揭阳供电局电力调度控制中心
摘要：针对10kV配电网系统规模的不断扩大及电缆馈线回路的增加，单相接地电容电流也在不断的增大，改造电网中性点接地方式、合理选择电网中性点接地方式，已是关系到电网运行可靠性关键的技术问题，文中就10kV电网的中性点经消弧线圈接地方式进行分析和探讨。
关键词：10kV配电网中性点接地；消弧线圈
前言：
在选择电力网中性点接地方式是一个综合性问题，需要考虑以下几方面：①供电可靠性；②与设备制造和建设投资息息相关的电网绝缘水平与绝缘配合；③对继电保护和自动装置等的影响；④对通讯和信号系统的干扰；⑤对系统稳定的影响。
电力系统中实际采用的中性点接地方式，按主要运行特性划分，可分为有效接地系统和非有效接地系统两大类。
有效接地系统也称大电流接地系统，其划分标准是系统的零序电抗X0 和正序电抗X1 的比值X0/X1≤3，且零序电阻R0 和正序电阻R1 的比值R0/R1≤1。这类接地系统的优点是内部过电压较低和可以降低设备的绝缘水平，从而大幅度节约投资，在110kV 及以上电压系统得到普遍应用。
非有效接地系统也称小电流接地系统，其划分标准是系统的零序电抗X0 和正序电抗X1 的比值X0/X1>3，且零序电阻R0 和正序电阻R1 的比值R0/R1>1。这类接地系统的优点是供电可靠性较高，在绝缘投资所占比重不大的110kV 以下配电网中普遍采用。此类接地系统，包括中性点不接地系统、中性点经消弧线圈接地及中性点经高电阻接地等方式。
一、概述
我国10kV电压等级配电网多为中性点不接地系统，在电网发生单相接地时，不会跳闸，仅有不大的容性电流流过，允许继续运行一段时间。但是随着电网的发展，特别是采用电缆线路的用户日益增加，使得系统单相接地时容性电流不断增加，接地弧光不易自动熄灭，容易产生间隙弧光过电压，进而造成相间短路，导致电网内单相接地故障扩展为事故。我国电力行业标准DL/T 620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定；3~10 kV架空线路构成的系统和所有35 kV、66 kV电网，当单相接地故障电流大于10 A时，中性点应装设消弧线圈，3~10 kV电缆线路构成的系统，当单相接地故障电流大于30 A时，中性点应装设消弧线圈。而《城市电网规划设计导则》（施行）第59条中规定“35kV、10kV城网，当电缆线路较长、系统电容电流较大时，也可以采用电阻方式”。另外，随着10kV配电网规模扩大，线路数量急剧增加（一座220kV变电站每段10kV母线有十几条线路），运行人员查找接地线路比较困难，最近几年的改造中，比较多采用中性点经消弧线圈接地方式，配合小电流接地选线系统，解决这一问题。
二、中性点经消弧线圈的接地方式运行特点
在我局10kV配电网系统中，大部分为小电流接地系统（即中性点不接地或经消弧线圈接地系统）。我国采用经消弧线圈接地方式已运行多年，可以明显提高供电的可靠性。
采用中性点经消弧线圈接地方式，在系统发生单相接地时，因消弧线圈的电感电流可补偿接地点流过的电容电流，若调节得很好时，电弧能自行熄灭。对于中压电网中日益增加的电缆馈电回路，接地电流得到补偿，单相接地故障并不发展为相间故障。因此中性点经消弧线圈接地方式的供电可靠性很大的提高。
消弧线圈有欠补偿、全补偿、过补偿三种方式：
如上图所示电网，线路3发生单相接地。非故障线路电容电流的大小和方向与中性点不接地系统是一样的；对故障线路，接地点流回的总电流为：
当全补偿时，即
。wL = 1/3wC∑，满足串联谐振条件，从而在消弧线圈上产生很高的电压，危及绝缘，因此不采用全补偿方式。
当欠补偿时，即
。当电网发生故障时，切除部分线路，有可能满足串联谐振条件，容易出现较大过电压。当系统频率降低时，也有可能达到谐振条件，出现过电压。因此也不采用欠补偿的方法。
现在广泛采用过补偿方法，即
。这种补偿方式在电网故障和正常运行时都没有发生过电压的危险。采用过补偿后，通过故障线路保护安装处的电流为补偿以后的感性电流，熄弧后故障相电压恢复速度较慢，因而接地电弧不易重燃。它与零序电压的相位关系和非故障线路电容电流与零序电压的相位关系相同，数值也和非故障线路的容性电流相差无几。
中性点经消弧线圈接地具有以下几点特点：
1、电网运行可靠性高。补偿电网发生单相接地时，相间电压仍然对称，不影响电网继续供电。此时，因为电网单相接地故障电流很小，不会危及电网内各元件的绝缘，因而即使电网的单相接地电容电流很大，补偿后通常可以带着接地故障继续运行，所以电网运行可靠性高，这是补偿电网一个重要的优点。
2、对瞬时性单相对地闪络能自动熄弧。在补偿电网中，许多瞬时性单相对地闪络刚一发生后，接地电容电流就被电感电流所补偿，由于流过故障点的残余电流很小，使接地电弧不能维持而立即自动熄弧，电网迅速地恢复了正常运行。
3、故障点对地电位小，零序电压保护的灵敏系数大。
4、能将单相接地时的过电压抑制在2.5 倍相电压以下。补偿电网由于采用了过补偿运行方式，其脱谐度在-0.05～-0.1，不超过10％，脱谐度在1.05～1.1 范围内运行，可将弧光接地过电压抑制在2.5 倍运行相电压以下，同时不会产生如同中性点不接地系统中的基波串联谐振，因此保证了用电设备的安全运行，同时提高了电网供电的可靠性，这是补偿电网的主要优点。
5、由于补偿电网接地故障电流很小，又是经补偿后的电感电流，所以就不能采用简单零序电流和零序功率方向保护，而需要采用较为复杂的保护，如反映高次谐波的单相接地保护等。
但中性点经消弧线圈接地方式也存在着以下问题：
1.当系统发生接地时，由于接地点残流很小，且根据规程要求消弧线圈必须处于过补偿状态，接地线路和非接地线路流过的零序电流方向相同，故零序过流、零序方向保护无法检测出已接地的故障线路。
2.10kV电网的消弧线圈如果为手动调匝的结构，必须在退出运行才能调整，也没有在线实时检测电网单相接地电容电流的设备，故在运行中不能根据电网电容电流的变化及时进行调节，所以不能很好的起到补偿作用，仍出现弧光不能自灭及过电压问题。
随着微电子技术、检测技术的发展和应用，目前采用单相接地选线装置和自动跟踪消弧线圈来解决以上的两个问题。
三、小电流接地选线系统常用原理
1、5次谐波原理。在电力系统中，电源感应电势中本身就存在高次谐波分量，此外由于变压器、电压互感器等设备铁心非线性的影响，电网中必然包含一系列高次谐波分量，其中主要为5次谐波分量。对中性点经消弧线圈接地的系统，由于消弧线圈对5次谐波呈现的感抗为基波的5倍，而线路容抗为基波1/5，和线路容抗相比，消弧线圈近似于开路状态。因此，5次谐波感性电流可以忽略，系统单相接地时，5次谐波容性电流分布与中性点不接地系统中基波容性电流几乎相同，籍此可进行故障选线。
2、首半波原理。该原理是基于接地故障发生在相电压接近最大值这一假设，利用单相接地瞬间，故障线路暂态零序电流第1个周期的首半波与非故障线路相反的特点构成。暂态电容电流中包括自由分量和强制分量，它具有以下几个特点：
在相电压接近最大值瞬间单相接地过程中，暂态电容电流比流过消弧线圈的暂态电感电流大很多，暂态电感电流可忽略不计。因此，在同一电网中，即使中性点经消弧线圈接地，其过渡过程与中性点不接地情况下近似相同。
故障线路暂态零序电流和暂态零序电压首半波方向相反。非故障线路暂态零序电流和暂态零序电压首半波方向相同。
首半波电容电流幅值比稳态电容电流大几倍到几十倍，对总线路长度较短的系统，暂态过程更加明显。
由上述特点可知，对短线路而言，其稳态电容电流小，暂态电容电流大，该原理比其它各类反映接地稳态量的原理灵敏度高，对单相接地反应迅速。
四、微机控制消弧装置
人工调谐的消弧线圈，因不能随着电网的运行实时调整补偿量，这样就不能保证电网始终处于过补偿状态，甚至导致系统谐振，并难以将故障发生时入地电流限制到最小。我国研制微机自动跟踪消弧装置始于80年代，现已不断完善形成系列产品，并配套接地自动选线环节，有效的解决了中性点经消弧线圈接地方式的电网，长期难以解决的技术问题。该装置的Z型结构接地变压器，具有零序阻抗小，损耗低，并可带二次负荷，其可调电抗器为无级连续可调铁芯全气隙结构，具有调节特性好、线性度高、噪声低等特点，装置采用消弧线圈串电阻接地方式，以抑制消弧线圈导致谐振的问题，其微机控制单元是实现自动跟踪检测、调节、选线的核心，系统的响应时间小于20 s，有过补、欠补、最小残流三种运行方式。
装置在运行中计算机周期采样，以获得电网运行的适时参数，计算机对系统电容电流、残流进行计算，根据设定值与计算值的偏差自动调整电抗器的电感量，从而实现消弧线圈运行在设定值上。选线装置是通过计算机过对线路零序电流的采样，计算机根据采样电流的幅值和方向判断接地线路，可达到准确及时的检出有接地故障的线路。
结语
解决了中压电网中性点经消弧线圈接地系统长期难以解决的技术难题。自动跟踪消弧线圈及接地选线装置的不断完善和推广应用，为中压电网中性点经消弧线圈接地提供了技术保障。在我国采用中性点经消弧线圈接地方式是我国中压电网的发展方向，也是我局最近几年10kV配电网改造的重点，大幅提高供电的可靠性，减少运行人员工作量。
参考文献：
[1]现代建筑电气设计安装技术实用手册.2002.
[2]实用电气工程师手册.2001.
[3]10kV 配电工程设计手册.2004.
论文作者:赵焕坤
论文发表刊物:《基层建设》2015年32期
论文发表时间:2016/11/2
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