消弧线圈在电网使用中的问题

摘要：通过对配电网中电容电流的分析，阐述了消弧线圈在城乡配电网中的应用，并结合实际生产过程中遇到的问题，阐明了由于消弧线圈容量选择等方面，可能给电网运行带来的问题。

关键词：消弧线圈；自动调谐；电容电流

中图分类号：TM475 文献标志码：B 文章编号：1003-0867(2007)04-0011-02

随着国民经济的不断发展和电力系统的不断完善，电力系统的安全运行及供电的可靠性已显得越来越重要，而中性点接地方式的选择是直接影响以上两个指标的重要因素。我国6～66 kV的配电网中大多采用中性点不接地运行方式，这种方式允许线路在发生单相接地故障时短时间内带故障运行，从而大大提高了系统供电的可靠性。但由于城乡电网的扩大及电缆出线的增多，系统对地电容电流急剧增加，单相接地故障流经故障点的电流较大，电弧不易熄灭，容易产生间隙性弧光接地过电压，同时由于电磁式电压互感器铁芯饱和时，容易引起谐振过电压，导致事故跳闸率上升。

因此为解决上述问题，在电网中采用谐振接地方式，即在中性点装设消弧线圈，当发生单相接地时，消弧线圈产生的感性电流补偿了故障点的电容电流，从而使故障点的残流变小达到自然熄弧。3～10 kV架空线路构成的系统和所有35、66 kV电网，当单相接地故障电流大于10 A时，中性点应装设消弧线圈，3～10 kV电缆线路构成的系统，当单相接地故障电流大于30 A时，中性点应装设消弧线圈。

图1　控制回路图

应用到电网中的消弧线圈自动调谐装置，具有实时检测系统中的电容电流，自动调节消弧线圈的档位等诸多优点，但是有部分在电网中运行的自动调谐装置存在隐患，现结合实例浅析消弧线圈在电网应用中出现的问题。

2006年4月8日13时20分左右，继电保护班接到电话通知：110 kV变电站110 kV内桥100断路器跳闸，110 kV、10 kVⅠ段母线失压,无保护动作信息。13时30分左右继电保护人员到达现场了解了事故的经过，故障发生后，现场仅发现#1主变压器110 kV侧后备保护电压回路断线，内桥100断路器分闸信号。而监控中心在13时6分54秒时记录的信息是直流系统合母、控母过欠压动作，绝缘异常、动作，交流电源故障动作，整流模块故障动作，预告总信号动作，所用电屏#1进线电源消失，UPS故障或异常，10 kV断路器跳闸及加热器回路故障，10 kV II段母线接地告警，100断路器分闸。

继电保护人员与运行人员共同对控制室内设备进行了巡视检查，在检查中发现，充电机屏内的DZWM-2型直流设备，监控装置的直流电源空气断路器在分位，检查设备无问题后，将断路器合上，此时设备发“直流系统接地”信号。于是保护人员用直流接地选线仪，查找直流接地点，当用排除法对馈线屏内所有馈线及监控装置进行检查时，接地信号消失，随后对监控中心故障时记录的“直流系统合母、控母过欠压动作，绝缘异常、动作，交流电源故障动作，整流模块故障动作”信息进行现场模拟时，发现在监控装置的直流电源断路器脱扣时发出的，即直流电源断路器脱扣在先。当天继电保护人员针对现有的监控信息，制定了下一步的检查方案，一组针对10 kV II断路器母线接地告警信息，对10 kV设备进行全面检查；二组针对内桥100断路器分闸检查100断路器，及相关二次回路；三组针对监控装置的直流电源断路器脱扣查找原因。检查过程中，一组发现10 kV II段自动调谐接地补偿装置的交直流熔断器熔断，在对熔断原因进行检查时，发现中间继电器接点和信号继电器线圈烧损，进一步检查后发现，10 kV II段消弧线圈阻尼电阻断线、电阻自动控制接触器主触点与直流线圈绝缘电阻为零、中性点TV二次短路、110 kV内桥100断路器汇控柜信号，负电源对地绝缘击穿。

故障是由中性点阻尼电阻断线引起的。一次系统的阻尼电阻保护过流控制出口ZC2，是由二次系统中的直流线圈回路启动的。ZC2的一次、二次回路在一个模块即阻尼电阻保护控制开关内，当阻尼电阻断线后，10 kV系统接地或不平衡产生的高电压，击穿了距离很近的直流接触器线圈，串入了直流回路。在直流回路中产生危及直流设备绝缘的高电压，击穿绝缘相对薄弱的回路，烧毁了图1和图2中的继电器，同时导致TV二次短路。

监控装置的直流电源空气断路器脱扣就是由于直流系统过电压造成的。

110 kV内桥100断路器跳闸，是由于断路器汇控柜内，直流回路过电压对地绝缘被击穿造成的。

引起中性点阻尼电阻断线的原因：一是消弧线圈阻尼器的容量不满足系统的要求，故障后经实测系统电容电流，已非常接近消弧线圈的额定容量；二是由于系统在大风季节频繁的发生接地，造成阻尼器频繁过载；三是保护控制器损坏、拒动或与阻尼器之间的时间配合较长；四是阻尼器老化。

综上所述，不难发现这种消弧线圈自动调谐装置在电网运行中存在的问题。为了保证电网的安全可靠运行，应该采取适当的防范措施。

如果要从本质上解决问题的话，就是应用新的设计原理的设备，比如消弧线圈阻尼电阻的保护，使用大功率的可控硅。当发生单相接地故障时，依靠阻尼电阻自身电压触发，使阻尼电阻迅速被短接，短接时间远远小于1 ms。故障消失后，可控硅过零自然关断。这种方式不需要将交流和直流电源接入阻尼电阻箱，保证了一次、二次完全隔离，避免一次高压通过阻尼电阻箱，串到工作电源造成重大事故的可能性。

对已应用此类可能发生故障的设备，如果原设备可以加以改进的话，应将启动阻尼箱保护出口的直流接触器更换为交流接触器。

图2　电气主接线图

平时工作中应及时跟踪及测量系统电容电流，若消弧线圈在最大补偿电流档位运行时，而脱谐度仍小于15%，说明消弧线圈容量不能满足要求，应及时报请有关部门处理。

还要注意检查阻尼箱的容量是否与系统匹配，容量不足时要更换大容量的阻尼箱，定期检查消弧线圈阻尼电阻保护控制器的接触器工作是否正常，并且尽量缩短阻尼电阻工作时间。