隨著配電網(wǎng)電纜化率的提高，消弧線圈容量不足的現(xiàn)象凸顯，對消弧線圈增容改造增加了電網(wǎng)投資和改造的工作量，針對《一起變電站消弧線圈大容量改造方案分析》提出的方案，文章對電容電流的估算、消弧線圈容量、位移電壓和接地變壓器等問題進行了探討，并給出了標準規(guī)定的消弧線圈容量、最大補償范圍;分析了位移電壓產(chǎn)生的主要原因是對地電容的不對稱和電壓互感器參數(shù)的差異;指出在消弧線圈改造時要使接地變壓器容量和消弧線圈相配合。

0 引言

隨著配電網(wǎng)建設與改造的不斷推進，城市電纜化率日益提高，導致系統(tǒng)電容電流較之過去出現(xiàn)大幅度增大，消弧線圈容量不足的情況凸顯，需要及時對消弧線圈進行增容改造。消弧線圈的增容改造增加了消弧線圈投資費用和電網(wǎng)的改造工作量，這個問題一直困擾著電網(wǎng)運行人員。文獻[1]為解決此問題給出了一種消弧線圈增容改造的經(jīng)濟型技術改造方案，是一個可借鑒的思路。但是此文有幾個值得商榷的問題，如消弧線圈容量與配電網(wǎng)電容電流估算、位移電壓形成的主要原因、接地變壓器的容量選擇等問題。有些問題可能是文章的疏漏，有些可能是技術觀點的差異。下面就文獻[1]中的幾個問題進行分析和探討。

1. 消弧線圈容量與電容電流估算

文獻[1]中表1描述的雙閘變電站2號消弧線圈自動調(diào)諧系統(tǒng)主要配置是：消弧線圈容量為630kVar，調(diào)節(jié)方式為預先調(diào)節(jié)，阻尼電阻為20Ω，可控硅觸發(fā)電壓和返回電壓為270/120V，系統(tǒng)實測電容電流為86.04A。但文獻[1]中圖1(消弧線圈控制裝置圖)中消弧線圈顯示檔位12檔，脫諧度-2.01%，電容電流103A，位移電壓0.017kV，按照DL/T1057-2007《自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置技術要求》的定義，脫諧度為負值時是過補償，與文章給出的分析數(shù)據(jù)有差異。這里且按分析數(shù)據(jù)討論，按文獻[1]中表1給出的雙閘變電站2號消弧線圈自動調(diào)諧系統(tǒng)主要配置值，按DL/T1057容量為630kVar消弧線圈補償電流100A以上，調(diào)節(jié)范圍30%～100%。當時雙閘變電站2號消弧線圈自動調(diào)諧系統(tǒng)實測電容電流值為86.04A，距最大補償電流值100A相差13.96A，沒有達到最大補償電流，不存在補償不足長期欠補償?shù)膯栴}，存在補償容量裕度不足的情況。

“在處理故障時發(fā)現(xiàn)10kV XHK-Ⅱ型消弧線圈自動調(diào)諧及接地選線成套裝置的人機界面顯示：2號消弧線圈容量過小，當前擋位12擋，已到最大擋，上調(diào)無效!過后又顯示正常，擋位在12擋，電容電流86.04A。”

對于上述的故障現(xiàn)象，可找生產(chǎn)廠商一起分析處理。雙閘變電站2號消弧線圈容量是630kVar，最大補償電流應是100A以上，而電容電流實測顯示只有86.04A。怎么會顯示容量過小，已到最大檔，上調(diào)無效呢?需要生產(chǎn)廠商解釋，是消弧線圈自動調(diào)諧裝置的設計問題還是測量問題。

消弧線圈裝置容量的確定，取決于電網(wǎng)中電容電流的大小。目前配電網(wǎng)電容電流的確定主要采用實際測量和理論估算兩種方式。對于已運行的配電網(wǎng)可采用電容電流測量儀測量，但在設計階段，由于配電網(wǎng)尚未形成，需用進行估算。配電網(wǎng)電容電流的大小主要取決于線路類型和長度，電纜線路的電容電流一般是架空線路的10倍以上。而電纜的不同型號其電容值也不盡相同。

中性點采用消弧線圈接地的系統(tǒng)，由于在發(fā)生單相接地故障后允許帶接地故障保持運行，發(fā)生單相接地故障后瞬間過電壓幅值可能達到3.2 p.u.，因此在10kV電纜選型時應采用額定電壓為8.7/15kV的交聯(lián)聚乙烯電纜，由于不同電纜型號和生產(chǎn)廠家給出的電纜參數(shù)的差異。表1給出了10kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜(XPLE)接地電容電流近似估算值。

國家電網(wǎng)公司企業(yè)標準Q/GW1738-規(guī)定：中壓配電網(wǎng)導線截面選擇應系列化，同一規(guī)劃區(qū)的主干線導線截面不宜超過3種，主變?nèi)萘颗c10kV線路導線截面的配合一般可參考表2。

城市中壓配電網(wǎng)主干線電纜截面是300～400mm2，每公里電容電流值在2A以上，分支截面要在150mm2以上，每公里電容電流值在1.5A以上。文獻[1]的估算是計算了10kVⅡ段母線上的所有出線電纜長度疊加，再考慮未投運的3條出線電纜的長度后的電容電流為90.825A。此種估算法誤差較大，估算的電容電流偏小。

另外，在系統(tǒng)電容電流計算過程中，變電站母線電容電流也應納入考慮范圍。對于敞開式母線，單位母線長度電容電流一般取為(0.5～1)×10-3A/m;對于離相封閉母線，單相對地電容可通過下式近似求得。

式中：C0為單相對地電容，F(xiàn)/m;D為離相封閉母線的外殼半徑，m;d為離相封閉母線的外徑，m。對于電纜線路，除考慮電纜線路本身的電容電流外，配網(wǎng)中環(huán)網(wǎng)柜封閉式母線的電容電流應在考慮范圍。這樣變電站、開閉所和環(huán)網(wǎng)柜母線所增加的電容電流大約為總電流的13%～15%。

2. 位移電壓過大的原因

國內(nèi)主變壓器10kV側(cè)主要是三角接線，沒有中性點，變電站的10kV母線電壓互感器一次繞組接成星型，中性點直接接地，電壓互感器的二次側(cè)至少有兩個二次繞組，一個是星型接線用于測量三相電壓，一個是開三角接線的繞組測量不平衡電壓(開三角電壓)。早期電壓互感器是三相五柱型電壓互感器，互感器是一體的，有較好的伏安特性，三相參數(shù)差異很小，不易激發(fā)鐵磁諧振。

近年來變電站的10kV母線電壓互感器大部分是采用三個單相電壓互感器組成的三相電壓互感器，這要求三個電壓互感器有比較一致的伏安特性。如果三個單相電壓互感器參數(shù)有差異就會產(chǎn)生不平衡電壓，嚴重的會產(chǎn)生諧振過電壓。筆者就處理過幾起由于三個單相電壓互感器的參數(shù)差異引起的虛幻接地故障。據(jù)多個變電站消弧線圈運行情況的調(diào)研分析，沒有安裝消弧線圈的10kV母線電壓不平衡電壓(開三角電壓)很低，電網(wǎng)正常運行時，不平衡電壓一般是由于三相對地電容的不對稱形成的。電纜系統(tǒng)主要采用三相電纜，三相對地電容基本對稱，所以電纜系統(tǒng)不平衡電壓一般小于1%～2%，架空線系統(tǒng)三相對地電容不大對稱，但是10kV架空線路一般都不太長，所以一般也不大于5%。對于35kV和66kV線路需要進行換擋，改善三相對地電容不對稱的情況，以降低不平衡電壓過高的問題。

消弧線圈接地通常也被稱為諧振接地，消弧線圈自動調(diào)諧系統(tǒng)主要有預調(diào)諧和快速調(diào)諧兩種類型。采用預調(diào)諧的消弧線圈由于處于諧振點附近，就會有高的位移電壓，正常系統(tǒng)的不平衡電壓只有1%～3% 的相電壓。在安裝消弧線圈后這個不平衡電壓被放大 倍。當阻尼率一定時，當脫諧度較小時，則有很高的位移電壓，以至影響系統(tǒng)的運行。位移電壓過高一般不是文獻[1]中分析的“10kV母線三相負荷不平衡較嚴重，正常運行狀態(tài)下中性點位移電壓就比較大”的情況，是不平衡電壓被放大造成的，放大的倍數(shù)與脫諧度和阻尼電阻值相關。

預調(diào)諧方式的自動跟蹤補償消弧線圈正常運行時工作于接近全調(diào)諧狀態(tài)，脫諧度很小，所以增加阻尼電阻器，將其接于消弧線圈與大地之間，以增加阻尼電阻值，使中性點位移電壓小于系統(tǒng)相電壓的15%。當系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，中性點位移電壓為相電壓，中性點流過消弧線圈的額定電流，為保護阻尼電阻，必須將阻尼電阻器短接。

快速調(diào)諧方式的消弧線圈正常工作遠離諧振點，位移電壓很低，在正常運行情況下和單相接地故障情況下都不需要串聯(lián)阻尼電阻。

采用預調(diào)諧方式的自動跟蹤補償消弧線圈，要使位移電壓在合理范圍，需要協(xié)調(diào)阻尼電阻和脫諧度。有關消弧線圈串聯(lián)阻尼電阻值大小和容量的選擇有相關邊界條件和計算模型，這里就不在敘述。不同的配電系統(tǒng)，其系統(tǒng)參數(shù)的差異，接入消弧線圈時被放大的位移電壓也不盡相同，為降低位移電壓使其滿足要求，需要對阻尼電阻的阻值和容量進行計算，但是很多消弧線圈生產(chǎn)廠商為簡化起見，不去做系統(tǒng)分析計算統(tǒng)一采用20Ω的電阻值，造成文獻[1]分析的情況，當消弧線圈接近于諧振狀態(tài)時出現(xiàn)“虛幻接地”。消弧線圈生產(chǎn)廠商在供貨時，應提供阻尼電阻分不同阻值的檔位，以便在現(xiàn)場調(diào)試或電網(wǎng)參數(shù)發(fā)生變化時調(diào)整。

3. 接地變壓器容量

GB/T 50064-2014《交流電氣設備的過電壓保護和絕緣配合設計規(guī)范》規(guī)定，當電源變壓器無中性點或中性點未引出時，應裝設專用接地變壓器以連接自動跟蹤補償消弧裝置，接地變壓器容量應與消弧部分的容量相配合。對新建變電站，接地變壓器可根據(jù)站用電的需要兼作站用變壓器。

國內(nèi)主變壓器的10kV側(cè)一般都是三角接線，無中性點引出，在選擇接地變壓器時，其容量應與消弧線圈的容量相配合，具有相同額定容量下的運行時間，并適當考慮變壓器的短時過負荷能力。

不帶二次負荷的接地變壓器的容量的確定，計算公式為：

式中：Se為接地變?nèi)萘?，kvar;Q為消弧線圈補償容量，kW;k為系數(shù)，過補償時取1.35;U0為電網(wǎng)的額定線電壓，kV;Ic為電網(wǎng)回路電容電流，A。

Ic應包括與之連接的所有架空線路、電纜線路、發(fā)電機、變壓器以及母線和電器的電容電流，并應考慮電網(wǎng)的發(fā)展。

帶二次負荷的接地變壓器容量的確定，計算公式為：

式中：Qf為二次無功負荷，kvar;Pf為二次有功負荷，kW;k為裕度系數(shù)。

對于曲折形(Z形)接法的接地變壓器，建議其容量為消弧線圈容量的1.05～1.15倍，即取1.05～1.15。

另外，IEEE-C62.92.3標準規(guī)定變壓器一定過載時間內(nèi)的允許過載系數(shù)為，規(guī)定運行過載系數(shù)為變壓器運行短時容量與額定容量的比值。其中的數(shù)值見表3。

考慮到一般接地變壓器大多數(shù)兼用作所用變考慮，帶二次繞組，因而在正常持續(xù)運行的變壓器可參照IEEE所做出的短時過載的倍數(shù)的接地變壓器。

在文獻[1]中新增的電抗器是與自動跟蹤補償消弧線圈都接在同一接地變壓器的中性點上，沒有分析接地變壓器的容量的計算及改造方案。不知是否按電抗器的容量對接地變壓器進行了增容改造，還是考慮到接地變壓器的短時過載能力，增加電抗器的容量是原有消弧線圈容量的12%，按照單相接地故障的條件下運行2h的要求接地變壓器的過載能力是可以滿足要求的。實際上有些消弧線圈生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的接地變壓器已經(jīng)利用接地變壓器所帶消弧線圈在接地時只工作2h的工作特點設計接地變壓器，設計的接地變壓器容量小于消弧線圈的容量，以降低生產(chǎn)成本。甚至有的接地變壓器容量只有消弧線圈容量的80%。有些廠家生產(chǎn)的接地變壓器帶有站用變壓器，而接地變壓器的容量只等于消弧線圈的容量，而沒有考慮站用變壓器容量和接地變壓器本身的損耗。由于電網(wǎng)企業(yè)對接地變壓器過載設計不十分清楚，接地變壓器的保護定值按接地變壓器的容量設置，這樣當出現(xiàn)金屬性接地時接地變壓器可能出現(xiàn)過電流跳閘。由于接地變壓器帶有站用變，引起變電站斷電，直接影響到變電站運行安全，國內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)過多次這樣的事故。

4. 結(jié)語

文獻[1]提出的消弧線圈增容方案是個經(jīng)濟型技術改造方式，是值得借鑒的，但文中有幾個問題有待商榷。

1)雙閘變電站2號消弧線圈自動調(diào)諧系統(tǒng)產(chǎn)生的虛幻接地，可能是諧振過電壓，可嘗試通過增加阻尼電阻值，改變脫諧度來解決。消弧線圈自動調(diào)諧系統(tǒng)實測電容電流為86.04A，如消弧線圈自動調(diào)諧系統(tǒng)的測量值是準確的，DL/T1057標準規(guī)定系統(tǒng)電容電流測量誤差：當30A<100A時，測量誤差應不大于3% )，則沒有到最大補償電流，不存在容量不足欠補償?shù)膯栴}，僅是消弧線圈容量的裕度不足。

2)電容電流計算的方法誤差大，按文獻[1]估算的雙閘變電站10kVⅡ段母線上的所有出線總電容電流=0.1×10×90.825=90.825A(由10kVⅡ段母線上的所有出線電纜長度疊加，再考慮未投運的3條出線電纜的長度得出)。按此計算值雙閘變電站10kVⅡ段母線上的所有出線總電容電流還沒有達到原消弧線圈自動調(diào)諧系統(tǒng)補償容量為100A的容量。

3)10kV中性點位移電壓過大的主要原因是對線路地電容不對稱，三個單相電壓互感器參數(shù)不一致和采用預調(diào)諧方式消弧線圈對其放大而產(chǎn)生的，一般不是三相負荷不平衡造成的。

4)文獻[1]是將增加的電抗器與中原有的消弧線圈并聯(lián)接在同一接地變壓器的中性點上，沒有提及接地變壓器的改造問題。增容改造時一定要核算接地變?nèi)萘?，確保接地變壓器的容量要與消弧線圈和電抗器相配合。

參考文獻：

[1] 郭有強，劉海峰.一起變電站消弧線圈大容量改造方案分析[J].供用電，2015，32(4)：72-74.

[2] GB50064-2014交流電氣裝置的過電壓和絕緣配合設計規(guī)范[S].

[3] DL/T1057-2007自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置技術條件[S].

[4] Q/GDW1738-2012配電網(wǎng)規(guī)劃設計技術導則[S].

作者簡介

侯義明，男，中國電力科學研究院，教授級高級工程師，主要研究方向為電力系統(tǒng)自動化。

引文信息

侯義明.變電站消弧線圈大容量改造方案幾個問題的商榷[J].供用電，2016,33(1)：72-75.

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原標題:【設備】侯義明：變電站消弧線圈大容量改造方案幾個問題的商榷