摘 要：文章主要闡述了中性點(diǎn)接地裝置的技術(shù)沿革和發(fā)展趨勢(shì)，尤其針對(duì)太陽能光伏站系統(tǒng)的中性點(diǎn)經(jīng)調(diào)匝式自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈接地的方式做了詳細(xì)的介紹，從接地變和消弧線圈等方面著手逐步分析了該成套裝置的工作原理、結(jié)構(gòu)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)等特點(diǎn)，為光伏電站的建設(shè)提供了一定的理論。

關(guān)鍵詞：接地變；消弧線圈；調(diào)匝式自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈接地成套裝置

引言

目前，全球的電網(wǎng)系統(tǒng)的接地方式各不相同，例如，美國主要采用大電流接地（有效接地）方式，日本由小電流接地（非有效接地）改為大電流接地，歐洲一部分國家采用諧振接地和不接地方式。在我國，根據(jù)國情，以往主要是采用不接地和經(jīng)消弧線圈接地的方式，但是經(jīng)過技術(shù)地不斷變革，目前，除此之外，還有經(jīng)調(diào)諧消弧線圈接地和經(jīng)過小電阻接地、或經(jīng)高漏抗接地等方式。

小電阻接地方式在最近幾十年里沒有顯著的進(jìn)步，相比于自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈接地方式，它在光伏電網(wǎng)中的差距也是也來越明顯。自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈接地技術(shù)，近年來在國內(nèi)外不斷優(yōu)化，質(zhì)量不斷提高，投運(yùn)以來效果良好，完全適應(yīng)光伏站電網(wǎng)建設(shè)的實(shí)際需要。自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈接地方式安全性高、電磁環(huán)境好、綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)越，是光伏電站的建設(shè)企業(yè)的首要方案[1]。

1 接地變壓器的運(yùn)行原理

1.1 用途

接地變壓器（下文簡(jiǎn)稱“接地變”）分為單相和三相，常說的接地變指的是三相，其作用是為中性點(diǎn)不接地或無中性點(diǎn)的系統(tǒng)提供一個(gè)人工的可接地的中性點(diǎn)。該中性點(diǎn)可直接接地，也可經(jīng)過消弧線圈接地。

光伏電站接地變通常ZN連接方式，如圖1所示。

在運(yùn)行過程中，當(dāng)零序電流經(jīng)過接地變時(shí)，同相上兩個(gè)單繞組的電流同值不同向，那么零序電流產(chǎn)生的磁勢(shì)正好相互抵消，使零序阻抗也很?。ㄒ话阈∮?0Ω），比普通變壓器要小很多。因此，用普通變壓器帶消弧線圈時(shí)，消弧線圈容量不超過變壓器的20%，而ZN型接地變則可以帶90～100%容量的消弧線圈，從而進(jìn)一步節(jié)省投資。

由于ZN型接地變的每相是由兩個(gè)繞組構(gòu)成，較常規(guī)星形接地變多繞2/■倍匝數(shù)的電磁線，故其磁密要是星形接地變高1.15倍。顯而易見，光伏電站采用的ZN型接地變是一個(gè)很好的選擇。

在光伏電站運(yùn)行時(shí)，架空線路受到云、雨等作用時(shí)而產(chǎn)生感應(yīng)電荷，隨著感應(yīng)電荷不斷累積，線將和設(shè)備之間產(chǎn)生很高的對(duì)地懸浮電位，危及線路和設(shè)備。如果將中性點(diǎn)接地，那么感應(yīng)的電荷將會(huì)傳導(dǎo)地，避免了線路和設(shè)備的損壞。再者，人工中性點(diǎn)直接接地，與自動(dòng)保護(hù)裝置相配合，可以在單相接地故障開始階段將故障部分切除，從而與系統(tǒng)隔離開來。

當(dāng)中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障，通常表現(xiàn)為弧光等形式，即產(chǎn)生間歇電弧。此時(shí)故障相線路對(duì)地電壓將升至線電壓，線路的對(duì)地電容電流也將增大為原來的■倍，所以故障點(diǎn)的電容電流又是一個(gè)正常相對(duì)地電容電流的■倍，由此故障點(diǎn)的電容電流將是正常下單相線路對(duì)地電容電流的3倍。如果在系統(tǒng)的中性點(diǎn)于地之間接入一個(gè)消弧線圈，利用消弧線圈的電感電流來補(bǔ)償故障點(diǎn)的電容電流，就可以很快將間歇電弧自動(dòng)熄滅。

1.2 容量計(jì)算

在選擇三相接地變?nèi)萘繒r(shí)，必須根據(jù)系統(tǒng)中心點(diǎn)接地方式不同來計(jì)算，文章以接地變經(jīng)消弧線圈接地介紹其容量。

單相接地故障發(fā)生時(shí)候，系統(tǒng)允許運(yùn)行2h，因而為系統(tǒng)提供補(bǔ)償接地電容電流的感性零序電流的接地變和消弧線圈必須可靠運(yùn)行2h以上，即接地變?cè)陬~定容量下運(yùn)行2h，其溫升必須小于允許值，其他的性能指標(biāo)及其設(shè)備不能受到影響，故接地變2h額定接地容量可以按照如下計(jì)算[2]：

（公式1）

式中 Q2h-2h額定接地容量，kVA；K-經(jīng)驗(yàn)系數(shù)1.35；IC-非故障相對(duì)地電容電流向量和，A；UN-電網(wǎng)額定線電壓，kV。

2 消弧線圈的運(yùn)行原理

2.1 用途

消弧線圈是一個(gè)具有鐵心的可調(diào)電感繞組，在光伏電站中，它裝設(shè)于接地變的中性點(diǎn)上。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，可形成一個(gè)與接地電流大小很接近大但是方向卻相反的電感電流，這與電容電流相互補(bǔ)償，是接地處的電流變得很小或等于零，從而消除接地出電弧以及它所產(chǎn)生的危害。另外，當(dāng)電流經(jīng)過零值而電弧熄滅后，消弧線圈的存在還可以顯著減小故障相電壓的恢復(fù)速度，進(jìn)而減小電弧重燃的可能性。

2.2 容量計(jì)算[2]

Q=S×UI×IC/■ （公式2）

式中 S-容量?jī)?chǔ)備系數(shù)，取1.35～1.45；UI-電網(wǎng)的額定線電壓 kV；IC-電網(wǎng)對(duì)地電容電流，A。

2.3 調(diào)節(jié)方式

消弧線圈的電感調(diào)節(jié)方式可分為調(diào)匝式和調(diào)容式。其中調(diào)匝式是依靠有載分接開關(guān)調(diào)節(jié)匝數(shù)以改變電感值，其分為等差和等比調(diào)節(jié)。電流的調(diào)節(jié)范圍通常為30%～100%。

等差調(diào)節(jié)：I（n+1）-In=定值

等比調(diào)節(jié)：I（n+1）/In=定值

最大級(jí)間工作電壓按照下式子計(jì)算[3]：

（公式3）

（公式4）

式中：UN-系統(tǒng)額定線電壓，V；Imax-額定（最大）電流，A；Imin-最小電流，A；n-分級(jí)數(shù)。

高壓有載開關(guān)調(diào)匝式消弧線圈必須特別注意與有載分接開關(guān)配合問題，否則采用其他方式，如調(diào)容式消弧線圈。

3 調(diào)匝式自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈接地成套裝置

3.1 組成

調(diào)匝式自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈接地成套裝置，一般由接地變、消弧線圈、有載分接開關(guān)、阻尼電阻箱、避雷器、箱體和控制柜構(gòu)成，其中接地變、消弧線圈、有載分接開關(guān)、阻尼電阻箱、避雷器集中布置在一個(gè)箱體內(nèi)，采用共箱結(jié)構(gòu)，整個(gè)裝置緊湊合理，占用空間少，在光伏電站建設(shè)中安裝非常方便，控制柜安裝控制室。如圖2所示。

圖中接地變DK、單相隔離開關(guān)QS、消弧線圈及其有載分接開關(guān)、阻尼電阻構(gòu)成了主電路部分，控制柜和阻尼電阻箱構(gòu)成了接地成套裝置的控制部分。三相電壓互感器TV、單相電壓互感器TV及其單相電流互感器TA構(gòu)成接地裝置的測(cè)量部分。電壓互感器熔斷器FU、避雷器MOA、阻尼電阻箱的自動(dòng)控制和保護(hù)部分構(gòu)成了接地成套裝置的一次過流過壓保護(hù)部分。

3.2 工作原理

調(diào)匝式自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈接地成套裝置采用的是調(diào)諧法，在線自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)對(duì)地電容電流、自動(dòng)跟蹤電網(wǎng)參數(shù)的變化，通過調(diào)節(jié)消弧線圈有載分接開關(guān)檔位改變消弧線圈感抗，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)諧。它在電網(wǎng)正常運(yùn)行下，通過改變消弧線圈的檔位，由中性點(diǎn)位移電壓相量和零序電流相量的變化，計(jì)算出電網(wǎng)發(fā)生單相金屬接地時(shí)的電容電流，并根據(jù)電容電流測(cè)量結(jié)果和控制器補(bǔ)償狀態(tài)設(shè)定值，把消弧線圈預(yù)調(diào)到相應(yīng)的檔位，為使中性點(diǎn)電流位移電壓不大于15%，在消弧線圈尾端串聯(lián)阻尼電阻限制中性點(diǎn)電壓升高。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，阻尼電阻被短接，裝置按消弧線圈預(yù)調(diào)檔位電抗對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)所設(shè)定的補(bǔ)償[4]。

4 結(jié)束語

調(diào)匝式自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈接地成套裝置，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)匝，它通過在線實(shí)時(shí)對(duì)電容電流監(jiān)測(cè)，自動(dòng)調(diào)整消弧線圈的補(bǔ)償電流，保證了了調(diào)諧精度，提高了動(dòng)作的成功率，有效限制電弧接地過電壓和諧振過電壓，降低了建弧率，提高了光伏電站供電的可靠性，利于電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]尹克寧.干式變壓器的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].電力設(shè)備，2000（2）.

[2]崔立君.特種變壓器理論與設(shè)計(jì)[M].北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1996.

[3]張德明.變壓器有載分接開關(guān)[M].沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1998.

[4]朱英浩.有關(guān)組合式變壓器的一些問題[J].變壓器，2000（4）.

作者簡(jiǎn)介：胡兆偉（1984-），男，四川廣安人，西安理工大學(xué)電氣工程專業(yè)本科畢業(yè)，現(xiàn)就職于特變電工新疆新能源股份有限公司。主要從事光伏電站設(shè)計(jì)工作。