DQZHAN技术讯：消弧线圈和小电阻合一接地方式的设计探讨
摘要：单相接地故障是10 kV系统电网中*主要的线路故障形式，因而选择适当的中性点接地方式是关系到电力系统运行可靠性的重大决策，在对消弧线圈和小电阻接地运行方式的优点和缺点的分析基础上，阐述了消弧线圈和小电阻合一接地方式的优点及合理性，提炼出消弧线圈和小电阻一体化接地系统对单相接地故障的处理过程。
关键词：单相接地;中性点;优点和缺点;接地方式;工作原理
中图分类号： TM407 文献标识码：A 文章编号：
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
目前中国6 kV～35 kV配电网大多数采用小电流接地方式，即中性点非有效接地方式。近年，中国经济社会发展和人民生活水平的迅速提高，电容电流有很大的增加，进而降低电力的可靠性级及影响电网**质量。单相接地故障是配电网中*主要的线路故障形式，因而选择适当的配电网中性点接地方式是关系到电力系统运行可靠性的重要保证。近年来，中国10 kV系统电网中性点接地方式主要采用小电阻接地和消弧线圈接地两种，本文通过分析二者的优点和缺点，提出消弧线圈和小电阻合一接地方式的设计探讨，阐述该接地方式优点及合理性，之后解释消弧线圈和小电阻一体化接地系统对单相接地故障的处理过程。提出实现该接地方式的技术关键与难点，进而论述减少了对电网的冲击，有效提高了供电的可靠性、**性和供电质量。证明此种接地方式的选择是合理的，下面就相关问题进行论述。
1 消弧线圈和小电阻接地方式的论述
1.1 消弧线圈接地方式优点和缺点分析
消弧线圈是安装在变压器中性点的电感线圈，当系统发生单相接地故障时，其产生一个感性电流，用来补偿单相接地故障产生的容性电流。采用该接地方式，当线路发生单相接地时，消弧线圈产生的电感电流对接地产生的电容电流进行补偿，使接地点流过的电流值减小到能自行熄弧范围，由于接地电容电流获得补偿，系统单相接地故障还可连续运行2 h。故变压器中性点经消弧线圈接地方式的供电可靠性较高，中性点经消弧线圈接地的特点有：
a) 单相故障发生后产生容性电流，消弧线圈产生的感性电流会补偿该容性电流，当感性电流补偿容性电流值10 A以下时，故障点接地电流电弧可自行熄灭并避免重燃;
b) 接地工频电流和地电位的降低，减少了跨步电压和接地电位差，可以大辐减少对低压设备的冲击及对信息系统的干扰;
c) 若发生单相接地故障，非故障相对地电压升高至
倍，电容电流一旦过大且长时间运行时，接地点电弧不能自行熄灭，它会击穿电网中的绝缘薄弱环��，若不及时处理，进一步会发展为相间短路，使事故扩大，对整个电网绝缘都有很大危害，当系统发生长久性接地故障时，系统采用消弧线圈接地后，由于迅速补偿接地电流，使各线路的零序电流值迅速降低，国内现有接地选线装置选线准确率不高，影响运行人员快速隔离接地线路。
1.2 小电阻接地方式优点和缺点分析
近年来，大城市新发展的10 kV配电网主要采用地下电缆，使对地电容电流大大增加，一般认为通过中性点电阻电流10 A～100 A时为小电阻接地方式，可用以泄放线路上的过剩电荷，降低弧光接地电压倍数，中性点经小电阻接地的特点有：
a) 接地时，由于流过故障线路的电流较大，配置零序过流保护具有良好的灵敏度，可以迅速切除接地线路;
b) 中性点接地电阻是耗能元件，是电网对地电容中能量(电荷)的泄放通道，又是系统谐振的阻尼元件，单相接地故障时，通过故障点的电流较大，利用继电保护迅速切除故障线路;
c) 在小电阻接地系统中，当接地电弧**次自动熄灭后，健全相电压不升高或升幅较小，对设备尽缘等级要求较低，其耐压水平可以按相电压来选择;
d) 当系统发生单相故障时，无论是长久性还是瞬时性的，均作用于跳闸，故线路跳闸次数较多，严重影响用户的正常供电，使其供电的可靠性下降;另一方面，当架空绝缘导线断线，裸导线断线接触的是干燥地面时，零序电流小，零序保护灵敏度下可能保护不动作，将使接地点及四周的尽缘受到更大的危害，导致相间故障发生。
2 消弧线圈和小电阻合一接地方式的工作原理
2.1 消弧线圈和小电阻合一系统的结构和组成如图1:
图1 消弧线圈和小电阻合一系统及组成
接地变压器：对于10 kV配电网，因变压器绕组为△，需要用接地变压器制造中性点。为降低零序阻抗，接地变压器采用Z形接线，应根据需要可带适当的二次容量以代替站用变。
可控电抗器：可控电抗器可充分利用当前智能化快速消弧系统中有关可控电抗器的核心技术。可控电抗器本体为1台高短路阻抗变压器，该变压器短路阻抗高达 100%，一次绕组接在系统中性点，有2个二次绕组。二次绕组与控制柜相连，控制柜内装配大功率可控硅及相应的滤波装置，具有调节范围大，连续可调，在任何时候可迅速退出，无需阻尼电阻等优点。
可控小电阻：由传统小电阻和高压开关串联而成，小电阻由不锈钢合金制造，可受控制屏控制。
控制屏：安装于主控室，是可控型小电阻接地一体化装置的中心控制部分，完成系统的各种控制指令。
2.2 消弧线圈和小电阻合一接地方式的单相接地故障的处理工作原理
消弧线圈和小电阻合一接地方式对配电网单相接地故障的处理过程如下：当配电网发生接地故障时，消弧线圈和小电阻合成一套装置检测电网电容电流值来测算出需要补偿的电感电流，控制可控电抗器输出补偿电流。一般瞬时性接地故障由电感电流补偿后，电弧熄灭，接地故障自动消除，则成套装置自动退出补偿状态，系统恢复正常运行，从而避免了出现小电阻接地方式中一有故障立刻跳闸使得线路跳闸率高的情况。对于可控电抗器补偿10 s后线路接地故障仍然存在的，则该系统可认为发生了长久性接地故障，成套装置会自动闭合高压开关投入小电阻，此时故障电流较大，可通过馈线零序电流保护动作，靠开关跳闸切除故障线路。投入小电阻后，控制可控电抗器退出补偿，故障线路切除后，系统恢复正常运行，接地成套装置自动闭合高压开关退出小电阻，电阻的投入实现了准确快速隔离故障线路，避免了故障扩大化。
可控型电阻接地成套装置对于配电网单相接地故障的综合处理方式，对于瞬时性线路接地故障由可控电抗器输出补偿，使得接地电弧能够快速熄灭，解决了小电阻接地中跳闸率高的缺点，是对目前小电阻接地方式的重大改进。
3 消弧线圈和小电阻合一接地系统的技术关键与难点
3.1 接地电阻系统的启动条件
在10 kV的小电阻接地系统中，保护整定值为零序电流60 A左右，接地电阻16 Ω，折算成中性点电压应为900 V，即系统额定电压的约15%，可按照该值来设定可控型电阻接地系统的动作启动电压，当然也可以按运行习惯设定启动电压。
3.2 瞬时性接地和长久性接地故障的界定
根据对多个地区的变电站单相接地故障统计数据来看，配电网单相接地时间超过10 s的故障只占总接地故障的10%～15%左右，大部分是时间短暂的接地故障，这也从一个方面证明了小电阻接地跳闸率高的原因。因此将投入小电阻的时间应设定在接地开始后5 s～10 s为宜，这样可避免大部分的跳闸，达到了降低跳闸率高的目标，同时，由于可控电抗器工作时间短，在保障电抗器绝缘距离的情况下，其体积大为缩小，与同容量谐振接地中要求的可控电抗器相比体积只有其一半左右，能够节省变电站的用电空间，使设备的安装布局更为紧凑。
3.3 与继保装置的配合问题
在消弧线圈和小电阻合一接地系统中，10 kV线路的零序保护定值大小可以与采用小电阻接地方式的定值一致，由于该装置已有效消除了瞬时性接地故障，则线路的保护装置可以不需要投入重合闸功能，避免重复操作断路器。
现有线路的零序保护的整定值要防止干扰及躲过一部分瞬时性接地故障，故需设置一定的延时，故当采用消弧线圈和小电阻合一装置作为配电网接地设备时，由于其补偿了瞬时性接地故障使其自动消除，因而馈线零序保护的动作时间完全可设定小于1 s。小电阻流过大电流时间大为缩短，既有效延长了小电阻的使用寿命，又起到保护接地变压器的作用(小电阻在工作状态时电流非常大)。
4 结语
线路故障*常发生的事单相接地故障，而单相接地故障发生频率*大的是瞬时接地故障，利用消弧线圈和小电阻合一系统中的可控型电抗器立即输出高精度补偿电流，减小接地电流，消除电弧，避免故障的扩大和产生的危害;对于长久性接地故障，通过控制可控小电阻内的高压开关将小电阻瞬时投入系统，利用10 kV线路保护装置将接地线路跳闸，隔离故障线路。采用弧线圈及小电阻一体化接地系统既可大大增加供电的可靠性、**性、连续性，降低对设备的绝缘要求，又可将故障的影响和危害降低到*小的程度。
