DQZHAN技術訊：消弧線圈和小電阻合一接地方式的設計探討

摘要：單相接地故障是10 kV系統電網中*主要的線路故障形式，因而選擇適當的中性點接地方式是關系到電力系統運行可靠性的重大決策，在對消弧線圈和小電阻接地運行方式的優點和缺點的分析基礎上，闡述了消弧線圈和小電阻合一接地方式的優點及合理性，提煉出消弧線圈和小電阻一體化接地系統對單相接地故障的處理過程。

關鍵詞：單相接地;中性點;優點和缺點;接地方式;工作原理

中圖分類號： TM407 文獻標識碼：A 文章編號：

Research on the Grounding Way Design of arc Suppression Coil Combined with Small Resistance

ZHANG Qingqing

(Zhongshan Electric Power Design Institute Co., Ltd., Zhongshan 528403, Guangdong, China)

Abstract: The single-phase ground fault is the main line failure in 10 kV grid systems, thus ing the appropriate neutral grounding mode is related to the major decisions of power system reliability operation. Based on the analysis of the advantages and disadvantages of arc suppression coil and small resistance grounding way, the advantages and rationality of Petersen coil and one small resistance grounding were elaborated, to extract the Petersen coil and low resistance grounding system integration for single-phase ground fault processing.

Keywords: single -phase ground; neutral; advantages and disadvantages; grounding; works

0 引言

目前中國6 kV～35 kV配電網大多數采用小電流接地方式，即中性點非有效接地方式。近年，中國經濟社會發展和人民生活水平的迅速提高，電容電流有很大的增加，進而降低電力的可靠性級及影響電網**質量。單相接地故障是配電網中*主要的線路故障形式，因而選擇適當的配電網中性點接地方式是關系到電力系統運行可靠性的重要保證。近年來，中國10 kV系統電網中性點接地方式主要采用小電阻接地和消弧線圈接地兩種，本文通過分析二者的優點和缺點，提出消弧線圈和小電阻合一接地方式的設計探討，闡述該接地方式優點及合理性，之后解釋消弧線圈和小電阻一體化接地系統對單相接地故障的處理過程。提出實現該接地方式的技術關鍵與難點，進而論述減少了對電網的沖擊，有效提高了供電的可靠性、**性和供電質量。證明此種接地方式的選擇是合理的，下面就相關問題進行論述。

1 消弧線圈和小電阻接地方式的論述

1.1 消弧線圈接地方式優點和缺點分析

消弧線圈是安裝在變壓器中性點的電感線圈，當系統發生單相接地故障時，其產生一個感性電流，用來補償單相接地故障產生的容性電流。采用該接地方式，當線路發生單相接地時，消弧線圈產生的電感電流對接地產生的電容電流進行補償，使接地點流過的電流值減小到能自行熄弧范圍，由于接地電容電流獲得補償，系統單相接地故障還可連續運行2 h。故變壓器中性點經消弧線圈接地方式的供電可靠性較高，中性點經消弧線圈接地的特點有：

a) 單相故障發生后產生容性電流，消弧線圈產生的感性電流會補償該容性電流，當感性電流補償容性電流值10 A以下時，故障點接地電流電弧可自行熄滅并避免重燃;

b) 接地工頻電流和地電位的降低，減少了跨步電壓和接地電位差，可以大輻減少對低壓設備的沖擊及對信息系統的干擾;

c) 若發生單相接地故障，非故障相對地電壓升高至

倍，電容電流一旦過大且長時間運行時，接地點電弧不能自行熄滅，它會擊穿電網中的絕緣薄弱環節，若不及時處理，進一步會發展為相間短路，使事故擴大，對整個電網絕緣都有很大危害，當系統發生長久性接地故障時，系統采用消弧線圈接地后，由于迅速補償接地電流，使各線路的零序電流值迅速降低，國內現有接地選線裝置選線準確率不高，影響運行人員快速隔離接地線路。

1.2 小電阻接地方式優點和缺點分析

近年來，大城市新發展的10 kV配電網主要采用地下電纜，使對地電容電流大大增加，一般認為通過中性點電阻電流10 A～100 A時為小電阻接地方式，可用以泄放線路上的過剩電荷，降低弧光接地電壓倍數，中性點經小電阻接地的特點有：

a) 接地時，由于流過故障線路的電流較大，配置零序過流保護具有良好的靈敏度，可以迅速切除接地線路;

b) 中性點接地電阻是耗能元件，是電網對地電容中能量(電荷)的泄放通道，又是系統諧振的阻尼元件，單相接地故障時，通過故障點的電流較大，利用繼電保護迅速切除故障線路;

c) 在小電阻接地系統中，當接地電弧**次自動熄滅后，健全相電壓不升高或升幅較小，對設備盡緣等級要求較低，其耐壓水平可以按相電壓來選擇;

d) 當系統發生單相故障時，無論是長久性還是瞬時性的，均作用于跳閘，故線路跳閘次數較多，嚴重影響用戶的正常供電，使其供電的可靠性下降;另一方面，當架空絕緣導線斷線，裸導線斷線接觸的是干燥地面時，零序電流小，零序保護靈敏度下可能保護不動作，將使接地點及四周的盡緣受到更大的危害，導致相間故障發生。

2 消弧線圈和小電阻合一接地方式的工作原理

2.1 消弧線圈和小電阻合一系統的結構和組成如圖1:

圖1 消弧線圈和小電阻合一系統及組成

接地變壓器：對于10 kV配電網，因變壓器繞組為△，需要用接地變壓器制造中性點。為降低零序阻抗，接地變壓器采用Z形接線，應根據需要可帶適當的二次容量以代替站用變。

可控電抗器：可控電抗器可充分利用當前智能化快速消弧系統中有關可控電抗器的核心技術。可控電抗器本體為1臺高短路阻抗變壓器，該變壓器短路阻抗高達 100%，一次繞組接在系統中性點，有2個二次繞組。二次繞組與控制柜相連，控制柜內裝配大功率可控硅及相應的濾波裝置，具有調節范圍大，連續可調，在任何時候可迅速退出，無需阻尼電阻等優點。

可控小電阻：由傳統小電阻和高壓開關串聯而成，小電阻由不銹鋼合金制造，可受控制屏控制。

控制屏：安裝于主控室，是可控型小電阻接地一體化裝置的中心控制部分，完成系統的各種控制指令。

2.2 消弧線圈和小電阻合一接地方式的單相接地故障的處理工作原理

消弧線圈和小電阻合一接地方式對配電網單相接地故障的處理過程如下：當配電網發生接地故障時，消弧線圈和小電阻合成一套裝置檢測電網電容電流值來測算出需要補償的電感電流，控制可控電抗器輸出補償電流。一般瞬時性接地故障由電感電流補償后，電弧熄滅，接地故障自動消除，則成套裝置自動退出補償狀態，系統恢復正常運行，從而避免了出現小電阻接地方式中一有故障立刻跳閘使得線路跳閘率高的情況。對于可控電抗器補償10 s后線路接地故障仍然存在的，則該系統可認為發生了長久性接地故障，成套裝置會自動閉合高壓開關投入小電阻，此時故障電流較大，可通過饋線零序電流保護動作，靠開關跳閘切除故障線路。投入小電阻后，控制可控電抗器退出補償，故障線路切除后，系統恢復正常運行，接地成套裝置自動閉合高壓開關退出小電阻，電阻的投入實現了準確快速隔離故障線路，避免了故障擴大化。

可控型電阻接地成套裝置對于配電網單相接地故障的綜合處理方式，對于瞬時性線路接地故障由可控電抗器輸出補償，使得接地電弧能夠快速熄滅，解決了小電阻接地中跳閘率高的缺點，是對目前小電阻接地方式的重大改進。

3 消弧線圈和小電阻合一接地系統的技術關鍵與難點

3.1 接地電阻系統的啟動條件

在10 kV的小電阻接地系統中，保護整定值為零序電流60 A左右，接地電阻16 Ω，折算成中性點電壓應為900 V，即系統額定電壓的約15%，可按照該值來設定可控型電阻接地系統的動作啟動電壓，當然也可以按運行習慣設定啟動電壓。

3.2 瞬時性接地和長久性接地故障的界定

根據對多個地區的變電站單相接地故障統計數據來看，配電網單相接地時間超過10 s的故障只占總接地故障的10%～15%左右，大部分是時間短暫的接地故障，這也從一個方面證明了小電阻接地跳閘率高的原因。因此將投入小電阻的時間應設定在接地開始后5 s～10 s為宜，這樣可避免大部分的跳閘，達到了降低跳閘率高的目標，同時，由于可控電抗器工作時間短，在保障電抗器絕緣距離的情況下，其體積大為縮小，與同容量諧振接地中要求的可控電抗器相比體積只有其一半左右，能夠節省變電站的用電空間，使設備的安裝布局更為緊湊。

3.3 與繼保裝置的配合問題

在消弧線圈和小電阻合一接地系統中，10 kV線路的零序保護定值大小可以與采用小電阻接地方式的定值一致，由于該裝置已有效消除了瞬時性接地故障，則線路的保護裝置可以不需要投入重合閘功能，避免重復操作斷路器。

現有線路的零序保護的整定值要防止干擾及躲過一部分瞬時性接地故障，故需設置一定的延時，故當采用消弧線圈和小電阻合一裝置作為配電網接地設備時，由于其補償了瞬時性接地故障使其自動消除，因而饋線零序保護的動作時間完全可設定小于1 s。小電阻流過大電流時間大為縮短，既有效延長了小電阻的使用壽命，又起到保護接地變壓器的作用(小電阻在工作狀態時電流非常大)。

4 結語

線路故障*常發生的事單相接地故障，而單相接地故障發生頻率*大的是瞬時接地故障，利用消弧線圈和小電阻合一系統中的可控型電抗器立即輸出高精度補償電流，減小接地電流，消除電弧，避免故障的擴大和產生的危害;對于長久性接地故障，通過控制可控小電阻內的高壓開關將小電阻瞬時投入系統，利用10 kV線路保護裝置將接地線路跳閘，隔離故障線路。采用弧線圈及小電阻一體化接地系統既可大大增加供電的可靠性、**性、連續性，降低對設備的絕緣要求，又可將故障的影響和危害降低到*小的程度。