中性點經消弧線圈接地系統虛假接地的原因淺析

黃駕駕，劉東紅

（義烏市供電局，浙江義烏322000）

中性點經消弧線圈接地系統虛假接地的原因淺析

黃駕駕，劉東紅

（義烏市供電局，浙江義烏322000）

非直接接地系統常采用消弧線圈補償系統單相接地故障電流，有效減少出線因單相接地導致的電纜故障概率，但同時三相電壓不平衡現象（即虛假接地）也有所增加。通過相關計算分析，指出三相負荷不平衡觸發消弧線圈補償系統動作是造成虛假接地的原因，由此提出了應對措施。

非直接接地；消弧線圈；電壓不平衡

當10 kV電纜線路構成的系統中發生單相接地時，消弧線圈的電感電流補償了接地點的電容電流。調整電感電流，就可以使殘流達到足夠小，甚至基本為零，大大減少了流過故障點的電流，有效提高了故障點的滅弧效果，降低了電纜因單相接地故障而損壞的程度。

但中性點經消弧線圈接地系統的三相電壓容易出現類似接地或諧振的不平衡現象（即虛假接地），有必要分析原因加以消除。

1 三相電壓不平衡異常原因的分析

對某變電所運行實際情況的不完全統計，在出現較多次的10 kV母線電壓異常時，拉開接地變或合上10 kV母分開關均使故障有效消失，線路設備經檢查無異常。表1為母線電壓異常現象及處理情況。

目前消弧線圈常用的補償方式是預補償，即在系統發生單相接地前，消弧線圈自動控制已處于最佳補償狀態（即接近完全補償XC=XL），通常是在消弧線圈回路上串聯阻尼電阻以抑制諧振。消弧線圈控制器通過檢測中性點位移電壓，自動控制旁路開關進行短接與投入阻尼電阻。

正常運行中，中性點偏移電壓未達到整定值時，判斷為線路上無單相接地，即斷開旁路開關投入阻尼電阻，整個回路表現為帶阻尼的串聯諧振，抑制諧振。當系統發生單相接地故障時，中性點電壓達到整定值，自動閉合旁路將阻尼電阻短接，消弧線圈的電感與線路對地分布電容構成并聯諧振，補償故障點電容電流。構成的諧振回路也從帶阻尼的串聯諧振轉換為無阻尼的并聯諧振。圖1為經消弧線圈接地系統在正常與單相接地不同狀態下的諧振等效電路。

表1 變電所10 kV母線電壓異常

圖1 經消弧線圈接地的10 kV系統零序分量等效電路

當出現母線三相電壓不平衡時，拉開接地變或合上母分開關即可恢復正常，特別是拉開接地變開關效果尤為明顯。檢查發現在此過程中，接地變電流、無功功率及母線零序電壓（即中性點偏移電壓）明顯增大，一次設備檢查正常。有理由懷疑消弧線圈阻尼電阻在此過程中被誤短接，進行了無功電容電流諧振補償，從而使系統的等效電路從正常態轉換為單相接地狀態，放大了中性點電位的偏移程度，導致三相電壓的不平衡增大。表2為某變電所10 kVⅠ段母線電壓不平衡異常時相關數據情況。

表2 某變電所10 kVⅠ段母線電壓異常數據

2 阻尼電阻被短接的原因分析

中性點非直接接地系統正常運行情況下，由于電流及架空線路還存在分布電容，故其總負載包括相間電容、對地電容、正常負荷，其等效電路如圖2所示。

電容器電容量計算公式：

圖2 中性點非直接接地系統等效電路

式中：C為電容量；ξ為介質系數，僅與絕緣介質材料有關；S為電容的面積，對應電纜及架空線路則應為線路長度與導體有效截面積之積；d為電容極板間的距離，對應線路則為相間導體間距離及對地距離。

從式（1）可知，對于同一條線路，線路三相的長度、相間導體間距及導體與地的距離基本一致，因此，線路三相對地分布電容及相間分布電容值基本一致，不可能存在太大的三相不平衡；對比于線路負載阻抗，分布電容引入的阻抗遠大于負載阻抗，且隨著負荷的增加（即負載阻抗的減小），其影響更小，因此，可將分布電容阻抗并入負載。

對非接地系統電源進行等效變換，為計算中心點位移電位，可對電源進行Δ/Y等效變換，如圖3所示。由于負荷的低壓側采用直接接地方式，所以，m點可作為地電位參考點（0電位），則中性點位移電位Un=-Umn。

圖3 電源經過Δ/Y變換的中性點非直接接地系統等效電路

根據三相電路原理可得出：

假設，僅A相負荷與B，C相不一致，即負載阻抗不一致，設ZB=ZC=Z，ZA=KZ（0≤K≤∝），代入公式（2）可得：

表3 不同K值中性點電壓數據對照

又UA=-（UB+UC）

式（3）經簡化得：

從式（4）可知，中性點位移電位與A相負荷阻抗的不平衡度（即負荷不平衡）有直接的關系。同樣計算可以得出，在三相阻抗均不一致的情況下，中性點將發生偏移，其電位大小與負荷的不平衡度有直接關系。不同K值中性點電壓不平衡情況見表3。

綜上分析，當電網正常運行時，由于三相負荷不完全相等，存在中性點電壓Un，且負荷越不平衡，中性點電壓越大；隨著中性點電壓增大到一定值，則可能觸發消弧線圈控制器，短接阻尼電阻，使消弧線圈與線路對地分布電容形成并聯諧振，進一步放大了中性點電位，造成三相電壓的不平衡增大，形成虛假接地；拉開接地變高壓開關，諧振回路被破壞，三相電壓即可恢復基本正常。由此證明了消弧線圈對此類虛假接地現象有增強作用，同時，也可排除消弧線圈補償容量不足引起虛假接地的可能。

3 應對措施

（1）合理分布三相負荷，特別是單相負荷的平衡分配，在運行中加強電源及線路三相負荷的平衡監測，避免負荷分配不均情況，必要時可以考慮在公變低壓側實時監測三相電流，以便合理調整負荷分配。

（2）合理設置消弧線圈控制器短接阻尼電阻的整定值，在負荷三相不平衡度允許的最大情況下，中性點的位移電壓考慮一定的裕度后作為觸發電壓值。按照式（4），考慮負荷不平衡率為15%，則取K值為0.85，可得此種情況下中性點位移電壓為：

當計算所得中性點位移電壓數值低于線路發生單相接地時的中性點電壓時，可以認為是虛假接地，不進行無功電容電流的補償。經過測量壓變的變比折算即可得到觸發電壓整定值，考慮到電壓的波形特性，波峰段數值將超過有效值，因此，可設置延時觸發，按50 Hz的波形考慮，可以延時1個周波（20 ms）左右觸發消弧線圈進行補償。

通過上述方法，可以減少正常運行中中性點位移偏移度，避免消弧線圈控制器誤觸發動作，有效減少虛假接地的發生；同時，又保留了消弧線圈在線路發生單相接地時的補償作用。

[1]要煥年.電力系統諧振接地[M].北京：中國電力出版社，2000.

[2]劉萬順.電力系統故障分析[M].北京：中國電力出版社，2009.

[3]郭為金，蔡源.發電機消弧線圈的補償方式[J].華東電力，2003（10）:87-88.

[4]DL/T 620-1997交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合[M].北京：中國電力出版社，1997.

（本文編輯：楊勇）

Cause Analysis on Virtual Grounding of Neutral Point Grounding System with Grounded Arc-suppression Coil

HUANG Jia-jia，LIU Dong-hong
（Yiwu Power Supply Bureau，Yiwu Zhejiang 322000，China）

Indirect grounding system often uses arc-suppression coil to compensate single-phase ground fault current to effectively reduce the probability of power cable fault caused by single-phase grounding.In the meantime，it increases three-phase voltage imbalance（hereinafter referred to as virtual grounding）.By calculation and analysis，the paper indicates that three-phase voltage imbalance is caused by arc-suppression compensation action due to hereinafter referred to as virtual grounding.Hence，the paper proposes the countermeasures.

indirect grounding；arc-suppression coil；voltage imbalance

TM726

：B

：1007-1881（2013）01-0014-03

2012-05-01

黃駕駕（1985-），女，浙江義烏人，助理工程師，從事電力系統保護整定工作。