浅析中性点经消弧线圈接地方式

陈 帆 尚 德 冯博修 王 磊

（国网河南省电力公司洛阳供电公司 河南洛阳 471000）

引言

中性点接地方式是电力系统中的一个需重点考虑的问题，关系到电压等级、电网结构、绝缘水平、供电可靠性等一系列问题。10kV配电网的中性点接地方式主要分为小电流接地及大电流接地。小电流接地有经消弧线圈接地、经高电阻接地及不接地等；大电流接地有直接接地、经低电阻接地及低电抗接地等。实际配电网中使用最多的接地方式主要是不接地、经小电阻接地和经消弧线圈接地。由于城市配电网电压等级较低，为提高电网运行可靠性，我国城市配电网普遍使用中性点不接地方式，在故障情况下可以运行2h。随着社会经济发展和人们用电可靠性要求的不断提高，城市电网规模日益扩大。城市电网规划中电缆线路使用越来越多，系统接地电容电流大幅增加，导致单相接地故障时电容电流增加，接地电弧短时无法消除，单相接地故障频发。中线点经消弧线圈接地能有效补偿接地电容电流，减小经过故障点的零序电流，降低电弧接地过电压，利于电弧消失。

1 经消弧线圈接地单相接地特征

在中性点不接地系统中故障点流过的电流过大时，很容易在故障点引起各种电弧过电压。为了避免过电压影响绝缘水平，常常在配电系统的中性点接地处增加一个电感补偿，电感产生感性电流与原来系统中电缆产生的容性电流叠加，故障接地点的总电流变小，减小电弧电压利于电弧的熄灭。电感线圈引起配电系统中的每条线路电流发生很大的变化，如图1所示的电网，中性点系统经过一个电感接地，当线路Ⅱ发生一相接地短路时，系统中性点的电压与接地点的零序电压-E·A相等，流过电感线圈中的电流为

其中XL——消弧线圈的感抗。

图1 经消弧线圈接地系统中A相接地时的电流分布

这个电感电流经过系统接地点进入网络中其它线路，而非故障线路的容性电流的情况与不接地系统一样，那么在谐振接地系统中仅是在接地点处增加一个感性电流，因此流过接地点的总电流为：

消弧线圈接地系统的零序网络如图2所示。

图2 经消弧线圈接地系统零序网络示意图

运行中根据电感线圈对容性电流的补偿的大小分为过补偿、欠补偿和完全补偿这三种方式[1]。当和相等时，流过接地点的电流接近于零，认为系统处于完全补偿。系统采用这种补偿方式有利于接地电弧熄灭，防止弧光系统过电压产生。实际系统在运行中电网频率为50Hz，这种补偿方式时电感电流和电流电流触发串联谐振发生，系统出现谐振过电压，电压值很高影响系统绝缘。各线路的对地电容在实际并不完全宜阳，但是也会引发系统的中性点产生很高的对地电压。由于这种原因很少采用完全补偿的方式。如果电容电流大于电感电流，系统就处于欠补偿的运行方式，流过接地点的总故障电流仍是电容性电流。当系统检修切除线路或者故障跳闸时，线路减少引起电容性电流变小，可能也会出现电容电流与电感电流相等的情况，所以这种补偿方式仍然会引起串联谐振过电压的产生。所以在运行中一般也不采用欠补偿的方式。当电容电流小于电感电流时，流过接地点的故障总电流为感性电流，当系统检修切除线路或者故障跳闸时，不会像其它两种方法一样引起系统串联谐振过电压，因此在运行中主要使用这种补偿方式。

2 消弧线圈的分类

根据消弧线圈在系统中的运行作用和补偿方式，主要分为以下两种：

（1）预调式

预调式有调匝式、调气隙式等方式[2]。在系统正常运行时，提前将消弧线圈的档位调到需求位置，如果为了防止发生串联谐振，需要增加串联电阻。正常运行时串联电阻投入运行，当发生单相接地故障时，串联电阻短接不运行。

（2）随调式

随调式有高短路阻抗变压器式等方式。正常运行时将系统的消弧线圈调节至谐振范围以外；当发生单相接地故障后将消弧线圈调节至谐振点附近；当故障消除后再将消弧线圈调节至谐振范围以外。

3 容量选择

要根据整个电网的接地电容电流值来补偿电网消弧线圈容量。选择时应该考虑电网5年左右的发展远景及过补偿运行的需要。在进行消弧线圈数量及其配置地点选择时，要充分考虑到不同运行下电力系统的全部独立部分都应具备充足的补偿度，在满足这一条件的情况下，数量应尽量减少，从而降低投资及其运营成本。当采用两台及以上时，应尽量选用额定容量不同的消弧线圈，以扩大其所能调节的补偿范围。消弧线圈应尽可能装在电力系统或它们负责补偿的那部分电网送电端，以减少消弧线圈被切除的可能性。通常应装在有不少于两回线路供电的变电所里，有时也装在某些发电厂内。当有多台变压器链接消弧线圈的情况下，可以把消弧线圈利用隔离开关分别连接到变压器的中性点，在进行工作时只有一台隔离开关合上；当任一台变压器退出时，应保证消弧线圈不会退出。

4 补偿方式

一直以来消弧线圈补偿方式普遍采用手动调节方式（分接头切换），很难做到及时、准确调节，补偿方式常常难以令人满意，因而亟需改进自动跟踪补偿方式。根据系统电容电流的变化，采用自动补偿方式能显著减少调节时间，降低故障时间，调节更准确，补偿效果更好。

5 结束语

随着配电网投资规模的加大，城市配套条件的完善，规划区配电网电缆线路使用成主流趋势，电缆线路增加造成线路电容增大，发生单相接地故障时接地电流越来越大，对系统的运行可靠性带来很大挑战。中性点接地方式的选择对于系统运行可靠性意义重大，采用具有自动调节功能的消弧线圈过补偿方式，能够及时、准确补偿电容电流，避免谐振过电压带来的绝缘问题，减小接地电容电流，配合重合闸使用，能有效切除故障，减少停电时间，提高供电可靠性。因此在城市配电网络中建议推广这种接地方式。