揭陽(yáng)供電局電力調(diào)度控制中心

摘要：針對(duì)10kV配電網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大及電纜饋線回路的增加，單相接地電容電流也在不斷的增大，改造電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式、合理選擇電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式，已是關(guān)系到電網(wǎng)運(yùn)行可靠性關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題，文中就10kV電網(wǎng)的中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式進(jìn)行分析和探討。

關(guān)鍵詞：10kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地；消弧線圈

前言：

在選擇電力網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式是一個(gè)綜合性問(wèn)題，需要考慮以下幾方面：①供電可靠性；②與設(shè)備制造和建設(shè)投資息息相關(guān)的電網(wǎng)絕緣水平與絕緣配合；③對(duì)繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置等的影響；④對(duì)通訊和信號(hào)系統(tǒng)的干擾；⑤對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定的影響。

電力系統(tǒng)中實(shí)際采用的中性點(diǎn)接地方式，按主要運(yùn)行特性劃分，可分為有效接地系統(tǒng)和非有效接地系統(tǒng)兩大類。

有效接地系統(tǒng)也稱大電流接地系統(tǒng)，其劃分標(biāo)準(zhǔn)是系統(tǒng)的零序電抗X0 和正序電抗X1 的比值X0/X1≤3，且零序電阻R0 和正序電阻R1 的比值R0/R1≤1。這類接地系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)部過(guò)電壓較低和可以降低設(shè)備的絕緣水平，從而大幅度節(jié)約投資，在110kV 及以上電壓系統(tǒng)得到普遍應(yīng)用。

非有效接地系統(tǒng)也稱小電流接地系統(tǒng)，其劃分標(biāo)準(zhǔn)是系統(tǒng)的零序電抗X0 和正序電抗X1 的比值X0/X1>3，且零序電阻R0 和正序電阻R1 的比值R0/R1>1。這類接地系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是供電可靠性較高，在絕緣投資所占比重不大的110kV 以下配電網(wǎng)中普遍采用。此類接地系統(tǒng)，包括中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地及中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地等方式。

一、概述

我國(guó)10kV電壓等級(jí)配電網(wǎng)多為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，在電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí)，不會(huì)跳閘，僅有不大的容性電流流過(guò)，允許繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間。但是隨著電網(wǎng)的發(fā)展，特別是采用電纜線路的用戶日益增加，使得系統(tǒng)單相接地時(shí)容性電流不斷增加，接地弧光不易自動(dòng)熄滅，容易產(chǎn)生間隙弧光過(guò)電壓，進(jìn)而造成相間短路，導(dǎo)致電網(wǎng)內(nèi)單相接地故障擴(kuò)展為事故。我國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 620-1997《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》規(guī)定；3～10 kV架空線路構(gòu)成的系統(tǒng)和所有35 kV、66 kV電網(wǎng)，當(dāng)單相接地故障電流大于10 A時(shí)，中性點(diǎn)應(yīng)裝設(shè)消弧線圈，3～10 kV電纜線路構(gòu)成的系統(tǒng)，當(dāng)單相接地故障電流大于30 A時(shí)，中性點(diǎn)應(yīng)裝設(shè)消弧線圈。而《城市電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》（施行）第59條中規(guī)定“35kV、10kV城網(wǎng)，當(dāng)電纜線路較長(zhǎng)、系統(tǒng)電容電流較大時(shí)，也可以采用電阻方式”。另外，隨著10kV配電網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大，線路數(shù)量急劇增加（一座220kV變電站每段10kV母線有十幾條線路），運(yùn)行人員查找接地線路比較困難，最近幾年的改造中，比較多采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式，配合小電流接地選線系統(tǒng)，解決這一問(wèn)題。

二、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈的接地方式運(yùn)行特點(diǎn)

在我局10kV配電網(wǎng)系統(tǒng)中，大部分為小電流接地系統(tǒng)（即中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)）。我國(guó)采用經(jīng)消弧線圈接地方式已運(yùn)行多年，可以明顯提高供電的可靠性。

采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式，在系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，因消弧線圈的電感電流可補(bǔ)償接地點(diǎn)流過(guò)的電容電流，若調(diào)節(jié)得很好時(shí)，電弧能自行熄滅。對(duì)于中壓電網(wǎng)中日益增加的電纜饋電回路，接地電流得到補(bǔ)償，單相接地故障并不發(fā)展為相間故障。因此中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式的供電可靠性很大的提高。

消弧線圈有欠補(bǔ)償、全補(bǔ)償、過(guò)補(bǔ)償三種方式：

如上圖所示電網(wǎng)，線路3發(fā)生單相接地。非故障線路電容電流的大小和方向與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)是一樣的；對(duì)故障線路，接地點(diǎn)流回的總電流為：

當(dāng)全補(bǔ)償時(shí)，即。wL = 1/3wC∑，滿足串聯(lián)諧振條件，從而在消弧線圈上產(chǎn)生很高的電壓，危及絕緣，因此不采用全補(bǔ)償方式。

當(dāng)欠補(bǔ)償時(shí)，即。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，切除部分線路，有可能滿足串聯(lián)諧振條件，容易出現(xiàn)較大過(guò)電壓。當(dāng)系統(tǒng)頻率降低時(shí)，也有可能達(dá)到諧振條件，出現(xiàn)過(guò)電壓。因此也不采用欠補(bǔ)償?shù)姆椒ā?/p>

現(xiàn)在廣泛采用過(guò)補(bǔ)償方法，即。這種補(bǔ)償方式在電網(wǎng)故障和正常運(yùn)行時(shí)都沒有發(fā)生過(guò)電壓的危險(xiǎn)。采用過(guò)補(bǔ)償后，通過(guò)故障線路保護(hù)安裝處的電流為補(bǔ)償以后的感性電流，熄弧后故障相電壓恢復(fù)速度較慢，因而接地電弧不易重燃。它與零序電壓的相位關(guān)系和非故障線路電容電流與零序電壓的相位關(guān)系相同，數(shù)值也和非故障線路的容性電流相差無(wú)幾。

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地具有以下幾點(diǎn)特點(diǎn)：

1、電網(wǎng)運(yùn)行可靠性高。補(bǔ)償電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí)，相間電壓仍然對(duì)稱，不影響電網(wǎng)繼續(xù)供電。此時(shí)，因?yàn)殡娋W(wǎng)單相接地故障電流很小，不會(huì)危及電網(wǎng)內(nèi)各元件的絕緣，因而即使電網(wǎng)的單相接地電容電流很大，補(bǔ)償后通?？梢詭е拥毓收侠^續(xù)運(yùn)行，所以電網(wǎng)運(yùn)行可靠性高，這是補(bǔ)償電網(wǎng)一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)。

2、對(duì)瞬時(shí)性單相對(duì)地閃絡(luò)能自動(dòng)熄弧。在補(bǔ)償電網(wǎng)中，許多瞬時(shí)性單相對(duì)地閃絡(luò)剛一發(fā)生后，接地電容電流就被電感電流所補(bǔ)償，由于流過(guò)故障點(diǎn)的殘余電流很小，使接地電弧不能維持而立即自動(dòng)熄弧，電網(wǎng)迅速地恢復(fù)了正常運(yùn)行。

3、故障點(diǎn)對(duì)地電位小，零序電壓保護(hù)的靈敏系數(shù)大。

4、能將單相接地時(shí)的過(guò)電壓抑制在2.5 倍相電壓以下。補(bǔ)償電網(wǎng)由于采用了過(guò)補(bǔ)償運(yùn)行方式，其脫諧度在-0.05～-0.1，不超過(guò)10%，脫諧度在1.05～1.1 范圍內(nèi)運(yùn)行，可將弧光接地過(guò)電壓抑制在2.5 倍運(yùn)行相電壓以下，同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生如同中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中的基波串聯(lián)諧振，因此保證了用電設(shè)備的安全運(yùn)行，同時(shí)提高了電網(wǎng)供電的可靠性，這是補(bǔ)償電網(wǎng)的主要優(yōu)點(diǎn)。

5、由于補(bǔ)償電網(wǎng)接地故障電流很小，又是經(jīng)補(bǔ)償后的電感電流，所以就不能采用簡(jiǎn)單零序電流和零序功率方向保護(hù)，而需要采用較為復(fù)雜的保護(hù)，如反映高次諧波的單相接地保護(hù)等。

但中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式也存在著以下問(wèn)題：

1.當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地時(shí)，由于接地點(diǎn)殘流很小，且根據(jù)規(guī)程要求消弧線圈必須處于過(guò)補(bǔ)償狀態(tài)，接地線路和非接地線路流過(guò)的零序電流方向相同，故零序過(guò)流、零序方向保護(hù)無(wú)法檢測(cè)出已接地的故障線路。

2.10kV電網(wǎng)的消弧線圈如果為手動(dòng)調(diào)匝的結(jié)構(gòu)，必須在退出運(yùn)行才能調(diào)整，也沒有在線實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)單相接地電容電流的設(shè)備，故在運(yùn)行中不能根據(jù)電網(wǎng)電容電流的變化及時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以不能很好的起到補(bǔ)償作用，仍出現(xiàn)弧光不能自滅及過(guò)電壓?jiǎn)栴}。

隨著微電子技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，目前采用單相接地選線裝置和自動(dòng)跟蹤消弧線圈來(lái)解決以上的兩個(gè)問(wèn)題。

三、小電流接地選線系統(tǒng)常用原理

1、5次諧波原理。在電力系統(tǒng)中，電源感應(yīng)電勢(shì)中本身就存在高次諧波分量，此外由于變壓器、電壓互感器等設(shè)備鐵心非線性的影響，電網(wǎng)中必然包含一系列高次諧波分量，其中主要為5次諧波分量。對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，由于消弧線圈對(duì)5次諧波呈現(xiàn)的感抗為基波的5倍，而線路容抗為基波1/5，和線路容抗相比，消弧線圈近似于開路狀態(tài)。因