黃駕駕，劉東紅

（義烏市供電局，浙江義烏322000）

中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)虛假接地的原因淺析

黃駕駕，劉東紅

（義烏市供電局，浙江義烏322000）

非直接接地系統(tǒng)常采用消弧線圈補償系統(tǒng)單相接地故障電流，有效減少出線因單相接地導(dǎo)致的電纜故障概率，但同時三相電壓不平衡現(xiàn)象（即虛假接地）也有所增加。通過相關(guān)計算分析，指出三相負(fù)荷不平衡觸發(fā)消弧線圈補償系統(tǒng)動作是造成虛假接地的原因，由此提出了應(yīng)對措施。

非直接接地；消弧線圈；電壓不平衡

當(dāng)10 kV電纜線路構(gòu)成的系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時，消弧線圈的電感電流補償了接地點的電容電流。調(diào)整電感電流，就可以使殘流達到足夠小，甚至基本為零，大大減少了流過故障點的電流，有效提高了故障點的滅弧效果，降低了電纜因單相接地故障而損壞的程度。

但中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的三相電壓容易出現(xiàn)類似接地或諧振的不平衡現(xiàn)象（即虛假接地），有必要分析原因加以消除。

1 三相電壓不平衡異常原因的分析

對某變電所運行實際情況的不完全統(tǒng)計，在出現(xiàn)較多次的10 kV母線電壓異常時，拉開接地變或合上10 kV母分開關(guān)均使故障有效消失，線路設(shè)備經(jīng)檢查無異常。表1為母線電壓異常現(xiàn)象及處理情況。

目前消弧線圈常用的補償方式是預(yù)補償，即在系統(tǒng)發(fā)生單相接地前，消弧線圈自動控制已處于最佳補償狀態(tài)（即接近完全補償XC=XL），通常是在消弧線圈回路上串聯(lián)阻尼電阻以抑制諧振。消弧線圈控制器通過檢測中性點位移電壓，自動控制旁路開關(guān)進行短接與投入阻尼電阻。

正常運行中，中性點偏移電壓未達到整定值時，判斷為線路上無單相接地，即斷開旁路開關(guān)投入阻尼電阻，整個回路表現(xiàn)為帶阻尼的串聯(lián)諧振，抑制諧振。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，中性點電壓達到整定值，自動閉合旁路將阻尼電阻短接，消弧線圈的電感與線路對地分布電容構(gòu)成并聯(lián)諧振，補償故障點電容電流。構(gòu)成的諧振回路也從帶阻尼的串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換為無阻尼的并聯(lián)諧振。圖1為經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)在正常與單相接地不同狀態(tài)下的諧振等效電路。

表1 變電所10 kV母線電壓異常

圖1 經(jīng)消弧線圈接地的10 kV系統(tǒng)零序分量等效電路

當(dāng)出現(xiàn)母線三相電壓不平衡時，拉開接地變或合上母分開關(guān)即可恢復(fù)正常，特別是拉開接地變開關(guān)效果尤為明顯。檢查發(fā)現(xiàn)在此過程中，接地變電流、無功功率及母線零序電壓（即中性點偏移電壓）明顯增大，一次設(shè)備檢查正常。有理由懷疑消弧線圈阻尼電阻在此過程中被誤短接，進行了無功電容電流諧振補償，從而使系統(tǒng)的等效電路從正常態(tài)轉(zhuǎn)換為單相接地狀態(tài)，放大了中性點電位的偏移程度，導(dǎo)致三相電壓的不平衡增大。表2為某變電所10 kVⅠ段母線電壓不平衡異常時相關(guān)數(shù)據(jù)情況。

表2 某變電所10 kVⅠ段母線電壓異常數(shù)據(jù)

2 阻尼電阻被短接的原因分析

中性點非直接接地系統(tǒng)正常運行情況下，由于電流及架空線路還存在分布電容，故其總負(fù)載包括相間電容、對地電容、正常負(fù)荷，其等效電路如圖2所示。

電容器電容量計算公式：

圖2 中性點非直接接地系統(tǒng)等效電路

式中：C為電容量；ξ為介質(zhì)系數(shù)，僅與絕緣介質(zhì)材料有關(guān)；S為電容的面積，對應(yīng)電纜及架空線路則應(yīng)為線路長度與導(dǎo)體有效截面積之積；d為電容極板間的距離，對應(yīng)線路則為相間導(dǎo)體間距離及對地距離。

從式（1）可知，對于同一條線路，線路三相的長度、相間導(dǎo)體間距及導(dǎo)體與地的距離基本一致，因此，線路三相對地分布電容及相間分布電容值基本一致，不可能存在太大的三相不平衡；對比于線路負(fù)載阻抗，分布電容引入的阻抗遠大于負(fù)載阻抗，且隨著負(fù)荷的增加（即負(fù)載阻抗的減小），其影響更小，因此，可將分布電容阻抗并入負(fù)載。

對非接地系統(tǒng)電源進行等效變換，為計算中心點位移電位，可對電源進行Δ/Y等效變換，如圖3所示。由于負(fù)荷的低壓側(cè)采用直接接地方式，所以，m點可作為地電位參考點（0電位），則中性點位移電位Un=-Umn。

圖3 電源經(jīng)過Δ/Y變換的中性點非直接接地系統(tǒng)等效電路

根據(jù)三相電路原理可得出：

假設(shè)，僅A相負(fù)荷與B，C相不一致，即負(fù)載阻抗不一致，設(shè)ZB=ZC=Z，ZA=KZ（0≤K≤∝），代入公式（2）可得：

表3 不同K值中性點電壓數(shù)據(jù)對照

又UA=-（UB+UC）

式（3）經(jīng)簡化得：

從式（4）可知，中性點位移電位與A相負(fù)荷阻抗的不平衡度（即負(fù)荷不平衡）有直接的關(guān)系。同樣計算可以得出，在三相阻抗均不一致的情況下，中性點將發(fā)生偏移，其電位大小與負(fù)荷的不平衡度有直接關(guān)系。不同K值中性點電壓不平衡情況見表3。

綜上分析，當(dāng)電網(wǎng)正常運行時，由于三相負(fù)荷不完全相等，存在中性點電壓Un，且負(fù)荷越不平衡，中性點電壓越大；隨著中性點電壓增大到一定值，則可能觸發(fā)消弧線圈控制器，短接阻尼電阻，使消弧線圈與線路對地分布電容形成并聯(lián)諧振，進一步放大了中性點電位，造成三相電壓的不平衡增大，形成虛假接地；拉開接地變高壓開關(guān)，諧振回路被破壞，三相電壓即可恢復(fù)基本正常。由此證明了消弧線圈對此類虛假接地現(xiàn)象有增強作用，同時，也可排除消弧線圈補償容量不足引起虛假接地的可能。

3 應(yīng)對措施

（1）合理分布三相負(fù)荷，特別是單相負(fù)荷的平衡分配，在運行中加強電源及線路三相負(fù)荷的平衡監(jiān)測，避免負(fù)荷分配不均情況，必要時可以考慮在公變低壓側(cè)實時監(jiān)測三相電流，以便合理調(diào)整負(fù)荷分配。

（2）合理設(shè)置消弧線圈控制器短接阻尼電阻的整定值，在負(fù)荷三相不平衡度允許的最大情況下，中性點的位移電壓考慮一定的裕度后作為觸發(fā)電壓值。按照式（4），考慮負(fù)荷不平衡率為15%，則取K值為0.85，可得此種情況下中性點位移電壓為：

當(dāng)計算所得中性點位移電壓數(shù)值低于線路發(fā)生單相接地時的中性點電壓時，可以認(rèn)為是虛假接地，不進行無功電容電流的補償。經(jīng)過測量壓變的變比折算即可得到觸發(fā)電壓整定值，考慮到電壓的波形特性，波峰段數(shù)值將超過有效值，因此，可設(shè)置延時觸發(fā)，按50 Hz的波形考慮，可以延時1個周波（20 ms）左右觸發(fā)消弧線圈進行補償。

通過上述方法，可以減少正常運行中中性點位移偏移度，避免消弧線圈控制器誤觸發(fā)動作，有效減少虛假接地的發(fā)生；同時，又保留了消弧線圈在線路發(fā)生單相接地時的補償作用。

[1]要煥年.電力系統(tǒng)諧振接地[M].北京：中國電力出版社，2000.

[2]劉萬順.電力系統(tǒng)故障分析[M].北京：中國電力出版社，2009.

[3]郭為金，蔡源.發(fā)電機消弧線圈的補償方式[J].華東電力，2003（10）:87-88.

[4]DL/T 620-1997交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合[M].北京：中國電力出版社，1997.

（本文編輯：楊勇）

Cause Analysis on Virtual Grounding of Neutral Point Grounding System with Grounded Arc-suppression Coil

HUANG Jia-jia，LIU Dong-hong
（Yiwu Power Supply Bureau，Yiwu Zhejiang 322000，China）

Indirect grounding system often uses arc-suppression coil to compensate single-phase ground fault current to effectively reduce the probability of power cable fault caused by single-phase grounding.In the meantime，it increases three-phase voltage imbalance（hereinafter referred to as virtual grounding）.By calculation and analysis，the paper indicates that three-phase voltage imbalance is caused by arc-suppression compensation action due to hereinafter referred to as virtual grounding.Hence，the paper proposes the countermeasures.

indirect grounding；arc-suppression coil；voltage imbalance

TM726

：B

：1007-1881（2013）01-0014-03

2012-05-01

黃駕駕（1985-），女，浙江義烏人，助理工程師，從事電力系統(tǒng)保護整定工作。