DQZHAN技術(shù)訊：消弧線圈和小電阻合一接地方式的設(shè)計(jì)探討

摘要：?jiǎn)蜗嘟拥毓收鲜?0 kV系統(tǒng)電網(wǎng)中*主要的線路故障形式，因而選擇適當(dāng)?shù)闹行渣c(diǎn)接地方式是關(guān)系到電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的重大決策，在對(duì)消弧線圈和小電阻接地運(yùn)行方式的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)的分析基礎(chǔ)上，闡述了消弧線圈和小電阻合一接地方式的優(yōu)點(diǎn)及合理性，提煉出消弧線圈和小電阻一體化接地系統(tǒng)對(duì)單相接地故障的處理過程。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)蜗嘟拥?中性點(diǎn);優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn);接地方式;工作原理

中圖分類號(hào)： TM407 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

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

目前中國(guó)6 kV～35 kV配電網(wǎng)大多數(shù)采用小電流接地方式，即中性點(diǎn)非有效接地方式。近年，中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人民生活水平的迅速提高，電容電流有很大的增加，進(jìn)而降低電力的可靠性級(jí)及影響電網(wǎng)**質(zhì)量。單相接地故障是配電網(wǎng)中*主要的線路故障形式，因而選擇適當(dāng)?shù)呐潆娋W(wǎng)中性點(diǎn)接地方式是關(guān)系到電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的重要保證。近年來，中國(guó)10 kV系統(tǒng)電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式主要采用小電阻接地和消弧線圈接地兩種，本文通過分析二者的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，提出消弧線圈和小電阻合一接地方式的設(shè)計(jì)探討，闡述該接地方式優(yōu)點(diǎn)及合理性，之后解釋消弧線圈和小電阻一體化接地系統(tǒng)對(duì)單相接地故障的處理過程。提出實(shí)現(xiàn)該接地方式的技術(shù)關(guān)鍵與難點(diǎn)，進(jìn)而論述減少了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，有效提高了供電的可靠性、**性和供電質(zhì)量。證明此種接地方式的選擇是合理的，下面就相關(guān)問題進(jìn)行論述。

1 消弧線圈和小電阻接地方式的論述

1.1 消弧線圈接地方式優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)分析

消弧線圈是安裝在變壓器中性點(diǎn)的電感線圈，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，其產(chǎn)生一個(gè)感性電流，用來補(bǔ)償單相接地故障產(chǎn)生的容性電流。采用該接地方式，當(dāng)線路發(fā)生單相接地時(shí)，消弧線圈產(chǎn)生的電感電流對(duì)接地產(chǎn)生的電容電流進(jìn)行補(bǔ)償，使接地點(diǎn)流過的電流值減小到能自行熄弧范圍，由于接地電容電流獲得補(bǔ)償，系統(tǒng)單相接地故障還可連續(xù)運(yùn)行2 h。故變壓器中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式的供電可靠性較高，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的特點(diǎn)有：

a) 單相故障發(fā)生后產(chǎn)生容性電流，消弧線圈產(chǎn)生的感性電流會(huì)補(bǔ)償該容性電流，當(dāng)感性電流補(bǔ)償容性電流值10 A以下時(shí)，故障點(diǎn)接地電流電弧可自行熄滅并避免重燃;

b) 接地工頻電流和地電位的降低，減少了跨步電壓和接地電位差，可以大輻減少對(duì)低壓設(shè)備的沖擊及對(duì)信息系統(tǒng)的干擾;

c) 若發(fā)生單相接地故障，非故障相對(duì)地電壓升高至

倍，電容電流一旦過大且長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)，接地點(diǎn)電弧不能自行熄滅，它會(huì)擊穿電網(wǎng)中的絕緣薄弱環(huán)節(jié)，若不及時(shí)處理，進(jìn)一步會(huì)發(fā)展為相間短路，使事故擴(kuò)大，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)絕緣都有很大危害，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生長(zhǎng)久性接地故障時(shí)，系統(tǒng)采用消弧線圈接地后，由于迅速補(bǔ)償接地電流，使各線路的零序電流值迅速降低，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有接地選線裝置選線準(zhǔn)確率不高，影響運(yùn)行人員快速隔離接地線路。

1.2 小電阻接地方式優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)分析

近年來，大城市新發(fā)展的10 kV配電網(wǎng)主要采用地下電纜，使對(duì)地電容電流大大增加，一般認(rèn)為通過中性點(diǎn)電阻電流10 A～100 A時(shí)為小電阻接地方式，可用以泄放線路上的過剩電荷，降低弧光接地電壓倍數(shù)，中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地的特點(diǎn)有：

a) 接地時(shí)，由于流過故障線路的電流較大，配置零序過流保護(hù)具有良好的靈敏度，可以迅速切除接地線路;

b) 中性點(diǎn)接地電阻是耗能元件，是電網(wǎng)對(duì)地電容中能量(電荷)的泄放通道，又是系統(tǒng)諧振的阻尼元件，單相接地故障時(shí)，通過故障點(diǎn)的電流較大，利用繼電保護(hù)迅速切除故障線路;

c) 在小電阻接地系統(tǒng)中，當(dāng)接地電弧**次自動(dòng)熄滅后，健全相電壓不升高或升幅較小，對(duì)設(shè)備盡緣等級(jí)要求較低，其耐壓水平可以按相電壓來選擇;

d) 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相故障時(shí)，無(wú)論是長(zhǎng)久性還是瞬時(shí)性的，均作用于跳閘，故線路跳閘次數(shù)較多，嚴(yán)重影響用戶的正常供電，使其供電的可靠性下降;另一方面，當(dāng)架空絕緣導(dǎo)線斷線，裸導(dǎo)線斷線接觸的是干燥地面時(shí)，零序電流小，零序保護(hù)靈敏度下可能保護(hù)不動(dòng)作，將使接地點(diǎn)及四周的盡緣受到更大的危害，導(dǎo)致相間故障發(fā)生。

2 消弧線圈和小電阻合一接地方式的工作原理

2.1 消弧線圈和小電阻合一系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成如圖1:

圖1 消弧線圈和小電阻合一系統(tǒng)及組成

接地變壓器：對(duì)于10 kV配電網(wǎng)，因變壓器繞組為△，需要用接地變壓器制造中性點(diǎn)。為降低零序阻抗，接地變壓器采用Z形接線，應(yīng)根據(jù)需要可帶適當(dāng)?shù)亩稳萘恳源嬲居米儭?

可控電抗器：可控電抗器可充分利用當(dāng)前智能化快速消弧系統(tǒng)中有關(guān)可控電抗器的核心技術(shù)?？煽仉娍蛊鞅倔w為1臺(tái)高短路阻抗變壓器，該變壓器短路阻抗高達(dá) 100%，一次繞組接在系統(tǒng)中性點(diǎn)，有2個(gè)二次繞組。二次繞組與控制柜相連，控制柜內(nèi)裝配大功率可控硅及相應(yīng)的濾波裝置，具有調(diào)節(jié)范圍大，連續(xù)可調(diào)，在任何時(shí)候可迅速退出，無(wú)需阻尼電阻等優(yōu)點(diǎn)。

可控小電阻：由傳統(tǒng)小電阻和高壓開關(guān)串聯(lián)而成，小電阻由不銹鋼合金制造，可受控制屏控制。

控制屏：安裝于主控室，是可控型小電阻接地一體化裝置的中心控制部分，完成系統(tǒng)的各種控制指令。

2.2 消弧線圈和小電阻合一接地方式的單相接地故障的處理工作原理

消弧線圈和小電阻合一接地方式對(duì)配電網(wǎng)單相接地故障的處理過程如下：當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生接地故障時(shí)，消弧線圈和小電阻合成一套裝置檢測(cè)電網(wǎng)電容電流值來測(cè)算出需要補(bǔ)償?shù)碾姼须娏?，控制可控電抗器輸出補(bǔ)償電流。一般瞬時(shí)性接地故障由電感電流補(bǔ)償后，電弧熄滅，接地故障自動(dòng)消除，則成套裝置自動(dòng)退出補(bǔ)償狀態(tài)，系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行，從而避免了出現(xiàn)小電阻接地方式中一有故障立刻跳閘使得線路跳閘率高的情況。對(duì)于可控電抗器補(bǔ)償10 s后線路接地故障仍然存在的，則該系統(tǒng)可認(rèn)為發(fā)生了長(zhǎng)久性接地故障，成套裝置會(huì)自動(dòng)閉合高壓開關(guān)投入小電阻，此時(shí)故障電流較大，可通過饋線零序電流保護(hù)動(dòng)作，靠開關(guān)跳閘切除故障線路。投入小電阻后，控制可控電抗器退出補(bǔ)償，故障線路切除后，系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行，接地成套裝置自動(dòng)閉合高壓開關(guān)退出小電阻，電阻的投入實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確快速隔離故障線路，避免了故障擴(kuò)大化。

可控型電阻接地成套裝置對(duì)于配電網(wǎng)單相接地故障的綜合處理方式，對(duì)于瞬時(shí)性線路接地故障由可控電抗器輸出補(bǔ)償，使得接地電弧能夠快速熄滅，解決了小電阻接地中跳閘率高的缺點(diǎn)，是對(duì)目前小電阻接地方式的重大改進(jìn)。

3 消弧線圈和小電阻合一接地系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵與難點(diǎn)

3.1 接地電阻系統(tǒng)的啟動(dòng)條件

在10 kV的小電阻接地系統(tǒng)中，保護(hù)整定值為零序電流60 A左右，接地電阻16 Ω，折算成中性點(diǎn)電壓應(yīng)為900 V，即系統(tǒng)額定電壓的約15%，可按照該值來設(shè)定可控型電阻接地系統(tǒng)的動(dòng)作啟動(dòng)電壓，當(dāng)然也可以按運(yùn)行習(xí)慣設(shè)定啟動(dòng)電壓。

3.2 瞬時(shí)性接地和長(zhǎng)久性接地故障的界定

根據(jù)對(duì)多個(gè)地區(qū)的變電站單相接地故障統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，配電網(wǎng)單相接地時(shí)間超過10 s的故障只占總接地故障的10%～15%左右，大部分是時(shí)間短暫的接地故障，這也從一個(gè)方面證明了小電阻接地跳閘率高的原因。因此將投入小電阻的時(shí)間應(yīng)設(shè)定在接地開始后5 s～10 s為宜，這樣可避免大部分的跳閘，達(dá)到了降低跳閘率高的目標(biāo)，同時(shí)，由于可控電抗器工作時(shí)間短，在保障電抗器絕緣距離的情況下，其體積大為縮小，與同容量諧振接地中要求的可控電抗器相比體積只有其一半左右，能夠節(jié)省變電站的用電空間，使設(shè)備的安裝布局更為緊湊。

3.3 與繼保裝置的配合問題

在消弧線圈和小電阻合一接地系統(tǒng)中，10 kV線路的零序保護(hù)定值大小可以與采用小電阻接地方式的定值一致，由于該裝置已有效消除了瞬時(shí)性接地故障，則線路的保護(hù)裝置可以不需要投入重合閘功能，避免重復(fù)操作斷路器。

現(xiàn)有線路的零序保護(hù)的整定值要防止干擾及躲過一部分瞬時(shí)性接地故障，故需設(shè)置一定的延時(shí)，故當(dāng)采用消弧線圈和小電阻合一裝置作為配電網(wǎng)接地設(shè)備時(shí)，由于其補(bǔ)償了瞬時(shí)性接地故障使其自動(dòng)消除，因而饋線零序保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間完全可設(shè)定小于1 s。小電阻流過大電流時(shí)間大為縮短，既有效延長(zhǎng)了小電阻的使用壽命，又起到保護(hù)接地變壓器的作用(小電阻在工作狀態(tài)時(shí)電流非常大)。

4 結(jié)語(yǔ)

線路故障*常發(fā)生的事單相接地故障，而單相接地故障發(fā)生頻率*大的是瞬時(shí)接地故障，利用消弧線圈和小電阻合一系統(tǒng)中的可控型電抗器立即輸出高精度補(bǔ)償電流，減小接地電流，消除電弧，避免故障的擴(kuò)大和產(chǎn)生的危害;對(duì)于長(zhǎng)久性接地故障，通過控制可控小電阻內(nèi)的高壓開關(guān)將小電阻瞬時(shí)投入系統(tǒng)，利用10 kV線路保護(hù)裝置將接地線路跳閘，隔離故障線路。采用弧線圈及小電阻一體化接地系統(tǒng)既可大大增加供電的可靠性、**性、連續(xù)性，降低對(duì)設(shè)備的絕緣要求，又可將故障的影響和危害降低到*小的程度。