線路接地情況下接地變消弧線圈原理研究

摘要：本文主要目的是研究線路接地情況下接地變消弧線圈原理。首先分析消弧線圈的作用，在此基礎上，對接地變消弧線圈的工作原理、電網瞬間單相接地故障產生的原因進行分析，最后分析安裝接地變壓器的原因以及接地變壓器的特征。為了安裝消弧線圈促使其線路接地，需要安裝一個接地變壓器，建立中性點接地體系。基于此，通過對上述內容進行分析，為工作人員提供理論參考。

關鍵詞：線路接地情況;接地變;消弧線圈

前言

在配電網系統中很容易出現單相接地故障，使整個電網系統不能正常運行。為有效解決這一問題，工作人員采用消弧線圈接地的方式，在35kV變電站中，主變壓器處于不接地工作狀態，因此，為了安裝消弧線圈使其線路接地，還需要安裝一個接地變壓器，建立中性點接地體系，才能保證配電網可以正常、穩定的運行。

1. 消弧線圈的作用

消弧線圈的作用是配電網在發生單相接地故障后，故障點流過的電容電流增加，消弧線圈可以為電力系統提供電感電流，起到相應的補償效果，保證故障點電流降到10A下，有效避免弧光歸零后重燃問題的發生，降低高幅值過電壓出現。消弧線圈是由一個鐵質金屬實心可調電感線圈構成，在發生電網瞬間單相接地故障時，接地電流在消弧線圈的作用可以呈現出電感電流，保證電流可以反方向的傳輸電容電流，將接地電流轉化成為較小的數值，必要情況下可以歸零[1]。這樣做的目的是防止電弧重燃，有效減少過電壓值，保證接地處電弧電路可以正常、穩定的運轉，減少故障發生率。同時，還可以提前預防繼電保護裝置和斷路器動作，保證電力系統的穩定性、安全性。

2.中性點經消弧線圈接地方式的選線原理

（1）首半波保護原理

因為電網瞬間單相接地故障線路中零序電流比線路正常負荷電流小很多，需要幾安培的零序電流，所以在檢測時候比較麻煩。首半波保護原理的自由度、靈敏度更高一些，對于電網瞬間單相接地的反應快，但是有一點需要提醒相關檢測人員，首半波保護原理受接地過渡電阻的影響大，不能反映相電壓較低時的接地故障。

（2）零序功率方向原理

由于故障線路零序電流滯后零序電壓90°，非故障線路零序電流超前零序電壓90°，故障線路的零序電流和非故障線路的零序電流相位相差180°。利用這一工作特點，有效的進行接地保護。對于中性點經消弧線圈接地系統來說，消弧線圈一般是工作在過補償形式中，那么故障線路的電容電流被流經消弧線圈的電感電流所補償，故障線路零序電流超前零序電壓90°，方向和非故障線路基本一致，不能進行全面的保護。

（3）零序電流有功分量方向保護原理

中性點電阻產生的有功電流和故障線路有一定的聯系，但是經過故障線路，就需要選擇接地保護，將零序電壓作為基本參考，取出有功電流，送入后級處理電路[2]。對于中性點經消弧線圈接地系統來講，借助消弧線圈并串聯電阻運行的派生接地手段，在系統發生故障時，故障線路反映的零序電流會增加一部分電感電流，其他部分和電阻接地系統基本吻合。

3.電網瞬間單相接地故障產生的原因

第一，運行人員的失誤操作，導致電網瞬間單相接地故障的發生。

第二，配電網內部產生過電壓，很容易產生電網瞬間單相接地故障。

第三，受到外界因素的破壞，在相關檢修人員對比進行全面檢查的時候，由于自身的工作能力較低，不能有效的進行操作，導致設備受到一定的破壞。

第四，電氣設備本身的絕緣性能較低，因為長時間的暴露在空氣中，很容易出現線路老化，破壞電氣設備本身的絕緣性能。

4.安裝接地變壓器的原因以及接地變壓器的特征

（1）安裝接地變壓器的原因

在電力系統的Δ型接線或者Y型接線中性點無法引出時，選擇一種加接消弧線圈或者電阻的引出中性點，這種變壓器使用曲折型接線，和普通變壓器進行比較，接地變壓器的每相線圈分別繞在兩個磁柱上，通過這種連接方式保證零序磁通延磁柱流通，在普通變壓器中連續磁通是順著漏磁磁路流通的。對此，接地變壓器的零序阻抗基本上處于10歐姆左右，但是普通變壓器的阻抗值不能始終維持在10歐姆左右[3]。結合我們國家規定的具體標準，使用普通變壓器帶消弧線圈時，整個配電網的容量達不到變壓器容量的20%，但是，使用接地變壓器帶動消弧線圈時，可以達到變壓器容量的90%--100%。另外，接地變壓器可以帶動消弧線圈進行二次承載，保證其做到一材多用，減少財力資源的浪費。

（2）接地變壓器的選擇

在選擇接地變壓器時，需要檢驗其容量和消弧線圈容量的配合度，在短短時間內對變壓器進行全面檢測。通常情況下，將接地變壓器分為兩種：一種是帶二次負荷的接地變壓器;另外一種是不帶二次負荷的接地變壓器。通過相關的數據信息顯示，選擇接地變壓器二次負荷繞組的最佳額定容量，以達到二次負荷標準為基本核心，綜合分析接地線電壓損失以及具體的成本造價，從而達到財力資源節約的目標，在此過程中，選擇額定容量最小的二次負荷進行繞組，保證負荷設備的工作可以正常的運轉。

（3）接地變壓器的特征

在電網單相接地故障發生時，一般都是伴隨間歇電弧的出現。另外一方面，故障相的對地電壓為0;非故障相的對地電壓直線增長到線電壓，對地電容電流也在不斷增長，一直增加到原本的1.732倍，在正常運轉的狀態下，故障相整體電容電流會轉變為對地電容電流的3倍。除此之外，在間歇電弧的輔助下，產生的過電壓影響絕緣性能比較薄弱的位置，導致整個配電網的工作受到極大的破壞。

（4）接地變壓器的長處

接地變壓器的基礎要求是——零序阻抗低、空載阻抗高、損失電壓少。通過使用Z型曲線接線繞組手段的變壓器，在接地過程中，將大小相同、方向一致、相反電流，在零序電流產生的零序磁通下，不能在鐵芯內部建立完整的閉合回路，導致連續磁通減少，阻抗降低，這是目前接地變壓器要求最大化的工作性能。

（5）接地變壓器的工作原理

接地變壓器的作用是在系統為Δ型接線或者Y型接線中性點無法引出時，引出中性點用于了解消弧線圈。它通過采用Z型接線，和普通變壓器的區別在于每一相線圈繞在兩個磁柱上，這樣做的優勢在于零序磁通可沿磁住流通，而普通變壓器的零序磁通是通過漏磁磁路流通的，因此，Z型接地變壓器的零序阻抗很小，而普通變壓器要大很多。所以，規程規定，使用普通變壓器帶消弧線圈時，消弧線圈容量要低于變壓器容量的20%，而Z型變壓器則可以帶90%--100%容量的消弧線圈，便于節約財力資源。

結束語

總之，在整個電網體系中采用中性點不接地系統，在配電網單相接地故障情況下還可以繼續工作2小時左右，減少由單相接地發展為同一短路的頻率，有效的降低故障點的接地電流，緩解了電弧熄滅時故障點復原電壓的回升能力，有效的保證消弧線圈可以安全、穩定的運行。接地變壓器借助消弧線圈接地的手段，按照使用人員的基本工作需求，將其設計為低壓繞組形式，輔助配電網的電源輸送。

參考文獻

[1] 劉劍峰， 姜偉， 高偉，等. 配電網單相接地時合環引發的消弧線圈串聯諧振過電壓事件的分析和治理措施[J]. 電氣技術， 2019， 20（2）：3-5.

[2] 林海， 黃瑩雪， 秦忠明，等. 基于零序電流變化特征值和消弧線圈分散補償的接地故障選線方法[J]. 分布式能源， 2020， 5（6）：9-10.

[3] 肖星， 李新海， 周恒，等. 變電站10kV系統中性點消弧線圈并聯小電阻接地技術的研究與應用[J]. 電力設備管理， 2019（10）：5-6.

作者簡介;

劉騏（1992.9.19），性別：男;籍貫：泰安;民族：漢;學歷：研究生、碩士;職稱：工程師;研究方向：電氣工程