马莲台煤矿变电站电容电流治理方案

马莲台煤矿变电站电容电流治理方案北京丹华昊博电力科技有限公司2011年2月28日2目录一、马莲台煤矿变电站10KV系统电容电流问题现状................................3二、解决方案所需设备.........................................................3三、解决方案所需的基本步骤概述及所涉及设备的功能.............................51．电容电流补偿流程概述...................................................52．计算系统接地电容电流...................................................63．使用消弧线圈补偿接地电流...............................................64．消弧线圈与综合自动化系统的通信.........................................65．消弧线圈的消谐功能.....................................................66．消弧线圈的自检.........................................................61．总体构成...............................................................72．遵循主要标准...........................................................83．Z型接地变压器.........................................................94．8421并联电抗器组合式消弧线圈..........................................95．消弧线圈自动调谐控制器................................................116．控制屏................................................................127．消弧线圈、选线装置设备参数............................................12四、消弧线圈自动调谐原理....................................................133一、马莲台煤矿变电站10KV系统电容电流问题现状马莲台煤矿变电站10kV系统母线采用单母分段运行，有18条出线，根据马莲台煤矿变电站现场信息：Ⅰ段母线电容电流值大概为110A，Ⅱ段母线的电容电流值大概为110A，将两段母线电容电流值相加得到系统电容电流值大概为220A。并且还将随着煤矿巷道的延伸继续增大。而电容电流过大，将会对井下人员及矿井电力系统安全造成严重威胁。为此，《煤矿安全规程》2010年版第九章第四百五十七条规定：矿井高压电网，必须采取措施限制单相接地电容电流不超过20A。依据马莲台煤矿变电站电缆长度计算以及现场实测，该10kV电网系统的电容电流已经超标，需要采取措施加以限制。马莲台煤矿变电站配电系统多为交联聚乙烯电缆线路，系固体绝缘电缆，较油浸绝缘电缆的对地电容要大。且绝缘的损伤因不能自愈，容易形成绝缘的薄弱环节，较大的电容电流在此处易造成对地击穿，产生弧光接地，形成弧光接地过电压，引发单相间歇性弧光接地产生。当中性点非直接接地系统发生此类单相间歇性弧光接地（以下简称“弧光接地”）故障时，由于电弧多次不断的熄灭和重燃，导致系统对地电容上的电荷多次不断的积累和重新再分配，这在非故障相的电感—电容回路上极易引发高频振荡过电压。以电缆线路为主的供电电网，绝缘击穿或电弧重燃时过渡过程中的高频电流，可达数百安培甚至上千安培，给供电系统安全运行造成威胁。在此弧光接地时，非故障相的过电压可达到3倍以上。单相接地时的电弧电流对电缆故障点的破坏，主要表现在：1．燃弧点的弧光可产生数千兆焦的能量，温度高达5000K以上，将会烧伤导线，甚至导致断线事故。2．此时若电弧不能很快熄灭，则在风吹、电动力、热气流等因素的影响下，将会发展成为相间弧光短路事故。二、解决方案所需设备马莲台煤矿变电站共有两段母线，每段母线安装消弧线圈一套，自动调谐控制器一套，使用“一控二”方式，控制两套消弧线圈，。配置如下表所示。4马莲台煤矿变电站电容电流治理方案所需设备序号设备名称型号及规格单位数量备注1接地变压器DKSG-900kVA/10.5kV台2干式2消弧线圈KA2003-XH-8421-900/10.50-148A套2干式杜邦纸绝缘，分体式消弧线圈3自动调谐控制器KA2003-XH-8421台1一控二，Windowsce操作系统4真空接触器JCZ1-12/400AC220V4K2B台1010kV5隔离开关GN19-12/630只2单极10kV6避雷器HY5WZ2-17/50只12站用7控制屏PK-10面1标配8中性点CTLZZB9-10200/5A个2环氧浇注0.5级9中性点PTJDZJ-1010kV/100V个2环氧浇注0.5级10箱式外壳户内全封闭台2户内以上部分，为2套消弧线圈组成部分5三、解决方案所需的基本步骤概述及所涉及设备的功能1．电容电流补偿流程概述当线路正常运行时，装置通过有效的方法计算出系统的接地电容电流，当发生单相接地故障时，并联电抗器组合式消弧线圈投入，补偿接地电流，如果发生弧光接地，可有效熄灭弧光，并阻止弧光重燃，使系统重新回到正常的运行状态。同时，小电流接地系统单相接地故障选线装置准确进行选线。其流程图如图2-1所示。图2-1电容电流补偿流程图正常状态计算系统接地电流投入消弧线圈补偿接地电流选线装置进行选线发生单相接地故障弧光接地：熄灭弧光并阻止弧光重燃其他接地：限制和减小接地电流防止发生弧光接地62．计算系统接地电容电流在系统正常运行时，须将系统的接地电容电流计算出来，以便消弧线圈控制器根据用户指定的残流或脱谐度要求得到电抗器的组合方案。此项工作可由消弧线圈自动调谐控制器完成，具体的计算方法将在后面阐述，消弧线圈自动调谐控制器会自动跟踪测量系统的电容电流。3．使用消弧线圈补偿接地电流在中性点非直接接地系统中，当发生单相金属性接地或者高阻接地，如果不及时补偿接地电流，会逐渐演变为弧光接地。一旦发生弧光接地，极易对供电系统安全运行造成威胁，因此需要使用消弧线圈进行补偿，通过限制和减小接地电流熄灭弧光并阻止弧光重燃，来保证系统安全运行。4．消弧线圈与综合自动化系统的通信可与综合自动化系统通过RS232、RS485接口进行通信，需要综自厂家进行简单配合，通信采用CDT标准规约。5．消弧线圈的消谐功能消弧线圈投入之后，改变了零序电流的通路，防止PT饱和。可以有效抑制铁磁谐振发生。6．消弧线圈的自检消弧线圈具有完善的自检功能，分为定时自检和动作时反馈信号进行自检。a)消弧线圈定时自检：消弧线圈控制器实时检测CPU、内存的运行状况。b)动作时反馈信号自检：消弧线圈动作时，对一次设备高压真空接触器发出动作指令，通过检测真空接触器的反馈信号来检查真空接触器动作是否正确，从而对一次设备进行自检。7方案所需装置构成1．总体构成图3-1成套装置示意图成套装置由：①Z型接地变压器（当系统具有中性点时可不用）②8421并联电抗器组合式消弧线圈及高压真空接触器、③消弧线圈自动调谐控制器、④控制屏等部分组成。整体联结如图3－1所示。消弧线圈成套装置技术参数：1）消弧线圈额定容量：900kVA2）消弧线圈补偿电流变化范围：0-148A3）绝缘结构：干式4）电容电流测量误差:5%5）残流不超过：4.8A6）脱谐度不超过：10%7）安装点电网中性点位移电压小于标称相电压的10%。8）伏安特性：在0～110%额定电压范围内线性度良好9）接地响应时间：小于20ms82．遵循主要标准1)消弧线圈DL/T620《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》GB6451《干式式三相电力变压器技术参数和要求》GB10229《电抗器》GB1094.1～5《电力变压器》GB311.1～6《高压输变电设备的绝缘配合高电压试验技术》GB763《交流高压电器在长期工作时的发热》GB2706《交流高压电器动热稳定的试验方法》GB7328《电力变压器和电抗器的声级测定》GB11022《高压开关设备通用技术条件》IEC289《电抗器》IEC214《有载分接开关》GB10237《电力变压器绝缘水平和绝缘试验外绝缘的空气间隙》GB50150《电气装置安装工程电气设备交接试验标志》GB7449《电力变压器和电抗器的雷电冲击和操作冲击试验导则》GB13499《电力变压器应用导则》GB/T16927《高压试验技术》GB/T14549《电能质量公用电网谐波》GB/T17626.2～12《电磁兼容试验和测量技术》GB11032《交流系统用无间隙金属氧化物避雷器》GB191《包装储运图示标志》93．Z型接地变压器接地变压器的作用是在系统为△型接线或Y型接线中性点未引出时，用于引出中性点连接消弧线圈。接地变压器采用Z型接线（或称曲折型接线），即每一相线圈分别绕在两个磁柱上，两相绕组产生的零序磁通相互抵消，因而Z型接地变压器的零序阻抗很小（＜10Ω），而普通变压器要大得多。因此规程规定，用普通变压器带消弧线圈时，消弧线圈容量不得超过变压器容量的20%，而Z型变压器则可带90%－100%容量的消弧线圈，可以节省投资。接地变压器除可带消弧线圈外，也可带二次负载，做站用变使用。主要技术参数：1)相数:三相2)绝缘结构：干式3)电压组合10.5±2×2.5％kV4)接线组别ZNyn115)冷却方式油冷/自然冷却6)额定容量900kVA/10.5kV7)额定中性点电流148A8)阻抗电压4％9)空载损耗≤1.2kW10)负载损耗≤0.3kW11)空载电流0.3%12)爬电比距（最高工作电压下）25mm/kV13)温升：100K14)耐热等级：F4．8421并联电抗器组合式消弧线圈8421并联电抗器组合式消弧线圈结构如图3-2所示，L1、L2、L3、L4为电抗器，其容量按1:2:4:8分配，K1、K2、K3、K4为高压接触器，当接触器闭合时，相应的电抗器投入电网；当接触器断开时，相应的电抗器退出电网。这样消弧线圈具有0000～1111之间变化的16个档位，如果为了进一步减小级差，可以采用5个电抗器，使消弧线圈具有32个档位。高压接触器耐压高、运行稳定、控制简单、速度快（我公司的高压接触器动作时间小于20ms)，完全满足现场要求。消弧线圈采用“随调”的运行方式，正常运行时真空接触器都处于断开状态，即电抗器都退出系统，发生单相接地后快速投入电抗器，达到全补偿熄弧。10接地变压器隔离开关8421并联电抗器K1K2K3K4L1L2L4L8B1B2B3B4图3-2并联电抗器示意图主要技术参数：1)绝缘结构：干式2)额定容量：900kVA3)额定电压：10.5kV4)电流调节范围：0-148A5)电流调节方式：8421随调6)分级调节档位数：31档7)相数：单相8)绝缘水平：工频(1min)耐受电压：35kV（有效值），雷电冲击耐受电压：86kV9)外绝缘爬电比距：25mm/kV10)绝缘油：克拉玛依#25变压器油（干式绝缘无此项）11)噪音：离本体2米处，≤55dB12)冷却方式：自冷13)最大电流档至少连续运行2小时。14)消弧线圈装置产生的谐波电流分量符合GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》有关规定。15)其他要求满足GB10229《电抗器》第七篇“消弧线圈”的要求。115．消弧线圈自动调谐控制器（1）自动调谐控制器特点采用4U机箱，整套设备集中、紧凑、密封性好、扩展性强、便于维护。前板