消弧线圈接地对风电场铁磁谐振过电压抑制的研究

许继变压器有限公司 河南 许昌 461000

0 引言

中性点经消弧线圈接地也称为谐振接地，它利用消弧线圈产生的感性电流抵消单相短路时的容性电弧电流，从而自动消除电网的单相接地故障，从而避免了事故扩大。消弧线圈还可以抑制系统的铁磁谐振过电压的产生，从而提高系统的安全性和可靠性。

我公司所属的风电场近年来陆续在35k V配电网陆续加装自动消弧线圈装置，从多年的运行经验表明，对于提高供电可靠性、抑制过电压、人身安全、设备安全和降低通信干扰、改善电磁环境等方面，具有良好的作用。通过对风电场的消弧线圈的使用效果进行分析，消弧线圈在抑制铁磁谐振过电压方面效果明显，有效地保护了风电场的电压互感器。

1 消弧线圈的基本工作原理

通过在系统中性点接入消弧线圈，当系统发生单相接地时提供感性电流，用以补偿由于系统存在电容而在故障点引起的容性接地电流，使系统的故障接地电流达到最小。其单相接地故障示意图如图1，单相接地等值电路图如图2所示。

我公司所属的风电场加装的自动消弧线圈的系统原理图如图3所示

图3 系统主接线原理图

2 电力系统铁磁谐振过电压分析

在电力系统的振荡回路中，往往由于铁心电感的饱和作用而激发起持续性的幅值较高的过电压，即铁磁谐振过电压。35k V及以下的配电网中存在两种典型的铁磁谐振过电压，分别为断线谐振引起的过电压和PT饱和引起的过电压，统称其为非线性谐振过电压。它具有和线形谐振过电压以及间歇性电弧接地过电压完全不同的特点和性质，在不同参数配合下可能发生基波，分频和高频谐振过电压。

在电力系统中，因导线的折断、断路器非全相动作或严重的不同期操作、高压熔断器的一相或两相熔断等造成系统非全相运行时所出现的铁磁谐振过电压，都属于断线谐振过电压。发生断线时，通常是三相对称电势向三相不对称负载供电，回路较复杂，并有非线性元件，所以，需利用戴维南定理和对称分量法，将三相电路转化为单相等值电路，整理成最简单的LC串联回路，然后，再分析产生谐振的条件，进行计算分析。设有一相导线折断发生断线故障，断线有三种形式：断线不接地、断线电源侧接地、断线负荷侧接地。断线形式的等值电路如图4所示。

图4 系统断线形式的等效电路

在中性点非有效接地系统中，为了监视绝缘状况，风电场变电站母线上通常有Y0接的电磁式电压互感器，即PT。正常运行时，电磁式电压互感器具有很高的励磁阻抗，所以网络对地阻抗仍呈容性，三相基本平衡。在某些切换操作或者在接地故障消失后，它与导线电容或其他设备的杂散电容间形成特殊的三相或单相共振回路，并能激发起各种谐波的铁磁谐振过电压，称为PT饱和过电压。

3 对断线谐振过电压的抑制作用

中性点经消弧线圈并联电阻接地方式下三种断线形式的等值电路如图5所示。

图5 中性点经消弧线圈并联电阻接地方式下三种断线形式等值电路

通过对图5分析可知：发生断线电源侧接地故障时，由于电源的内阻很小中性点接地电阻相当于并联在电网电源的两侧而被短接，所以对于该种情况下的断线谐振过电压的抑制几乎不起作用，故无法消除断线电源侧接地时的断线谐振过电压。

当发生断线负荷侧接地故障时，中性点接地电阻的接入使等值串联谐振回路的损耗加大，使谐振被阻尼掉。对断线不接地，中性点电阻对于电源侧和负荷侧的断线故障所引起的谐振过电压均有一定抑制作用。

4 对PT饱和过电压的抑制作用

从危害性来说，分频谐振过电压是最大的，它会使得大大增加的励磁电流持续时间很长，烧毁互感器的保险丝，互感器严重过热而冒油，甚至爆炸。电压互感器的饱和过电压具有明显的零序性质，配电网中性点接有电阻后，相对固定了电网中性点电位，使之难以升高。

另外，中性点电阻相当于并联在三相对地电容上的旁路电阻，也就相当于在谐振回路中附加了一个相当大的损耗，对限制PT饱和过电压的效果很明显。

5 结论

中性点经消弧线圈并联电阻接地方式中，中性点接地电阻能够有效抑制断线谐振引起的过电压。

中性点经消弧线圈并联电阻接地方式能够有效抑制PT饱和引起的过电压。