10kV配电网中接地电容电流的补偿分析

10kV配电网中接地电容电流的补偿分析
发表时间：2017-12-18T11:41:00.890Z 来源：《电力设备》2017年第24期作者：梁提[导读] 摘要：近年来，无论是生产还是生活对于电力的需求越来越大，大量的电力电缆运用到了10kV城市配电网中，这使得电容电流越来越大。

（珠海供电局广东珠海 519000）摘要：近年来，无论是生产还是生活对于电力的需求越来越大，大量的电力电缆运用到了10kV城市配电网中，这使得电容电流越来越大。

最初电容电流只有几安，但是现在已经增长到了几十安，甚至几百安，在变压器中性点安装消弧线圈，能够起到补偿接地电容电流的作用。

关键词：10kV配电网；接地电容电流；补偿分析单相接地的时候，故障点的电弧电流较大，电弧不容易熄灭，而且电弧还会发生间接性的熄灭与重燃，非常容易发生弧光接地过电压，对各种电气设备造成损害。

在10kV配电网系统中，变压器10kV一侧为三角形接线，没有中性点，所以是没有办法安装消弧线圈的，也就达不到补偿接地电容电流的作用，所以会在变电站10kV母线安装接地变压器，从而形成中性点，装设消弧线圈，这样系统在单相接地的时候就可以补偿接地电容电流，实际上，这种原理与星形接线变压器中性点直接接消弧线圈补偿原理是相类似的。

1 常用的消弧线圈
常用的消弧线圈有可调匝式消弧线圈、铁芯气隙可调式消弧线圈以及直流偏磁式消弧线圈三种，接下来会分别加以介绍。

1.1 可调匝式消弧线圈
可调匝式消弧线圈是一种最为常见的消弧线圈，因为对于这种线圈的制造技术相对比较简单，并且这种技术是相对比较成熟的，加上可调匝式消弧线圈的可靠性也是比较强的，所以可调匝式消弧线圈得到了广泛的使用。

目前我国电力系统中运行的手动调节式消弧线圈都是调匝式的。

可调匝式消弧线圈的实质是铁芯式电抗器，磁路是一个带有间隙的铁芯，铁芯的外面绕有线圈。

这种消弧线圈依靠改变绕组的线圈匝数来达到改变电感的目的，我们都知道，电感量是与匝数的平方成比例的，另外，因为是使用无载开关来调节分接头的，所以电感是不连续可调的。

如果能够将可调匝式消弧线圈的无载开关设置成为有载的开关，那么这时候就可以实现带电调节了，加上控制装置之后还可以实现自动调谐。

1.2 铁芯气隙可调式消弧线圈
铁芯气隙可调式消弧线圈工作原理与上述的可调匝式消弧线圈有类似之处，铁芯气隙可调式消弧线圈是在线圈的内部加上一个可动的铁芯，通过移动铁芯达到改变磁导率的作用，进而能够改变线圈的电感。

因为移动的时候可以较为缓慢的进行，所以理论上铁芯气隙可调式消弧线圈的电感是能够实现连续调节的，但是实际上很难实现电感的连续调节，这是因为在移动铁芯的时候，由于机械的惯性以及电机的控制精度问题在工程上到目前为止是没有办法解决的，因此到目前为止难以实现铁芯气隙可调式消弧线圈电感的连续调节，但是未来随着科学技术的不断发展，实现铁芯气隙可调式消弧线圈电感的连续调节或许是能够实现的。

1.3 直流偏磁式消弧线圈
直流偏磁式消弧线圈的工作原理同饱和电抗器是相类似的，直流偏磁式消弧线圈利用磁性材料的交流有效磁导率随直流控制电流的磁化作用变化而变化的原理，来改变交流有效电抗值，进而达到改变交流电流回路中的电流和负载中的功率的目的。

直流偏磁式消弧线圈的运用并不是非常广泛，虽然直流偏磁式消弧线圈没有机械传动的部分，而且这种消弧线圈的使用寿命是相对较长的，但是因为直流偏磁式消弧线圈的调节范围相对较小，控制的部分也是相对较为复杂的，另外加上铁芯的磁化曲线的非线性以及调节精度受限均导致到目前为止直流偏磁式消弧线圈并没有出现成熟的产品。

除了上述所说的受限原因之外，由于直流偏磁式消弧线圈对于线圈的制造技术相对复杂，技术要求相对较高，所以在很大程度上也阻碍了直流偏磁式消弧线圈的广泛使用。

直流偏磁式消弧线圈不仅仅是在国内的电力系统中使用较少，即便是在国外的电力系统中也是非常不常见的。

2 手动式消弧线圈接地补偿系统中存在的问题
经过电力系统工作人员以及专家学者长期以来工作经验以及总结的经验来看，手动式消弧线圈接地补偿系统中存在的问题主要可以分为以下七点，接下来分别展开叙述。

首先第一点问题是手动式消弧线圈在调节的时候是不太方便的，因为这种线圈属于无载调节式的，想要调节分接头就必须推出运行才可以，所以这种消弧线圈不仅安全系数不高，而且还费时间，因此这种消弧线圈的使用频率不是很高，在实际运行中很少能够根据电网电容电流的变化及时进行调节。

第二点问题是运行人员的判断调节比较困难，这是因为没有在线的实时测量电容电流的设备，所以如果电网的参数发生变化的时候，就没有办法快速知道电容电流变化的情况，这时候必须需要工作人员手工对电容电流的变化进行统计，因为人的参与，增加了很多的不确定性，这使得准确度降低，因此就很难准确判断出消弧线圈的确切档位了。

第三个问题是由于手动式接地补偿装置自身固有的特点，导致装置在电网中运行的时候只能处于一种过补偿的状态，是不能够长期进行运行在欠补或者是全补偿的状态之中的。

一旦电网中发生事故、跳闸或者是重合参数变化的时候，脱谐度就没有办法进行很好的控制，如果经常在一种不允许的脱谐度下运行，就容易造成过压。

第四个问题是抑制弧光过电压的效果相对较差，老式消弧线圈的脱谐度一般能够达到15%~25%，甚至还能够达到更大的脱谐度，这是由于老式消弧线圈要考虑到全补偿的范围。

但是事实上，只有脱谐度不超过5%，才能够把过电压限制在2.6倍相电压以下。

弧光过电压倍数高，接地后带故障运行时间长，对设备绝缘的威胁较大。

第五个问题是在欠补的状态下运行遇到断线的时候容易产生严重的谐振过电压，对网络的绝缘危害是非常大的。

第六个问题是电缆线路发生单相接地时候，应当检除故障，操作繁琐，造成用户的不必要停电。

第七个问题是目前的城市配电网大力推广无人值班的变电站，对于非自动调节式消弧线圈的调节会更加困难，这样就造成了人员的浪费。

3 接地变压器的选用
在系统为角形接线或者是星形接线中性点没有办法引出的时候，接地变压器能够引出中性点来接消弧线圈。

接地变压器采用的是Z型的接线方式，接地变压器的特点是每一个磁柱上会绕有两相的线圈，接地故障的时候，零序磁通在磁柱中互相抵消，中性点回路会通过3倍零序电流，对于正、负序分量呈现出高阻抗，零序分量呈现出低阻抗，效率较高。

在用普通的变压器带消弧线圈的时候，容量是不可以超过变压器容量的20%的，而Z型变压器则带消弧线圈，容量是相对较大的，所以Z型变压器更加能够节省一些投资费用。

4 单相接地电容电流的危害
单相接地电容电流的危害是很大的，主要能够体现在以下五点中。

4.1 弧光接地过电压危害
弧光接地过电压危害是非常大的，当电容电流过大的时候，接地点电弧是不能够自己熄灭的，当出现间接性电弧接地的时候，产生弧光接地过电压，这种过电压的危害非常大，这种过电压能够达到相电压的3倍之多，甚至还能够达到相电压的5倍或者是更高的过电压。

过电压由于能够击穿电网中绝缘的薄弱环节，所以过电压对于整个电网系统绝缘来说都是具有非常巨大的危害的。

4.2 造成接地点热破坏以及接地网电压升高
单向接地点电容电流过大的时候，接地点的热效应就会加强，这样对于电缆等设备的热破坏程度就会非常大，增加的电流进入接地网之后由于接地电阻的原因，使得整个接地电网电压升高，电压一旦升高，对于工作人员的身体安全就形成了非常大的威胁。

4.3 交流杂散电流危害
电容电流在流入大地之后，能够在大地中形成杂散的电流，这些电流虽然是杂散的，但是破坏力也是非常大的，杂散电流有时候能够产生电火花，电火花可以引起可燃气体的爆炸，煤尘的爆炸，严重的时候还会造成雷管先期放炮，腐蚀到水管、气管等重要的金属设施，对人们的生产生活造成不良的影响。

4.4 接地电弧引起火灾、爆炸
接地电弧还会引起火灾，引起可燃气体、煤尘的爆炸，这是非常危险的一件事情。

4.5 引起短路跳闸事故
当配电网对地电容电流增大之后，在一些架空的线路之中或者是在雷雨的季节，由于单相接地还会导致短路跳闸现象的发生，事实显示，由于这种原因导致的短路跳闸事故的发生频率还是很高的，所以是需要相关人员加以注意控制的。

5 总结
随着社会经济的不断发展，大量的电力电缆运用到了10kV城市配电网中，这使得电容电流越来越大。

在没有中性点的10kV电力系统中，单相接地故障电容电流超过10安之后，需要采取一些补偿措施来尽量减少电容电流的量，接地变压器能够形成一个中性点，另外，安装消弧线圈能够起到补偿单相接地故障电容电流的作用。

变压器采用Z型接线的时候，能够对正、负序呈现出高阻抗，零序电流呈现低阻抗。

本文介绍了可调匝式消弧线圈、铁芯气隙可调式消弧线圈以及直流偏磁式消弧线圈这三种常用的消弧线圈，手动式消弧线圈接地补偿系统中存在的问题，接地变压器的选用以及单相接地电容电流的危害，希望对相关人员有所帮助。

参考文献：
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[2]孙继朋.关于10kv配电网无功补偿分析[J].科技创新与应用，2014，（2）：149-149.。