经消弧线圈接地方式的分析

刘天林，刘 阳，裴 博，王立杰，马 宁，车强强

（河北钢铁集团沙河中关铁矿有限公司，河北邢台 054100）

0 引言

随着国家经济不断的发展，供配电容量的不断提高。对新建企业的建设标准也在不断更新，现在新建厂区内基本上没有架空线路，厂区内的总降压变电站和各个子级配电室全部采用电缆出线相连。利用电缆进行配电的电网，大大的提高了供电的可靠性，但是同时也带来了新的问题，即企业电网中的对地电容电流不断的增加，对地电容电流的增加容易产生弧光接地，会严重危及电网内部供配电设备的安全运行。

1 单相接地故障的危害

20 世纪80 年代以来，我国的35 kV 配电网开始大面积采用中性点经消弧线圈接地。此类电网在发生单相金属接地故障时，非故障相的对地电压将升高至线电压，但系统中的各相线电压保持不变，对于工作于线电压下的受电设备无较大影响。所以我国国家标准规定，35 kV 的电网在发生单相金属接地故障后允许短时间带故障运行，时间为2 h，大大提高了企业电网的供电可靠性。

根据中性点不接地电力网络进行计算分析。简单来说各个电缆、线路的单相对地和相间可以看成是一种特殊的电容，即成容性负载。当发生单相接地故障（金属接地）时，非故障的两相对地电压由正常时的相电压升高为故障后的线电压，中性点电压由0 升高为相电压。由于故障相的存在三相对地零序电流之和，即对地电容电流之和不再等于零。依据简单电容计算公式C=Q/U，对地的电容电流也由于相电压增高而增大为倍。

当电网中电缆较多时，相应的电网内对地的电容电流之和也要增加（可参考第二部分对地电容电流的计算）。当对地电容电流增加到一定的数值以后，发生单相接地故障时将很容易产生弧光接地。由于对地电容电流较大，故障相电流不能过零自动熄灭。处在弧光接地状态下是靠弧光进行接地，接地是不稳定的，往往伴随着引弧、息弧、复燃等现象，并且会产生弧光过电压。即：在故障相和非故障相引发高频振荡过电压，非故障相过电压幅值一般可达到正常电压的3.5 倍。

2 对地电容电流的估算

由于固体绝缘击穿的积累效应，当系统发生单相弧光接地时，在3.5 倍过电压的持续作用下造成电气设备绝缘的积累性损伤，在非故障相的绝缘薄弱环节造成对地击穿，进而发展成为相间短路事故。单相弧光接地过电压的危害很大，为了合理选择消除弧光接地危害的方法，首先应对企业电网内部对地电容电流进行计算。

计算对地电容电流大小的方法有直接试验法、间接试验法、精确计算法、图表估算法、经验估算法等。最简单方便的是经验估算法，即根据经验公式和本系统内架空线路和电缆线路的长度粗略估算对地电容电流。

2.1 架空电力线路对地电容电流估算法

架空线路对地电容电流近似计算公式为：

式中 U——额定线电压，kV

L——线路长度，km

2.2 电缆线路的对地电容电流估算法

架空线路对地电容电流近似计算公式为：

式中 S——电力电缆的截面积，mm2

九点刚过，丁小强接了一个电话。是布雅兰的电话。丁小强告诉布雅兰晚上不回去了，因为喝多了。当时，他正和杜一朵打牌。他输得只剩下一条裤衩了。看着丁肚腩下的小布包，杜一朵说：“这就是你勤政廉洁的成果吗？”杜一朵还说：“就这么一点小成果，还好意思勾引美女？”

Ue——企业电网的额定电压，kV

上式针对于油浸纸绝缘电力电缆IC，单位为A/km。目前使用广泛的交联聚乙烯绝缘电力电缆，单相对地电容电流比相同的纸绝缘电缆的对地电容电流要大，根据生产厂商提供的参数和现场实验实测数据，数值约增大20%。

根据电力相关规定，10 kV 电缆线路对地电容电流达到30 A 时应该采用消弧线圈接地方式。实际计算电流值时应考虑受电设备的对地电容电流，10 kV 设备增加16%。

特需说明的是，电缆线路的对地电容电流可由试验得到的三相电容值计算得到，而电缆的三相电容值测试是交接试验中的常规项目，因此以上计算的经验公式仅供参考。

3 常用消弧系统的原理

常用的消弧系统有2 种：针对弧光接地现象，将其转变为金属接地的消弧消谐柜；针对系统内部对地电容电流，用电感来抵消对地电容电流的消弧线圈。

3.1 消弧消谐柜的工作原理

消弧消谐柜的工作原理是当企业电网发生弧光接地时，消弧消谐装置判断接地的相别，根据计算结果发出指令使故障相的真空接触器闭合，把企业电网中的弧光接地转变为金属性接地。故障相的对地电压降为零，弧光接地现象消失。

3.2 中性点经消弧线圈接地

消弧线圈的工作原理是当企业电网发生单相接地故障后，故障点流过企业电网中对地电容电流，消弧线圈提供电感性电流进行补偿，使故障点电流降至10 A 以下，可以有效防止过零后不熄弧、电弧复燃等现象，从而达到灭弧的功能。

4 经消弧线圈接地应该注意的问题

在消弧线圈使用的初期时，基本都是手动调节进行定补。随着科技的不断发展，消弧线圈的补偿方式从手动定补发展为了自动补偿，且自动补偿分成了多种模式，如随动补偿、动态补偿、可控硅补偿等。在企业电网实际运行时多数对线圈仅仅采取了巡检、维护、保养等措施，忽略了很多系统性的问题，对企业电网的可靠性产生了隐患。以下是必须注意的问题。

4.1 消弧线圈的容量

消弧线圈在早期所做的容量都比较小，但是企业电网早期的电缆线路也很少。现阶段大部分消弧线圈的生产厂家都可以做到补偿电流为100 A 的消弧线圈。但是当对地电容电流超过100 A 时建议将中性点经消弧线圈接地改为经小电阻接地，以保证企业电网的可靠性。

在企业电网中对于消弧线圈的容量选择一般希望采用过补偿运行，中性点的残流呈现感性。下面根据公式（标幺值计算）计算出脱谐度γ。

当企业电网中接地点电流成容性时易引起串连谐振，造成中性点大的位移和过电压等问题。现在常用的消弧线圈系统基本为自动跟踪补偿式，控制系统都会带有系统电容电流、残流等。在日常的维护保养工作，应该考虑对消弧线圈运行下企业电网中对地电容电流、残流、分接开关的档位等专门进行观察及记录，以防止残流过大时会产生弧光接地。但是，残留过小时会影响零序互感器继电保护的灵敏度，对企业电网运行产生影响。

所以，企业电网初期建设时消弧线圈选用时应考虑选取较大容量的消弧线圈。随着电网的扩大，消弧线圈容量不能满足企业电网要求时，可以考虑更换更大的消弧线圈。但是单台消弧线圈容量不可能无限增大，适当时可以考虑实施分散补偿。

4.2 消弧线圈的并列运行

现在建设单位内部的总降压变电站，为保证供电的安全可靠性多采用单母线分段式，每段母线上都设有一台消弧线圈。当母线并列运行时，应考虑消弧线圈并列的问题。当母线存在多个接地点时，根据谐波分量展开式，3 次谐波电流就可以多个中性点形成的连接通道。发生故障时，当补偿电网中的自振频率和谐波中的某一频率相同时，就会出现谐振现象。2 台消弧线圈同时工作时还要考虑，消弧线圈的从属关系，如果没有从属关系将出现连续不断的调整。另外，企业电网规定，“单个配电网内不允许出现多个接地点”。所以，当母线并列运行时应退出1 个消弧线圈，单消弧线圈运行。

4.3 消弧线圈和消弧消谐柜同时运行

由于目前很多PT 柜成套出产时，柜体都装有消弧消谐装置和小电流选线装置，这样在新建配电室时就会出现中心点经消弧线圈接地的企业电网内消弧消谐柜同时运行的情况。消弧线圈和消弧消谐柜这2 种装置的作用相同，但消弧原理和判断依据不同。企业电网中，对地电容电流较小符合消弧线圈电容要求时，应将消弧消谐柜处于检测位置不运行；当对地电容电流较大时，应将消弧消谐柜改正为运行状态，为消弧线圈的运行提供后备的补充，以实现能用消弧线圈消弧时消弧消谐装置不动作、不能时消弧消谐装置动作。同时运行时应考虑消弧线圈的运行模式、自动调节判断依据等，以与消弧消谐装置配合使用。另外需注意，目前消弧消谐柜运行时常出现故障相判断错误，接地电流过大融管爆炸，导致事故扩大化。所以，消弧线圈和消弧消谐柜同时运行时，还应考虑消弧消谐柜本身质量的问题。

5 结语

综上所述，在企业单位的总降压变电设有的消弧线圈容量，应尽量选用更高一级的，为后续的电网扩大提供保证。消弧线圈和消弧消谐柜同时运行时，应确保消弧消谐装置动作的准确性。由于消弧线圈的存在，发生故障时流经零序互感器的零序电流较小，但对小电流选择接地装置提出了更高的要求。企业电网内的消弧线圈控制装置、消弧装置和接地装置通信合并到一个后台系统，以减少接地故障的排除时间。