淺析中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式

陳 帆 尚 德 馮博修 王 磊

（國(guó)網(wǎng)河南省電力公司洛陽供電公司 河南洛陽 471000）

引言

中性點(diǎn)接地方式是電力系統(tǒng)中的一個(gè)需重點(diǎn)考慮的問題，關(guān)系到電壓等級(jí)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、絕緣水平、供電可靠性等一系列問題。10kV配電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式主要分為小電流接地及大電流接地。小電流接地有經(jīng)消弧線圈接地、經(jīng)高電阻接地及不接地等；大電流接地有直接接地、經(jīng)低電阻接地及低電抗接地等。實(shí)際配電網(wǎng)中使用最多的接地方式主要是不接地、經(jīng)小電阻接地和經(jīng)消弧線圈接地。由于城市配電網(wǎng)電壓等級(jí)較低，為提高電網(wǎng)運(yùn)行可靠性，我國(guó)城市配電網(wǎng)普遍使用中性點(diǎn)不接地方式，在故障情況下可以運(yùn)行2h。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們用電可靠性要求的不斷提高，城市電網(wǎng)規(guī)模日益擴(kuò)大。城市電網(wǎng)規(guī)劃中電纜線路使用越來越多，系統(tǒng)接地電容電流大幅增加，導(dǎo)致單相接地故障時(shí)電容電流增加，接地電弧短時(shí)無法消除，單相接地故障頻發(fā)。中線點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地能有效補(bǔ)償接地電容電流，減小經(jīng)過故障點(diǎn)的零序電流，降低電弧接地過電壓，利于電弧消失。

1 經(jīng)消弧線圈接地單相接地特征

在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中故障點(diǎn)流過的電流過大時(shí)，很容易在故障點(diǎn)引起各種電弧過電壓。為了避免過電壓影響絕緣水平，常常在配電系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地處增加一個(gè)電感補(bǔ)償，電感產(chǎn)生感性電流與原來系統(tǒng)中電纜產(chǎn)生的容性電流疊加，故障接地點(diǎn)的總電流變小，減小電弧電壓利于電弧的熄滅。電感線圈引起配電系統(tǒng)中的每條線路電流發(fā)生很大的變化，如圖1所示的電網(wǎng)，中性點(diǎn)系統(tǒng)經(jīng)過一個(gè)電感接地，當(dāng)線路Ⅱ發(fā)生一相接地短路時(shí)，系統(tǒng)中性點(diǎn)的電壓與接地點(diǎn)的零序電壓-E·A相等，流過電感線圈中的電流為

其中XL——消弧線圈的感抗。

圖1 經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中A相接地時(shí)的電流分布

這個(gè)電感電流經(jīng)過系統(tǒng)接地點(diǎn)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)中其它線路，而非故障線路的容性電流的情況與不接地系統(tǒng)一樣，那么在諧振接地系統(tǒng)中僅是在接地點(diǎn)處增加一個(gè)感性電流，因此流過接地點(diǎn)的總電流為：

消弧線圈接地系統(tǒng)的零序網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。

圖2 經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)零序網(wǎng)絡(luò)示意圖

運(yùn)行中根據(jù)電感線圈對(duì)容性電流的補(bǔ)償?shù)拇笮》譃檫^補(bǔ)償、欠補(bǔ)償和完全補(bǔ)償這三種方式[1]。當(dāng)和相等時(shí)，流過接地點(diǎn)的電流接近于零，認(rèn)為系統(tǒng)處于完全補(bǔ)償。系統(tǒng)采用這種補(bǔ)償方式有利于接地電弧熄滅，防止弧光系統(tǒng)過電壓產(chǎn)生。實(shí)際系統(tǒng)在運(yùn)行中電網(wǎng)頻率為50Hz，這種補(bǔ)償方式時(shí)電感電流和電流電流觸發(fā)串聯(lián)諧振發(fā)生，系統(tǒng)出現(xiàn)諧振過電壓，電壓值很高影響系統(tǒng)絕緣。各線路的對(duì)地電容在實(shí)際并不完全宜陽，但是也會(huì)引發(fā)系統(tǒng)的中性點(diǎn)產(chǎn)生很高的對(duì)地電壓。由于這種原因很少采用完全補(bǔ)償?shù)姆绞健Ｈ绻娙蓦娏鞔笥陔姼须娏鳎到y(tǒng)就處于欠補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)行方式，流過接地點(diǎn)的總故障電流仍是電容性電流。當(dāng)系統(tǒng)檢修切除線路或者故障跳閘時(shí)，線路減少引起電容性電流變小，可能也會(huì)出現(xiàn)電容電流與電感電流相等的情況，所以這種補(bǔ)償方式仍然會(huì)引起串聯(lián)諧振過電壓的產(chǎn)生。所以在運(yùn)行中一般也不采用欠補(bǔ)償?shù)姆绞健．?dāng)電容電流小于電感電流時(shí)，流過接地點(diǎn)的故障總電流為感性電流，當(dāng)系統(tǒng)檢修切除線路或者故障跳閘時(shí)，不會(huì)像其它兩種方法一樣引起系統(tǒng)串聯(lián)諧振過電壓，因此在運(yùn)行中主要使用這種補(bǔ)償方式。

2 消弧線圈的分類

根據(jù)消弧線圈在系統(tǒng)中的運(yùn)行作用和補(bǔ)償方式，主要分為以下兩種：

（1）預(yù)調(diào)式

預(yù)調(diào)式有調(diào)匝式、調(diào)氣隙式等方式[2]。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，提前將消弧線圈的檔位調(diào)到需求位置，如果為了防止發(fā)生串聯(lián)諧振，需要增加串聯(lián)電阻。正常運(yùn)行時(shí)串聯(lián)電阻投入運(yùn)行，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，串聯(lián)電阻短接不運(yùn)行。

（2）隨調(diào)式

隨調(diào)式有高短路阻抗變壓器式等方式。正常運(yùn)行時(shí)將系統(tǒng)的消弧線圈調(diào)節(jié)至諧振范圍以外；當(dāng)發(fā)生單相接地故障后將消弧線圈調(diào)節(jié)至諧振點(diǎn)附近；當(dāng)故障消除后再將消弧線圈調(diào)節(jié)至諧振范圍以外。

3 容量選擇

要根據(jù)整個(gè)電網(wǎng)的接地電容電流值來補(bǔ)償電網(wǎng)消弧線圈容量。選擇時(shí)應(yīng)該考慮電網(wǎng)5年左右的發(fā)展遠(yuǎn)景及過補(bǔ)償運(yùn)行的需要。在進(jìn)行消弧線圈數(shù)量及其配置地點(diǎn)選擇時(shí)，要充分考慮到不同運(yùn)行下電力系統(tǒng)的全部獨(dú)立部分都應(yīng)具備充足的補(bǔ)償度，在滿足這一條件的情況下，數(shù)量應(yīng)盡量減少，從而降低投資及其運(yùn)營(yíng)成本。當(dāng)采用兩臺(tái)及以上時(shí)，應(yīng)盡量選用額定容量不同的消弧線圈，以擴(kuò)大其所能調(diào)節(jié)的補(bǔ)償范圍。消弧線圈應(yīng)盡可能裝在電力系統(tǒng)或它們負(fù)責(zé)補(bǔ)償?shù)哪遣糠蛛娋W(wǎng)送電端，以減少消弧線圈被切除的可能性。通常應(yīng)裝在有不少于兩回線路供電的變電所里，有時(shí)也裝在某些發(fā)電廠內(nèi)。當(dāng)有多臺(tái)變壓器鏈接消弧線圈的情況下，可以把消弧線圈利用隔離開關(guān)分別連接到變壓器的中性點(diǎn)，在進(jìn)行工作時(shí)只有一臺(tái)隔離開關(guān)合上；當(dāng)任一臺(tái)變壓器退出時(shí)，應(yīng)保證消弧線圈不會(huì)退出。

4 補(bǔ)償方式

一直以來消弧線圈補(bǔ)償方式普遍采用手動(dòng)調(diào)節(jié)方式（分接頭切換），很難做到及時(shí)、準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，補(bǔ)償方式常常難以令人滿意，因而亟需改進(jìn)自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償方式。根據(jù)系統(tǒng)電容電流的變化，采用自動(dòng)補(bǔ)償方式能顯著減少調(diào)節(jié)時(shí)間，降低故障時(shí)間，調(diào)節(jié)更準(zhǔn)確，補(bǔ)償效果更好。

5 結(jié)束語

隨著配電網(wǎng)投資規(guī)模的加大，城市配套條件的完善，規(guī)劃區(qū)配電網(wǎng)電纜線路使用成主流趨勢(shì)，電纜線路增加造成線路電容增大，發(fā)生單相接地故障時(shí)接地電流越來越大，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性帶來很大挑戰(zhàn)。中性點(diǎn)接地方式的選擇對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行可靠性意義重大，采用具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的消弧線圈過補(bǔ)償方式，能夠及時(shí)、準(zhǔn)確補(bǔ)償電容電流，避免諧振過電壓帶來的絕緣問題，減小接地電容電流，配合重合閘使用，能有效切除故障，減少停電時(shí)間，提高供電可靠性。因此在城市配電網(wǎng)絡(luò)中建議推廣這種接地方式。