企業(yè)自備電站接地電容電流的補(bǔ)償

1、企業(yè)自備電站接地電容電流的補(bǔ)償 摘要：針對化工 企業(yè) 自備熱電站直配線電纜較多，單相接地電容電流較大的特點(diǎn)，采用偏磁式消弧線圈進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。本文描述了該系統(tǒng)的整體方案及其性能。實(shí)際 應(yīng)用 證明該系統(tǒng)安全、可靠，運(yùn)行后不需要進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整。關(guān)鍵詞：企業(yè)電站 接地電容電流 偏磁式消弧線圈 動(dòng)態(tài)自動(dòng)跟蹤 全補(bǔ)償一、引言化工企業(yè)蒸汽用量大，利用蒸汽余熱發(fā)電，既 經(jīng)濟(jì) 、節(jié)能又能提高企業(yè)用電的可靠性。再加上 目前 電力緊張，進(jìn)一步促進(jìn)了各企業(yè)興建熱電聯(lián)產(chǎn)式熱電站的熱情?，F(xiàn)在正在設(shè)計(jì)或施工的此類工程很多，可以說遍地都是?；て髽I(yè)電站的機(jī)壓母線一般都采用10kv或6kv中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，而且一般都采用機(jī)壓母線

2、對負(fù)荷直配電纜。該方案運(yùn)行維護(hù)簡單,節(jié)省了全套升壓站的投資，非常受企業(yè)的歡迎。但是，此方案會(huì)造成單相接地電容電流很大。在我公司承擔(dān)的青海某90萬噸/年純堿工程中，第一期工程的單相接地電容電流就達(dá)到了31.5a，二期預(yù)計(jì)與一期工程的規(guī)模一樣。在我公司承擔(dān)的山東某100萬噸/年純堿工程中，其第一期工程的單相接地電容電流已達(dá)到了33.5a，而且企業(yè)已有規(guī)劃，一期工程竣工就開始二期工程的設(shè)計(jì)，到2008年完成三期工程的建設(shè)。國家規(guī)范要求，單相接地電容電流4a以上就必須采取補(bǔ)償措施。單相接地電容電流 問題 是工程設(shè)計(jì)必須解決的問題。二、單相接地電容電流的危害中性點(diǎn)不接地的高壓電網(wǎng)中，單相接地電容電流的危

3、害主要體現(xiàn)在四個(gè)方面：1弧光接地過電壓危害當(dāng)電容電流過大，接地點(diǎn)電弧不能自行熄滅，出現(xiàn)間歇性電弧接地時(shí)，產(chǎn)生弧光接地過電壓，這種過電壓可達(dá)相電壓的3-5倍或更高，它遍布于整個(gè)電網(wǎng)中，并且持續(xù)時(shí)間長，可達(dá)幾小時(shí)，它不僅擊穿電網(wǎng)中的絕緣薄弱環(huán)節(jié)，而且對整個(gè)電網(wǎng)絕緣都有很大的危害。2造成接地點(diǎn)熱破壞及接地網(wǎng)電壓升高單相接地電容電流過大，使接地點(diǎn)熱效應(yīng)增大，對電纜等設(shè)備造成熱破壞，該電流流入接地網(wǎng)后由于接地電阻的原因，使整個(gè)接地電網(wǎng)電壓升高，危害人身安全。3交流雜散電流危害電容電流流入大地后，在大地中形成雜散電流，該電流可能產(chǎn)生火花，引燃可燃?xì)怏w、煤塵爆炸等，可能造成雷管先期放炮，并且腐蝕水管，氣管等

4、金屬設(shè)施。4接地電弧還會(huì)直接引起火災(zāi),甚至直接引起可燃?xì)怏w、煤塵爆炸。三、消弧線圈的作用電網(wǎng)安裝消弧線圈后，發(fā)生單相接地時(shí)消弧線圈產(chǎn)生電感電流，該電感電流補(bǔ)償接地電容電流，使得接地電流減少；同時(shí)使得故障相恢復(fù)電壓速度減少，治理電容電流過大所造成的危害。同時(shí)由于消弧線圈的嵌位作用，它可以有效地防止鐵磁諧振過電壓的產(chǎn)生。消弧線圈補(bǔ)償效果越好，對電網(wǎng)的安全保護(hù)作用越大，所以需要跟蹤電容電流變化自動(dòng)調(diào)諧的消弧線圈。四、消弧線圈作用原理及國內(nèi)外現(xiàn)狀4.1 補(bǔ)償系統(tǒng)的原理消弧線圈的作用是當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，提供一電感電流，補(bǔ)償接地電容電流，使接地電流減少，也使得故障相接地電弧兩端的恢復(fù)電壓速度降低，

5、達(dá)到熄滅電弧的目的。當(dāng)消弧線圈正確調(diào)諧時(shí)，不僅可以有效地減少產(chǎn)生弧光接地過電壓的機(jī)率，還可以有效地抑制過電壓的幅值，同時(shí)也最大限度地減少故障點(diǎn)熱破壞作用及接地網(wǎng)的電壓等。所謂正確調(diào)諧，即電感電流接近或等于電容電流，工程上用脫諧度v描述調(diào)諧程度當(dāng)v = 0時(shí)，稱為全補(bǔ)償，當(dāng)v 0時(shí)為欠補(bǔ)償，v 0時(shí)為過補(bǔ)償。從發(fā)揮消弧線圈的作用上來看，脫諧度的絕對值越小越好，最好是處于全補(bǔ)償狀態(tài)，即調(diào)至諧振點(diǎn)上。但是在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，小脫諧度的消弧線圈將產(chǎn)生各種諧振過電壓。如煤礦6kv電網(wǎng)，當(dāng)消弧線圈處于全補(bǔ)償時(shí)，電網(wǎng)正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況下其中性點(diǎn)位移電壓是未補(bǔ)償電網(wǎng)的10-25倍，這就是通常所說的串聯(lián)諧振過電壓。

6、除此之外，電網(wǎng)中各種操作（如大電機(jī)投入，斷路器非同期合閘等）及電網(wǎng)發(fā)生其它故障時(shí)（如單相斷線，斷路器非全相合閘等）都可能產(chǎn)生危險(xiǎn)的過電壓，所以在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，或發(fā)生單相接地之外的其他故障時(shí)，小脫諧度的消弧線圈給電網(wǎng)帶來的不是安全因素而是危害。綜上所述，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，希望消弧線圈的脫諧度越小越好，最好是全補(bǔ)償。當(dāng)電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí),希望消弧線圈的脫諧度越大越好，最好是退出運(yùn)行。4.2 補(bǔ)償系統(tǒng)的分類早期采用人工調(diào)匝式固定補(bǔ)償?shù)南【€圈，稱為固定補(bǔ)償系統(tǒng)。固定補(bǔ)償系統(tǒng)的工作方式是：將消弧線圈整定在過補(bǔ)償狀態(tài)，其過補(bǔ)程度的大小取決于電網(wǎng)正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)不使中性點(diǎn)位移電壓超過相電壓的15%，之

7、所以采用過補(bǔ)償是為了避免電網(wǎng)切除部分線路時(shí)發(fā)生危險(xiǎn)的串聯(lián)諧振過電壓。因?yàn)?，如整定在欠補(bǔ)償狀態(tài)，切除線路將造成電容電流減少，可能出現(xiàn)全補(bǔ)償或接近全補(bǔ)償?shù)那闆r?？梢姡潭ㄑa(bǔ)償方式很難適應(yīng)變動(dòng)比較頻繁的電網(wǎng)，這種系統(tǒng)已逐漸不再使用。取代它的是能跟蹤電網(wǎng)電容電流自動(dòng)調(diào)諧的裝置，這類裝置又分為兩種，一種稱之為隨動(dòng)式補(bǔ)償系統(tǒng)。隨動(dòng)式補(bǔ)償系統(tǒng)工作方式是：自動(dòng)跟蹤電網(wǎng)電容電流的變化，隨時(shí)調(diào)整消弧線圈，使其保持在諧振點(diǎn)上，在消弧線圈中串聯(lián)一電阻，增加電網(wǎng)阻尼率，將諧振過電壓限制在允許范圍內(nèi)。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，控制系統(tǒng)將電阻短接掉，達(dá)到最佳補(bǔ)償效果，該系統(tǒng)的消弧線圈不能帶高電壓調(diào)整。另一種稱之為動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系

8、統(tǒng)。動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)的工作方式是：在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，調(diào)整消弧線圈遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)，徹底避免串聯(lián)諧振過電壓及各種諧振過電壓產(chǎn)生的可能性，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地后，瞬間調(diào)整消弧線圈至最佳狀態(tài)，使接地電弧自動(dòng)熄滅。這種系統(tǒng)要求消弧線圈能帶高電壓快速調(diào)整，從根本上避免了串聯(lián)諧振產(chǎn)生的可能性，通過適當(dāng)?shù)目刂?，系統(tǒng)是唯一可能使電網(wǎng)中原有的功率方向型單相接地選線裝置（高漏）繼續(xù)使用的系統(tǒng)。4.3 國內(nèi)主要產(chǎn)品的比較目前，自動(dòng)補(bǔ)償?shù)南【€圈國內(nèi)主要有三種產(chǎn)品，分別是調(diào)氣隙式，調(diào)匝式及偏磁式。4.3.1 調(diào)氣隙式調(diào)氣隙式屬于隨動(dòng)式補(bǔ)償系統(tǒng)。其消弧線圈為動(dòng)芯式結(jié)構(gòu)，通過移動(dòng)鐵芯改變磁路磁阻達(dá)到連續(xù)調(diào)節(jié)電感的目的。然而，其調(diào)整只

9、能在低電壓或無電壓的情況下進(jìn)行，其電感調(diào)節(jié)范圍上下限之比為2.5 倍。控制系統(tǒng)在電網(wǎng)正常運(yùn)行情況下將消弧線圈調(diào)整至全補(bǔ)償附近，將約100電阻串聯(lián)在消弧線圈上。用來限制串聯(lián)諧振過電壓，使穩(wěn)態(tài)過電壓數(shù)值在允許范圍內(nèi)（中性點(diǎn)電位升高小于15%的相電壓）。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地后，必須在0.2s秒內(nèi)將電阻短接掉實(shí)施最佳補(bǔ)償，否則電阻有爆炸的危險(xiǎn)。該產(chǎn)品的主要缺點(diǎn)有四條：1. 工作噪音大，可靠性差動(dòng)芯式消弧線圈由于其結(jié)構(gòu)上有運(yùn)動(dòng)部件，當(dāng)高壓施加其上后，振動(dòng)噪音很大，而且隨著使用時(shí)間的增長，內(nèi)部越來越松動(dòng)，噪音愈來愈大。串聯(lián)電阻約3kw，100。當(dāng)補(bǔ)償電流為50a時(shí)，需要250kw容量的電阻才能長期工作，所以

10、在接地后，必須迅速切除電阻，否則有爆炸的危險(xiǎn)。這就 影響 到整個(gè)裝置的可靠性。2. 調(diào)節(jié)精度差由于氣隙的微小變化都造成電感較大的變化，電機(jī)通過機(jī)械部件調(diào)氣隙的精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。用液壓調(diào)節(jié)成本太高。3. 過電壓水平高在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，消弧線圈處于全補(bǔ)償狀態(tài)或接近全補(bǔ)償狀態(tài)，雖有串聯(lián)電阻將穩(wěn)態(tài)諧振過電壓限制在允許范圍內(nèi)。但是電網(wǎng)中，各種擾動(dòng)（大電機(jī)投切，非同期合閘，非全相合閘等），使得其瞬間過電壓危害較為嚴(yán)重。4. 功率方向型單相接地選線裝置不能繼續(xù)使用安裝該產(chǎn)品后，電網(wǎng)中原有的功率方向型單相接地選線裝置不能繼續(xù)使用。4.3.2 調(diào)匝式該裝置屬于隨動(dòng)式補(bǔ)償系統(tǒng)，它同調(diào)氣隙式的唯一區(qū)別是將動(dòng)芯式消弧線圈

11、用有載調(diào)匝式消弧線圈取代，這種消弧線圈是用原先的人工調(diào)匝消弧線圈改造而成，即采用有載調(diào)節(jié)開關(guān)改變工作繞組的匝數(shù)，達(dá)到調(diào)節(jié)電感的目的，有載調(diào)節(jié)開關(guān)每調(diào)節(jié)一檔時(shí)間13秒。其工作方式同調(diào)氣隙式完全相同，也是采用串聯(lián)電阻限制諧振過電壓。該裝置同調(diào)氣隙式相比，消除了消弧線圈的高噪音，但是卻犧牲了補(bǔ)償效果，消弧線圈電感不能連續(xù)調(diào)節(jié)，只能離散地分檔調(diào)節(jié)，補(bǔ)償效果差，并且同樣具有過電壓水平高，電網(wǎng)中原有方向型接地選線裝置不能使用及串聯(lián)電阻存在爆炸的危險(xiǎn)等缺點(diǎn)，另外，該裝置比較零亂，它由四件設(shè)備組成（接地變壓器，消弧線圈，電阻箱，控制柜），安裝施工比較復(fù)雜?？偟膩碇v，該裝置技術(shù)上比較落后。由于經(jīng)濟(jì)上的原因，國產(chǎn)

12、有載調(diào)匝式消弧線圈的有載調(diào)節(jié)開關(guān)采用低電壓開關(guān)，它只能在低壓下調(diào)節(jié)抽頭，發(fā)生接地后不能調(diào)節(jié)。4.3.3 偏磁式偏磁式消弧線圈成套裝置具有以下特點(diǎn)：1. 利用 自然 零序電壓原理在線實(shí)時(shí)測量電網(wǎng)對地電容。2. 運(yùn)用磁放大器原理進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)少量投入補(bǔ)償電抗，電網(wǎng)脫諧度大，可有效地防止串聯(lián)諧振過電壓的發(fā)生。發(fā)生單相接地后，瞬間實(shí)施最佳補(bǔ)償。3. 現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的功率方向原理的單相接地保護(hù)裝置，仍能繼續(xù)使用。綜上所述，偏磁式上述1、2、3點(diǎn)，在技術(shù)上屬國內(nèi)領(lǐng)先水平。偏磁式消弧線圈成套裝置屬動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)，這種補(bǔ)償系統(tǒng)要求消弧線圈的技術(shù)水平高，其消弧線圈內(nèi)部為全靜態(tài)結(jié)構(gòu)，無任何運(yùn)動(dòng)部件，電感

13、的調(diào)節(jié)通過輔助勵(lì)磁的 方法 實(shí)現(xiàn)，可以在高電壓下以電的速度調(diào)節(jié)電感，調(diào)節(jié)范圍大，精度高，可靠性高?？刂破髟陔娋W(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)檢測電容電流數(shù)值，調(diào)節(jié)消弧線圈遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)，通常處于其下限位置，從根本上避免了串聯(lián)諧振過電壓產(chǎn)生的可能性，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地后，在5ms內(nèi)調(diào)整消弧線圈達(dá)到最佳補(bǔ)償狀態(tài)，使接地電弧自動(dòng)熄滅。該裝置可靠性高，采用適當(dāng)?shù)目刂品绞胶螅梢允闺娋W(wǎng)中原有的方向型接地選線裝置繼續(xù)使用。轉(zhuǎn)貼于 五、偏磁式消弧線圈補(bǔ)償系統(tǒng)的功能特點(diǎn)及技術(shù)性能1.消弧線圈結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)電控?zé)o級連續(xù)可調(diào)消弧線圈，全靜態(tài)結(jié)構(gòu)，內(nèi)部無任何運(yùn)動(dòng)部件，無觸點(diǎn)，調(diào)節(jié)范圍大，可靠性高，調(diào)節(jié)速度快。這種線圈的基本工作原理是利用施

14、加直流勵(lì)磁，改變鐵芯的磁阻，從而達(dá)到改變消弧線圈電抗值的目的，它可以帶高壓以電的速度調(diào)節(jié)電感值。2.控制 方法 的特點(diǎn)（1）采用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方式，從根本上解決了補(bǔ)償系統(tǒng)串聯(lián)諧振過電壓與最佳補(bǔ)償之間相互矛盾的 問題 。眾所周知，消弧線圈在高壓電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)無任何好處，如果這時(shí)調(diào)諧到全補(bǔ)償狀態(tài)或接近全補(bǔ)償狀態(tài)，會(huì)出現(xiàn)串聯(lián)諧振過電壓，使中性點(diǎn)電壓升高，電網(wǎng)中的各種正常操作及單相接地以外的各種故障的發(fā)生都可能產(chǎn)生危險(xiǎn)的過電壓。所以在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)消弧線圈使其跟蹤電網(wǎng)電容電流的變化有害無利，這也就是電力部門有關(guān)規(guī)程規(guī)定“固定補(bǔ)償式消弧線圈不能工作在全補(bǔ)償及接近全補(bǔ)償狀態(tài)”的原因，一般都是工作在過補(bǔ)償狀

15、態(tài)。國內(nèi)其它類似的自動(dòng)補(bǔ)償裝置均是隨動(dòng)系統(tǒng)，都是在電網(wǎng)尚未發(fā)生故障前即將消弧線圈調(diào)節(jié)到全補(bǔ)償狀態(tài)等待接地故障的發(fā)生，為了避免出現(xiàn)過高的串聯(lián)諧振過電壓而在消弧線圈上串聯(lián)一個(gè)阻尼電阻，將穩(wěn)態(tài)諧振過電壓限制到容許的范圍內(nèi)，并不能解決暫態(tài)諧振過電壓的問題。另外；由于電阻的功率限制，在出現(xiàn)接地故障后必須迅速切除，這無疑給電網(wǎng)增加了一個(gè)不安全的因素。（2）不是采取限制串聯(lián)諧振過電壓的方法，而是采用避開諧振點(diǎn)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法，根本不讓串聯(lián)諧振出現(xiàn)，即在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，不施加勵(lì)磁電流，將消弧線圈調(diào)諧到遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)的狀態(tài)，但實(shí)時(shí)檢測電網(wǎng)電容電流的大小，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地后，瞬間（約5ms）調(diào)節(jié)消弧線圈實(shí)施最佳補(bǔ)償。3.實(shí)際 應(yīng)用 情況根據(jù)偏磁式消弧線圈補(bǔ)償系統(tǒng)能在電網(wǎng)發(fā)生單相接地后，瞬間調(diào)節(jié)消弧線圈實(shí)施最佳補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)，在選型時(shí)可以留出適當(dāng)?shù)挠嗔?。在我公司承?dān)的青海某90萬噸/年純堿工程中，第一期工程的單相接地電容電流31.5a，考慮到二期工程的規(guī)模，選用的是100a的消弧線圈。在我公司承擔(dān)的山東某100萬噸/年純堿工程中，其第一期工程的單相接地電容電流33.5a，根據(jù)