小、磁通量大，呈现很大的励磁阻抗。当接地变压器加入零序电压时，在每个铁芯柱上的两个绕组产生的磁势大小相等，方向相反，合成的磁势为零，三相铁芯柱上没有零序磁通。零序磁通只能通过外壳和周围介质形成闭合回路，磁阻很大，零序磁通很小，约10Ω左右，接地变向量图2如下。
　　
　　图2接地变向量
　　
　　1.2.2自动跟踪补偿消弧线圈
　　现场运行中使用的是调匝式消弧线圈【3】，它是将绕组按不同的匝数，抽出若干个分接头，将原来的无励磁分接开关改为有载分接开关进行切换，改变接入的匝数，从而改变电感量。正常运行中每隔3S（秒）对系统电容电流、残流进行测量计算，根据测量结果控制消弧线圈升降档，使脱谐度保持在最小。
　　1.3目前经消弧线圈接地系统运行中存在的问题
　　新变电站投运时，由于不带负荷或者负荷都是较短架空线路，所以主变压器中性点位移电压非常小，导致消弧线圈自动识别系统无法计算系统实时电容电流，另外投运时现场从来没有进行过系统容性电流的测量。所以消弧线圈自动识别系统无法进行感性补偿。经过检查有些变电站系统电容电流是根据经验值随机设置，导致满足脱谐度最小情况下，自动跟踪补偿系统就没有动作过，补偿系统不起作用形同虚设。这些问题主要是没有为消弧线圈实时测算电网的实时电容电流所致，而电容电流实时测算必须要提供位移电压，所以现场关于10kV接地变压器一次侧高压绕组的分接头投运时应该怎样进行规定，这是10KV新型接地系统运行后带来的新问题。
　　210kV经消弧线圈接地方式下的运行分析
　　2.1接地变的运性分析
　　10kV经过消弧线圈的接地方式中，接地变起的作用不仅是制造一个人为的中性点，供消弧线圈的接入。更重要的是在其中性点处产生不对称电压，并通过自动跟踪系统实时监测系统的电容电流。而电容电流有很多种算法，但是比较常用的是在线实时测量法。即通过在装置投入运行时，利用系统的不对称电压，将消弧线圈调至L1档，测量零序回路电流为I1，再将消弧线圈调至L2档，测量零序回路电流为I2，建立方程组，求解出系统等值电容Xc，再利用IC＝U相/XC，求解出系统实时的电容电流，详见计算式1。
　　U0＝I1[R+j（XL1-XC）（计算式1）
　　U0＝I2[R+j（XL2-XC）
　　由上两式即可求出R和XC，IC＝U相/XC。上式中
　　U0为系统不平衡电压；
　　C为系统对地的等效电容；
　　R为回路电阻；
　　再依据公式脱谐度ε=（IL-IC）/IC•100%，计算出电网当前的脱谐度ε，当脱谐度偏差超出预定范围时，通过控制电路接口驱动有载开关调整消弧线圈分接头，直至脱谐度和残流在预定范围内为止。因此接地变必须在不对称电压下运行，才能得到电容电流的实时计算监测。一般当系统不平衡电压较大时，接地变三相绕组做成平衡式，当系统不平衡电压较小时如全电缆网络，接地变中性点要做出25－100V的不平衡电压以满足测量需要【4】。因此根据榆林电网目前运行方式为经消弧线圈接地的变电站实际情况看，多数10kV系统出线较少，电缆线路也相对较少，系统电压基本平衡，因此根据接地变运行原理，运行模式必然为绕组不平衡运行。如110kV海流滩变电站目前接地变三相绕组平衡运行方式，不符合运行规定，必须进行停电处理。
　　2.2 运行中接地变绕组分接头档位设置计算
　　接地变实际运行中，如果设定绕组档位差距小时，取得的不对称电压非常小，导致零序网络中测量的电流I1非常小，不易测量，导致最终计算的Ic不准确。因此根据推导计算认为，将其中一相绕组的分接头放入最大位置，不平衡电压数值相对较大，便于监测。举例说明如下：某变电站10kV接地变压器选用了型号为DKSC-300/100/10，10±5%、容量为300kVA，二次容量为100kVA，系统电压10kV。运行中设定a、c相为额定档，b相为最大档，即u´a=10∠0、u´c=10∠120、u´b=10.05∠-120,所以u´o为：
　　u´o=u´a+u´b+u´c=10∠0+10.05∠-120+10∠120
　　=10-10.05*0.5-j10.05*0.866-10*0.5+j10*0.866
　　=-0.025-j0.04
　　所以uo模值大约是0.025KV,即根据上述要求，25V能够满足在对称电压下运行时，计算电容电流的要求。
　　3结语
　　因此新型的10Kv经过消弧线圈接地方式中，接地变投入时要根据系统电压平衡情况正确调整接地变绕组档位。如果系统运行负荷不对称，可以将接地变分接头放在同档位，如果系统运行负荷对称或者轻载时，必须使接地变产生不对称运行电压，保证消弧线圈自动跟踪系统能够实施监测计算出系统电容电流，从而调整消弧线圈电感量，做到有效补偿，使系统发生接地时，接地点残流的基波无功分量为零，就可以使系统弧光过电压得以降低，可以完全保证系统的绝缘。
　　
　　参考文献
　　[1]DL/T620—1997.交流电气装置的过电压保护和绝缘配合.
　　[2]周玉芳.电力系统中性点接地方式及运行分析.中国电力出版社.10.08
　　[3]思源电气.消弧线圈的补偿应用说明
　　[4]麦家炻.10KV配电网中采用的消弧线圈接地方式分析.09.05

《新型10kV电网接地变系统运行分析研究》

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