10KV系統中性點的運行方式和消弧線圈

謝宏海

【摘要】文章對10KV系統中性點的運行方式及消弧線圈的原理、設計、使用進行了闡述，并根據峰峰礦區供電公司電網運行方式及現有的消弧線圈設備，提出了正確的操作方法和思路。

【關鍵詞】中性點;消弧線圈

一、10KV系統中性點的運行方式介紹

一般情況下，10KV電力系統中性點是不接地的。這里“中性點”包括變壓器的中性點、電壓互感器的中性點、電容器的中性點等。這種系統叫作中性點不接地系統，中性點不接地系統的好處是，當發生單相接地故障時，雖然接地相對地電壓等于零，非接地的兩相對地電壓升高為線電壓，但是三相電壓之間的關系仍然是對稱不變的，系統中的電氣設備仍然可以繼續運行。

由于系統發生單相接地故障時，非接地相的對地電壓升高到線電壓，所以不接地系統的電氣設備，每相對地絕緣必須按線電壓來設計。

當中性點不接地系統中發生單相接地時，雖然系統中的電氣設備可繼續運行，但是這種電網長期在一直接地狀態下運行，也是不允許的，因為這時非故障相電壓升高，絕緣薄弱點很可能被擊穿，而引起兩相接地短路，將嚴重地損壞電氣設備。所以，在中性點不接地電網中，必須設專門的監察裝置，以使運行人員及時發現一相接地故障，從而切除電網中的故障部分。

二、安裝消弧線圈的原因和作用

在中性點不接地系統中，當接地的電容電流較大時，在接地處引起電弧就很難自行熄滅。在接地處還可能出現所謂的間隙電弧，即周期地熄滅與重燃的電弧。由于電網是一個具有電感和電容的振蕩回路，間隙電弧將引起相對地的過電壓，其數值可達相電壓的（2.5～3）倍。這種過電壓會傳輸到與接地點有直接電連接的整個電網上，引起電網運行狀態的瞬時變化，導致電壓互感器電磁能量飽和，產生電磁諧振，產生弧光過電壓及鐵磁諧振過電壓。弧光接地激發鐵磁諧振全導致電壓互感器嚴重沖擊，引起互感器熔斷管爆炸。常常同時在同一電網的多個不同地點造成。這對電力系統的安全運行及供電的可靠性就造成了很大的影響。

在電壓為10KV的電力網中，單相接地的電容電流不允許大于30A（新規程為不大于10A）。電容電流的大小，是由電網的結構決定的。高壓架空線路越長，電纜越長，單相接地電容電流越大。當單相接地電容電流超過了上述允許值時，可以用中性點經消弧線圈接地的方法來解決（如果該10KV系統主變無有中性點，可以加裝接地變，人為造成中性點）、該系統稱為中性點經消弧圈接地系統。

三、消弧線圈的原理

消弧圈主要由帶氣隙的鐵芯和套在鐵芯上的繞組組成。繞組的電阻很小，電抗很大。消弧圈的電感，可以通過改變接入繞組的匝數來加以調節。在正常運行狀態下，由于系統中性點的電壓是三相不對稱電壓，數值很小，所以通過消弧圈的電流也很小。

當發生一相安全接地時，消弧線圈處在相電壓之下，通過接地處的電流是接地電容電流和線圈電感電流的相量和。因為電感電流和電容電流有180°的相位差，所以在接地處它們互相補償。如果電感電流等于接地電容電流，就沒有電流在接地處通過。實際上，這種完全補償的情況是不允許的，因為可能引起諧振，

在電力網中，一般都采用過補償方式，即單相接地時消弧線圈的電感電流略大于系統一相接地電容電流，使補償后的剩余電流較小。采用過補償方式，即使系統的電容電流突然減少（如某回路切除）也不會引起諧振，而是離諧振點更遠。

選擇消弧線圈的容量，應考慮電網5～10年的發展規劃。一般按正式計算：

W=1.35IcUn/

式中：W—消弧線圈的容量，KVA

Ic—當前系統單相接地電容電流，A

Un—系統標稱電壓，KV

目前我公司消弧線圈容量為300KVA

實際運行中，消弧線圈的電感電流是可調的（目前，我公司消弧線圈有15個檔位，補償電流可調范圍：10-50A）。實測最大運行方式下電網的單相接地電容電流，調節消弧線圈的電感電流，使電感電流略大于電容電流。電感電流補償電容電流的程度叫作脫諧度。公式為：

ū=（Ic-Il）/Ic

式中：ū—脫諧度

Ic—電容電流，A

Il—電感電流，A

當消弧線圈運行于過補償方式時，脫諧度為負值規程要求：脫諧度5%-20% 即調節消弧線圈的電流為電容電流的1.05-1.20倍。

自動調節的消弧線圈，脫諧度可達到5%以下。

消弧線圈補償以后，流過單相接地點的電流（感性）叫作殘流。自動控制的消弧線圈，殘流可小于5A。

另外，在消弧線圈接地點之間串接有電阻箱。正常運行時電阻的作用是加強系統接地點的對地阻抗。當系統出現單相接地故障時，并聯在電阻兩端的可控硅導通，將電阻短接，使消弧線圈正常補償感性電流。當單相接地故障消除以后，可控硅自動截止，使消弧線圈仍然通過電阻接地。

四、消弧線圈運行中的注意事項

（一）電壓互感器開口三角電壓

目前國內均采用電磁式電壓互感器開口三角繞組構成的絕緣監測裝置來監視系統的絕緣狀況，電壓互感器通常采用兩個二次繞組，其中主二次繞組額定相電壓為100/31/2 V，輔助（開口三角）二次繞組額定相電壓為100/3V。

電壓互感器變比：

開口三角電壓：

開口三角電壓反映3倍中性點電壓（零序電壓）。

通常，絕緣監測裝置的電壓整定值為15～30V（即中性點位移電壓為額定相電壓的15%～30%）。若開口三角電壓大于該整定值，則使絕緣監測裝置發出接地信號。

（二）故障判斷

由于絕緣監測裝置是根據開口三角電壓反應3倍中性點電壓（零序電壓）的原理工作的，而實際電網中除單相接地外，還有多種原因，如鐵磁諧振、PT斷線、線路斷線等都會使開口三角繞組兩端出現零序電壓，并可能導致絕緣監測裝置動作。由于此時系統并沒有真正接地，而裝置卻發出了接地信號，這種接地稱為“假接地”，只有準確、快速的判斷故障，才可能及時、準確的處理故障。

（1）PT斷線在某一時刻一般只發生在一個變電站的一段母線;

（2）單相接地時，整個小電流接地系統都將發生相同的電壓變化;

（3）線路斷線時，其兩側電壓有較大區別，線路電流也有明顯變化;

（4）鐵磁諧振時，其電壓變化特征特別突出。

五、我公司消弧線圈裝置的操作

（一）目前，我公司變電站一般為兩臺主變，10KV為雙母線或單母線分段，兩臺消弧線圈裝置分別裝在兩段母線上。消弧線圈為手動調節式。每一臺消弧線圈根據一段母線的最大單相接地電容電流按過補償原則來調節。如果兩段母線并列運行時，因故有一臺消弧線圈不能投運，必須將投運的那一臺消弧線圈按兩段母線的最大單相接地電容電流過補償來調節，以防出現欠補償。

（二）主變和消弧線圈一起停電時，應先拉開消弧線圈的隔離開關，再停主變壓器，送電時相反。

（三）系統中發生單相接地時，禁止操作或手動調節該母線上的消弧線圈，有人值守變電站應監視并記錄下列數值：

⑴接地變壓器和消弧線圈運行情況;

⑵阻尼電阻箱運行情況;

⑶微機調諧器顯示參數：電容電流、殘流、脫諧度、中性點電壓和、分接開關檔位和分接開關動作次數等;

⑷單相接地開始時間和結束時間;

⑸單相接地線路及單相接地原因。

（四）裝置參數設定后應做記錄，記錄設定時間、設定值等，以使分析、查詢。

（五）若巡視中發現下列情況時，應向調度和上級主管部門匯報。

⑴消弧線圈運行在過補償情況下，而脫諧度絕對值小于5%（說明消弧線圈容量裕度很小或沒有裕度）。

⑵中性點位移電壓大于15%相電壓。

⑶消弧線圈、阻尼箱、接地變壓器有異常響聲。

（六）手動調匝消弧線圈切換分接頭位置切換消弧線圈分接頭。

⑴按當值調度員下達的分接頭位置切換消弧線圈分接頭。

⑵切換分接頭前，應確認系統中沒有接地故障，再用隔離開關斷開消弧線圈，裝設好接地線后，才可切換分接頭，并測量直流電阻。

⑶切換分接頭后，應弧線圈導通情況，合格后方可將前弧線圈投入運行。