浅析中性点经消弧线圈接地系统的特点

浅析中性点经消弧线圈接地系统的特点

邓远君

中国水利水电第十六工程局有限公司，福建省福州市，350003

摘要：当中性点不接地系统输电线路发生单相接地故障时，在接地点要流过全系统非故障相的对地电容电流，如果该值较大，就会在接地点燃起间歇性电弧，引起弧光过电压。消弧线圈其本质为感性元件，感性元件在很多电力系统中可用于平衡容性电流。中性点加装消弧线圈是为了减小单相接地故障后的接地电容电流，使得电弧不得重燃。这也使得接地故障的危害更一步减轻。

关键词：消弧线圈；容性电流；感性电流；电弧

1. 基本定义

中性点经消弧线圈接地方式由于经过了一定容量的感性元件接地，故中性点非有效接地，也属于不直接接地方式的一种。发生接地故障时消除故障点的弧光，起到一定的灭弧作用。

2. 稳态单相接地时的电流分布分析

图一 单相接地时容性电流的分布

上图中，可以看出，电容电流的分布情况基本上跟不接地系统是一致的，都是非故障相经对地电容入地，然后从故障点的地进入故障相。故障相的电容电流则为全系统非故障相的电容电流和，数值相对较大，导致故障点会出现弧光。

由于经消弧线圈接地为非有效接地，从结构而言等效于非接地系统，不影响容性电流的分布。中性点加上消弧线圈后，电容电流分布不变，而由于系统发生单相接地故障，使得中心点产生了电感电流，该电感电流经中性点电感入地，从故障接地点流回，与电容电流叠加，从而起到了一定程度上抵消电容电流的作用，也就起到了销弧的效果。

3. 消弧线圈的补偿方式

3.1完全补偿：

电感电流=电容电流。这种方式可以完全抵消电容电流的危害，使得故障接地点理论上电流为零，不会出现任何弧光。但是，由于这个回路是电感通过地串接上电容，而电容电流和电感电流又一样大，这就可能产生串联谐振，谐振会使得电压逐渐升高（如同共振使得振幅越来越大一样），而谐振又是发生在中性点与故障点这条回路上，使得中性点的电压就会升高，从而对中性点设备的绝缘产生破坏，所以完全补偿在实际上不能采用这种方式。

谐振产生的两个条件是：1 是电感与电容的串接；2 电感电流与电容电流相等。

3.2欠补偿

电感电流＜电容电流。这种方式在发生接地故障时，接地点的容性故障电流一部分被抵消，故障电流还是容性的，但数值就大大减小了，起到了一定的消弧作用，但是缺点也很明显。我们知道故障接地点的电容电流是全系统非故障相的电容电流的叠加，当系统运行方式发生变化，如图一中的线路I退出运行的话，这时候发生接地故障时，故障点的电容电流因为少了线路I的电容电流的叠加，明显减小了，而电感电流是不会变的，这时候很有可能减少的电容电流使得最终电感电流等于电容电流，出现完全补偿的情况，这种情况是不被允许的，所以欠补偿这种情况一般也是不被允许的。

3.3过补偿

电感电流＞电容电流。这种方式在发生接地故障时，接地点的容性电流完全被抵消后还剩余了感性电流，故障点的电流是感性的，这种补偿方式不可能产生串联谐振，实际应用较多，我们通常用一个过补偿度P来衡量过补偿，P=电感电流-电容电流/电容电流，表示的是电感电流大于电容电流的程度，P值是个比值。

4. 单相接地故障的暂态分析

当发生单相接地故障时，接地电容电流的暂态分量可能较其稳态值大很多倍。在一般情况下，由于电网中绝缘被击穿而引起的接地故障经常发生在相电压接近于最大值的瞬间，因此可以将暂态电容电流下列两个电流之和。

（1）由于故障相电压突然降低而引起的发电电容电流。放电电流衰减很快，其振荡频率高达数千赫兹。振荡频率主要取决于电网中线路的参数、故障点的位置以及过度电阻（导致接地故障的元件）的数值。

（2）由非故障相电压突然升高而引起的充电电容电流。此电流通过电源而形成回路。由于整个流通回路的电感较大，因此，充电电流衰减较慢，振荡频率也较低（仅为数百赫兹）。

对于中性点经消弧线圈接地的系统，由于暂态电感电流的最大值应该出现在接地故障发生在相电压经过零值的瞬间，而当故障发生在相电压接近于最大瞬时值时，因此暂态电容电流较暂态电感电流大很多。所以在同一系统中，不论中性点不接地系统或是经消弧线圈接地系统，在电压接近于最大值时发生故障的瞬时，其过渡过程是近似相同的。

5. 全系统电容电流大小的一般规定

全系统中电容电流超过一定数值的时候应装设消弧线圈。非故障相的电容电流，在故障前后都是一样的，所以这里全系统的电容电流指的是未发生故障时全系统的所有电容电流和，包括各线路以及电源点，图一中的2条线路以及一个电源点的电容电流和。

容性电流大小的规定：3-6kV电网中，电容电流超过30A；10kV电网中，电容电流超过20A；22-66kV电网中，超过10A。

6. 中性点经消弧线圈接地系统中单相接地的保护

经消弧线圈接地的系统发生接地故障时，由于消弧线圈的补偿作用，接地故障特性不够明显，这给接地保护带来极大的难度。以下是几种中性点经消弧线圈接地系统接地保护的方法。

6.1绝缘监测装置

利用接地故障发生后所出现的零序电压判断接地故障的发生，其原理与中性点不接地系统中的接地保护原理相同。

6.2利用单相接地故障瞬时过渡过程的首个半波构成保护

在国内，1958年就提出用暂态过程中的首个半波实现接地保护的原理并研制出保护装置。其基本思想是：1 暂态过程中首半波接地电流幅值很大；2 接地线路首个半波零序电压和零序电流极性相反。但是由于电容电流的峰值大小与发生接地故障瞬间电压的瞬时值有关，因此很难保证保护装置的可靠动作。

6.3利用接地故障时检测消弧线圈中有功功率的方法构成保护

此时非故障支路只有本身的电容电流，其相位超前零序电压90o，有功功率约等于零。当采用过补偿方式时，故障支路的电流按母线的零序电压和电流的假定正方向看虽呈电容性，但是超前的角度将小于90o，因此其中包含有消弧线圈的有功功率。通过计算出消弧线圈的有功功率Pset，故障相的保护动作判据大于Pset，而非故障相保护动作判据为小于等于Pset。