摘 要：10kV消弧线圈接地系统中单相接地故障与谐振故障具有相似性，但是故障的性质和现象都不同。通过对公某站的虚假接地现象特征与原因的分析，给出了对应的判别方法和处理方式，同时也针对减少谐振现象提出了相应的建议。
关键词：消弧线圈接地系统；单相接地；谐振；虚假接地
引言
在我国10kV系统中，单相接地故障电容电流超过10A时，大多数采用中性点经消弧线圈接地方式，用以补偿接地故障的电容电流，保证供电可靠性。随着微机控制器以及调容式的应用，出现了自动预调谐装置。由于消弧线圈容量配置不当、控制方法不当、系统三相负荷不平衡等原因，将会导致后台发接地故障信号——虚假接地现象，同时选线装置会出现无意义选线结果。
若运行人员不能准确判断异常，按照一般接地故障处理流程，将会浪费大量时间，在选切过程中也会对用户供电造成不必要的影响。
2、接地与谐振的判别
2.1虚假接地案例
2014年06月03日上午08时，220kV公某站后台发10kV 4M接地信号，母线三相电压分别为Ua=Ub=10kV，Uc≈0kV。根据选线装置选择依次断开F70、F68开关，接地告警仍然未能消除，又重新合上F70、F68开关，消弧选线装置信号消失，母线电压恢复正常。
2014年220kV公某站发生多起类似的10 kV母线虚假接地故障现象，表现为母线三相电压不平衡(两相偏高，一相偏低)，运行人员通过投切电容器组或停送某条馈线，均可以使得“接地”故障消失。
2.2单相接地与谐振分析
根据相关专业人员分享的经验和相关资料，我们认为这些虚假接地现象很有可能是由系统发生谐振引起的。
由于公某站补偿与选线装置采取预补偿方式，对接地信号并没有做出接地与谐振的智能判别。我们通过对中性点不接地系统等效化处理，以便于相量图分析，如图 1所示。
由此可以得到单相接地时候的电压相量图：
图 2 单相接地电压相量图
由相量图可以知道，随着的增大，减小，而C相电压总是大于A、B相。单相接地时，如一相电压降低、两相电压升高，则电压降低相为接地相；如一相电压升高、两相电压降低，则电压最高相的滞后相为接地相。
（2）基频谐振
当PT发生基频铁磁谐振时，有一相饱和与两相饱和两种形式。当一相饱和时，一相电压升高、两相电压降低，如图3（a）（d）所示；当两相饱和时，一相电压降低、两相电压升高，如图3（b）（c）所示。
图 3基频谐振电压相量图
图3中虚线表示在零序电压起点随B、C两相参数不同而在区域内变化。
2.3单相接地与谐振现象的判别
由于公某站补偿与选线装置采取预补偿方式，对接地信号并没有做出接地与谐振的智能判别。通过以上对中性点不接地系统的相量图分析，得到了四个通过三相电压与零序电压即可实现的判据：
1）三相电压都升高；
2）某相电压降低，其余两相电压升高超过线电压；
3）某相电压升高但不等于额定电压的1.5倍，且与零序电压同相，其余两相电压降低并相等；
4）某相电压降低但不等于0，且与零序电压反相，其余两相电压升高并相等。
但是以下两种情况需要我们运行人员注意，单纯通过电压无法判别：
1）当某相电压，等于额定电压的1.5倍，且与零序电压同相，其余两相电压降低并相等，则与单相电阻性接地现象一致；
2）某相电压降低为0，且与零序电压反相，其余两相电压升高为线电压，则与单相金属性接地现象一致。
2.4处理方式
在初步判别为谐振故障之后，可以采取一些破坏激发谐振产生的条件的措施来破坏谐振，比如试投退电容器组、调节消弧线圈分接头、分合分段开关、停送一条馈线等。另外，由于接地与谐振都会造成相电压升高，待系统恢复正常后，运行人员应该检查有无因谐振过电压而造成的设备损坏。
3、谐振原因分析
3.1PT铁磁谐振
铁磁谐振是指在电力系统中，由于变压器、电压互感器、消弧线圈等铁心电感的磁饱和作用而引起持续性的较高幅值的谐振过电压。铁磁谐振可以是基波谐振、高次谐波谐振，也可以是分次谐波谐振，其中基波谐振是造成虚假接地的最主要原因。
3.2消弧线圈补偿装置异常
（1）消弧补偿及选线装置原理
220kV公明变电站10kV IV段母线采用邯郸旭辉生产的ZGML系列自动跟踪消弧补偿及选线装置，其工作模式为预调容式：在电网正常运行时，把消弧线圈调到与电网电容相匹配的状态，也就是接近谐振点的状态。
由于电网不可能是绝对平衡的，中性点有不平衡电压存在，在此电压作用下，匹配的消弧线圈电感和电网的电容将有可能发生串联谐振，因此采用预调工作方式的消弧线圈要在中性点增加阻尼电阻（R=28Ω），控制器通过检测中性点位移电压，自动控制旁路开关进行短接与投入阻尼电阻。
（2）谐振原因
由预补偿系统工作原理可知，在正常情况下，系统处于脱谐度较小的范围内运行，当有干扰时，可以通过投切阻尼电阻来防止系统发生谐振。我们完全有理由怀疑阻尼电阻在正常运行过程中被短接，从而造成10kV系统进入图 4（b）中并联无阻尼谐振状态，导致出现单相接地现象的出现。
图 4不同状态下的谐振等效电路
220kV公某站#4主变经常存在三相负荷不平衡的问题。由电路理论可以知道，当三相负荷不平衡的时候，不接地系统中性点将会产生位移电压。随着中性点电压增大到一定值，则可能触发补充控制器，短接阻尼电阻，使消弧线圈与线路分布电容形成并联谐振。进一步放大了中性点电位，造成三相电压的不平衡增大，即形成虚假接地。可见，在消弧补偿系统在此种不正确运行情况下对谐振造成的虚假接地现象有加强作用。
由于短时的中性点电压过高将会导致阻尼电阻被短接，而因为阻尼电阻投入的返回电压值设定过大的时候，当系统发生干扰的时候将同样会造成谐振，引发虚假接地现象。
4、建议与改进
（1）采用抗谐振型电压互感器。在线路单相接地时，能够使电压互感器各相绕组电压均保持在正常相电压附近而不会饱和，从而很好地抑制铁磁谐振。
（2）合理分配10kV馈线的三相负荷，尽量降低中性点三相不平衡电压。
（3）合理设置消弧线圈阻尼电阻的投切阈值，对中性点电压的采样与滤波算法加以优化，避免消弧线圈控制系统误动作。
（4）配置足够容量的消弧线圈，在补偿过程中可以适当的提高脱谐度与残流设定值，使得系统远离谐振点，增加抗干扰能力。
（5）在选线系统中增加智能判断虚假接地功能，并采取相应的补偿措施消除虚假接地现象，提高供电可靠性的同时也减轻运行人员负担。
参考文献
[1] 何仰赞, 温增银. 电力系统分析[M]. 华中科技大学出版社, 2016.
[2] 颜秋容, 谭丹. 电路理论[M]. 电子工业出版社, 2009.
[3]王世祥. 变电站继电保护运行维护实用指南[M].北京：中国电力出版社，2013.
论文作者:何陵
论文发表刊物:《电力设备管理》2017年第5期
论文发表时间:2017/7/18
标签：谐振论文; 电压论文; 相电压论文; 单相论文; 弧线论文; 阻尼论文; 虚假论文; 《电力设备管理》2017年第5期论文;