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变电所规划中接地变、消弧线圈及主动补偿设备的原理和挑选

电力是人们出产与日子过程中不行短少的重要根底动力,变电所是发电企业将电力转变为电能的重要场所,为了确保变电所运转的安全,在对变电所进行规划的过程中往往需求设置接地变压器、消弧线圈与主动补偿技能,然后向人们或许工厂供给足够的电能。本文对此进行全面剖析,以供参阅。

  1 问题提出

  跟着城市建造开展的需求和供电负荷的添加,许多当地正在城区建造110/10kV终端变电所,一次侧选用电压110kV进线,跟着城网改造中杆线下地,城区10kV出线绝大多数为架空电缆出线,10kV配电网络中单相接地电容电流将急剧添加,依据国家原电力工业部《沟通电气设备的过电压维护和绝缘协作》规则,3-66KV体系的单相接地毛病电容电流超越10A时,应选用消弧线圈接当地法。一般的110/10kV变电所,其变压器低压侧为△接线,体系低压侧无中性点引出,因而,在变电所规划中要考虑10kV接地变、消弧线圈和主动补偿设备的设置。

  2 10kV中性点不接地体系的特色

  挑选电网中性点接当地法是一个要考虑许多要素的问题,它与电压等级、单相接地短路电流数值、过电压水平、维护配备等有关。并直接影响电网的绝缘水平、体系供电的牢靠性和接连性、主变压器和发电机的安全运转以及对通信线路的搅扰。10kV中性点不接地体系(小电流接地体系)具有如下特色:当一相发作金属性接地毛病时,接地相对地电位为零,其它两相对地电位比接地前升高√3倍,一般情况下,当发作单相金属性接地毛病时,流过毛病点的短路电流仅为悉数线路接地电容电流之和其值并不大,宣布接地信号,值勤人员一般在2小时内挑选和扫除接地毛病,确保接连不间断供电。

  3 体系对地电容电流超支的损害

  实践标明中性点不接地体系(小电流接地体系)也存在许多问题,跟着电缆出线增多,10kV配电网络中单相接地电容电流将急剧添加,当体系电容电流大于10A后,将带来一系列损害,详细体现如下:

  3.1当发作间歇弧光接地时,或许引起高达3.5倍相电压(见参阅文献1)的弧光过电压,引起多处绝缘单薄的当地放电击穿和设备瞬间损坏,使小电流供电体系的牢靠性这一长处大受影响。

  3.2配电网的铁磁谐振过电压现象比较遍及,经常发作电压互感器焚毁事端和熔断器的频频熔断,严峻威胁着配电网的安全牢靠性。

  3.3当有人误触带电部位时,因为遭到大电流的炙烤,加剧了对触电人员的损伤,乃至伤亡。

  3.4当配电网发作单相接地时,电弧不能自灭,很或许损坏周围的绝缘,开展成相间短路,构成停电或损坏设备的事端;因小动物构成单相接地而引起相间毛病致使停电的事端也时有发作。

  3.5配电网对地电容电流增大后,对架空线路来说,树线对立比较突出,尤其是雷雨时节,因单相接地引起的短路跳闸事端占很大份额。

  4 单相接地电容电流的核算

  4.1空载电缆电容电流的核算方法有以下两种:

  (1)依据单相对地电容,核算电容电流(见参阅文献2)。

  Ic=3×UP×ω×C×1034-1

  式中:UP━电网线电压(kV

  C━单相对地电容(F

  一般电缆单位电容为200-400pF/m左右(可查电缆厂家样本)。

  (2)依据经历公式,核算电容电流(见参阅文献3)。

  Ic=0.1×UP×L4-2

  式中:UP━电网线电压(kV

  L━电缆长度(km

  4.2架空线电容电流的核算有以下两种:

  (1)依据单相对地电容,核算电容电流(见参阅文献2)。

  Ic=3×UP×ω×C×1034-3

  式中:

  UP━电网线电压(kV

  C━单相对地电容(F

  一般架空线单位电容为5-6pF/m

  (2)依据经历公式,核算电容电流(见参阅文献3)。

  Ic=2.73.3)×UP×L×10-34-4

  式中:

  UP━电网线电压(kV

  L━架空线长度(km

  2.7━系数,适用于无架空地线的线路

  3.3━系数,适用于有架空地线的线路

  同杆双回架空线电容电流(见参阅文献3):Ic2=1.3~1.6Ic1.3-对应10KV线路,1.6-对应35KV线路,Ic-单回线路电容电流)

  4.3变电所添加电容电流的核算(见参阅文献3

额外电压(KV) 

6 

10 

35 

增大率(%) 

18 

16 

13 

  经过4-24-4比较得出电缆线路的接地电容电流是平等长度架空线路的37倍左右,所以在城区变电站中,因为电缆线路的日益增多,配电体系的单相接地电容电流值是相当可观的,又因为接地电流和正常时的相电压相差90°,在接地电流过零时加在弧隙两头的电压为最大值,构成毛病点的电弧不易平息,常常构成平息和重燃替换的空隙性和稳定性电弧,空隙性弧光接地能导致风险的过电压,而稳定性弧光接地会开展成相间短路,危及电网的安全运转。

  5 传统消弧线圈存在的问题

  当366KV体系的单相接地毛病电容电流超越10A时,应选用消弧线圈接当地法,经过核算电网当时脱谐度(ε=IL-IC/IC·100%)与设定值的比较,决议是否调理消弧圈的分接头,曩昔选用的传统消弧线圈有必要停电调理档位,在运转中暴露出许多问题和危险,详细体现如下:

  5.1因为传统消弧线圈没有主动丈量体系,不能实时丈量电网对地电容电流和位移电压,当电网运转方法或电网参数改动后靠人工预算电容电流,差错很大,不能及时有效地操控残流和按捺弧光过电压,不易到达最佳补偿。

  5.2传统消弧线圈按电压等级的不同、电网对地电容电流巨细的不同,选用的调理级数也不同,一般分五级或九级,级数少、级差电流大,补偿精度很低。

  5.3调谐需求停电、退出消弧线圈,失去了消弧补偿的接连性,呼应速度太慢,危险较大,只能习惯正常线路的投切。假如遇到体系反常或事端情况下,如体系毛病低周低压减载切除线路等,来不及进行调整,易构成失控。若此刻正碰上电网单相接地,残流大,正需求补偿而跟不上,简单发作过电压而损坏电力体系绝缘单薄的电器设备,引起事端扩展、落井下石。

  5.4因为消弧线圈按捺过电压的效果与脱谐度巨细相关,实践标明:只要脱谐度不超越±5%时,才能把过电压的水平约束在2.6倍的相电压以下(见参阅文献1),传统消弧线圈则很难做到这一点。

  5.5运转中的消弧线圈不少容量缺乏,只能长时间在欠补偿下运转。传统消弧线圈大多数没有阻尼电阻,其与电网对地电容构成串联谐振回路,欠补偿时遇电网断线毛病易进入全补偿状况(即电压谐振状况),这种过电压对电力体系绝缘所体现的损害性比由电弧接地过电压所发作的损害更大。既要操控残流量小,易于熄弧;又要操控脱谐度确保位移电压(U0=0.8U/d2+ε2(见参阅文献3)不超支,这对对立很难处理。鉴于上述要素,只好选用过补偿方法运转,补偿方法不灵敏,脱谐度一般到达15%-25%,乃至更大,这样消弧线圈按捺弧光过电压效果很差,简直与不装消弧线圈相同。

  5.6单相接地时,因为补偿方法、残流巨细不明确,用于挑选接地回路的微机选线设备愈加难以作业。此刻不能依据残流巨细和方向或选用及时改动补偿方法或调档改动残流的方法来精确选线。该设备只能依托含量极低的高次谐波(小于5%)的巨细和方历来判别,精确率很低,这也是曩昔小电流选线设备存在的问题之一。

  5.7为了进步我国电网技能和配备水平,国家正在大力推广电网通讯主动化和变电站归纳主动化的科技政策,完成四遥(遥信、遥测、遥调、遥控),然后完成无人值勤,传统消弧线圈底子不具备这个条件。

  6 主动盯梢消弧线圈补偿技能

  依据供配电网小电流接地体系对地电容电流超支所发作的影响和投运传统消弧线圈存在问题的剖析,应选用主动盯梢消弧线圈补偿技能和配套的单相接地微机选线技能。泰兴供电局选用的接地变为上海思源电气有限公司出产的DKSC系列的,消弧线圈为该厂出产的XHDC系列的,主动调和谐选线设备为该厂出产的XHK系列,全套设备包含:中性点阻隔开关GZ型接地变压器B(体系有中性点可不必)、有载调理消弧线圈L、中性点氧化锌避雷器MOA、中性点电压互感器PT、中性点电流互感器CT、阻尼限压电阻箱R和主动调和谐选线设备XHK-II。  

  6.1接地变压器

  接地变压器的效果是在体系为△型接线或Y型接线中性点无法引出时,引出中性点用于加接消弧线圈,该变压器选用Z型接线(或称弯曲型接线),与一般变压器的差异是每相线圈别离绕在两个磁柱上,这样衔接的长处是零序磁通可沿磁柱流转,而一般变压器的零序磁通是沿着漏磁磁路流转,所以Z型接地变压器的零序阻抗很小(10Ω左右),而一般变压器要大得多。因而规程规则,用一般变压器带消弧线圈时,其容量不得超越变压器容量的20%,而Z型变压器则可带90%100%容量的消弧线圈,接地变除可带消弧圈外,也可带二次负载,可替代所用变,然后节约出资费用。

  6.2有载调理消弧线圈

  (1)消弧线圈的调流方法:一般分为3种,即:调铁芯气隙方法、调铁芯励磁方法和调匝式消弧线圈。现在在体系中投运的消弧线圈多为调匝式,它是将绕组按不同的匝数,抽出若干个分接头,将本来的无励磁分接开关改为有载分接开关进行切换,改动接入的匝数,然后改动电感量,消弧线圈的调流规模为额外电流的30100%,相邻分头间的电流数按等差级数摆放,分头数按相邻分头间电流差小于5A来确认。为了削减残流,添加了分头数,依据容量不同,现在有9档—14档,因而作业牢靠,可确保安全运转。消弧线圈还外附一个电压互感器和一个电流互感器。

  (2)消弧线圈的补偿方法:一般分为过补、欠补、最小残流3种方法可供挑选。

  a.欠补:指运转中线圈电感电流IL小于体系电容电流IC的运转方法。当0IC-ILId,(Id为消弧线圈相邻档位间的级差电流),即当残流为容性且残流值≤级差电流时,消弧线圈不进行调档。若对地电容发作改动不满意上述条件时,则消弧线圈将向上或向下调理分头,直至从头满意上述条件停止。

  b.过补:指运转中电容电流IC小于电感电流IL的运转方法。当IC-IL0,且│IC-IL│≤Id,即在残流为理性且残流值≤级差电流时,消弧线圈不进行调档。若对地电容发作改动不满意上述条件时,则消弧线圈的分接头将进行调理,直至从头满意上述条件停止。

  c.最小残流:在│IC-IL│≤1/2Id时,消弧线圈不进行调理;当对地电容改动,上述条件不满意时进行调理,直至满意上述条件。在这种运转方法下,接地残流或许为容性,也或许为理性,有时乃至为零(即全补),但因为加装了阻尼电阻,中性点电压不会超越15%相电压。

  6.3限压阻尼电阻箱

  在主动盯梢消弧线圈中,因调理精度高,残流较小,挨近谐振(全补)点运转。为防止发作谐振过电压及习惯各种运转方法,在消弧线圈接地回路应串接阻尼电阻箱。这样在运转中,即便处于全补状况,因电阻的阻尼效果,防止发作谐振,并且中性点电压不会超越15%相电压,满意规程要求,使消弧线圈能够运转于过补、全补或欠补任一种方法。阻尼电阻可选用片状电阻,依据容量选用不同的阻值。当体系发作单相接地时,中性点流过很大的电流,这时有必要将阻尼电阻选用电压、电流两层维护短接。

  6.4调和谐选线设备

  主动调和谐选线设备是整套技能的要害部分,一切的核算和操控由它来完成,操控器实时丈量出体系对地的电容电流,由此核算出电网当时的脱谐度ε,当脱谐度误差超出预订规模时,经过操控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订规模内停止。体系发作单相接地时,将体系PT二次开口三角处的零序电压及各回路零序电流收集下来进行剖析处理,经过视在功率、零序阻抗改动、谐波改动、五次谐波等选线算法来进行选线。

  6.5阻隔开关、电压互感器

  阻隔开关设备消弧线圈前,用于投切消弧线圈,因为消弧线圈内的电压互感器不满意丈量精度,需另设中性点电压互感器丈量中性点电压。

  7 主动盯梢消弧线圈补偿技能的功能和特色

  7.1该设备在正常运转中每隔3S(秒)对体系电容电流、残流进行丈量核算,依据丈量成果操控消弧线圈升降档,使残流(脱谐度)保持在最小,丈量时不需进行调档打听,具有呼应速度快、有载开关寿命长、盯梢精确的长处。

  7.2过补、欠补、最小残流3种运转方法任选,可在现场依据需求随时设定改动。

  7.3在最小残流方法下运转,可使补偿后的接地残流≤3%额外电流(即消弧线圈最大电流)。

  7.4消弧线圈串联电阻方法,可约束全补时中性点位移电压<15%相电压,防止谐振,满意了运转规程要求。

  7.5依据企业电网的电压和容量等级,按照测出的体系电容电流等详细参数,可选用适宜类型规范的成套设备,该技能习惯面大。

  7.6该技能包含的微机选线维护设备选用特别的多种算法,可快速精确显现单相接地线路。

  8 .接地变压器、消弧线圈容量和额外电流的确认

  8.1依据架空线或电缆参数核算公式核算电容电流Ic

  8.2消弧线圈容量的确认(见参阅文献3

  Q=K×Ic×UP/38-1

  式中:K—系数,过补偿取1.35

  Q—消弧线圈容量,kVA

  8.3消弧线圈容量及额外电流的挑选

  依据最大电容电流Ic,确认相应的消弧线圈容量及额外电流,使最大补偿电感电流满意要求。

  8.4接地变压器容量挑选

  接地变除可带消弧圈外,兼作所用变。

  式中:

  Q—消弧线圈容量,kVA

  S—所变容量,kVA

  Ф—功率要素角,°

  SJ—接地变容量,kVA

  例如某110kV变电所,二台主变,10kV单母线分段,共24回电缆出线,两套设备补偿,一回电缆均匀长度按2kM核算,所变容量100kVACOSФ=0.8.依据式(4-1)或式(4-2)有:

  Ic=0.1×UP×L

  =0.1×10.5×2×12=25.2A

  变电所添加电容电流为16%Ic=25.2×1.16=29.23A

  依据式(8-1):

  Q=K×Ic×UP/3

  =1.35×29.23×10.5/3

  =239kVA

  依据消弧线圈容量系列性及最大电容电流Ic,确认相应的Q=300KVA,补偿电流调理规模为2550A

  依据式(8-2):

  因而整套设备,可调电抗器选用了类型为XHDCZ-300/10/25-50A(九档),容量为300kVA,体系电压10kV,额外电压6.062kV,补偿电流调理规模为25-50A.接地变压器选用了类型为DKSC-400/100/10.510.5±5%、容量为400kVA,二次容量为100kVA,体系电压10.5kV

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