当小电流接地系统自动跟踪消弧线圈应用探讨

小电流接地系统自动跟踪消弧线圈应用探讨

随着社会的发展，配电容量也日益扩大，对供电可靠性的要求越来越高，目前的部分小电流不接地系统已越来越不适应配电的发展要求。在配电日益发展的今天，中性点经消弧线圈接地的方式在国内外已有成功运行的经验，近几年来随着技术的发展，各种形式的自动跟踪消弧系统相继出现，克服了传统消弧线圈的缺点，无论从补偿效果还是过电压水平来说，都得到了改进。

1 主要参数

在经消弧线圈接地的小电流接地系统的运行中，应掌握如下数据：单相接地时系统中性点的电压Un及与其相对应的零序电容电流(Ic＝ωCUn)、消弧线圈实际的补偿电流、发生接地的时间等。其中，了解消弧线圈实际的补偿电流很重要，若只知道接地发生时消弧线圈所调档位或档位的额定电流，而不知道接地时消弧线圈所补偿的实际电流，就会导致残余电流的计算脱离实际太远。

2 残余电流问题

残余电流是指小电流接地系统经消弧线圈补偿之后流经接地点的电流，它等于该系统零序电容电流与消弧线圈补偿电流的矢量之和。由于线路及消弧线圈等设备实际存在有功损耗，使得消弧线圈所补偿的电流和系统零序电容电流在接地点处并非严格反相，所以，残余电流并不等于补偿电流与零序电容电流数值上的相减。由于各线路的有功损耗相对较小，所以考虑消弧线圈补偿系统残余电流指标时可暂不考虑其影响。

对于一个给定系统，其残余电流指标确定后，应首先确定失谐度的设定值，还应综合考虑到本套系统中直接接入零序回路的一次设备的有功损耗、控制系统零序电容电流的测量误差以及消弧线圈伏安特性的非线性影响等因素。在一个10 kV配电系统中，当消弧线圈容量超过400 kVA且伏安特性为非线性时，系统补偿之后的接地点残余电流最大值不一定出现在中性点电压较高时，大多数情况下，反而会出现在中性点电压低于4 kV的时候；若消弧线圈伏安特性线性度较好，就不存在这个问题了。目前国内大多数消弧线圈的补偿是通过调节消弧线圈励磁电抗来完成的，因此，即使能保证伏安特性局部线性，但还是保证不了较大电压范围内的线性度，仍或多或少存在非线性的问题该生产线的实行国内外创新高，有些甚至还很严重。所以要较为准确地计算一套消弧系统的残余电流时，需综合考虑各因素的影响。

实际运行中，最好进行现场人工接地试验(尤其是高阻接地试验)实测接地残余电流，了解影响残余电流的因素，对消弧系统能否满足规定的残余电流值作出科学的判断。

3 接地变压器的零序阻抗

由于配电变压器10 kV侧一般采用△接法，如果采用消弧线圈系统，就要加装接地变压器。接地变压器的零序阻抗可以做得比较小，但是如不注意消弧线圈和接地变压器零序阻抗的匹配，将严重影响消弧线圈对置入更长时间的装置取出并检验输出的补偿电流。例如，标称容量为

500 kVA/10.5 kV的消弧线圈，当在实际配电中投入运行后，如不注意接地变压器零序阻抗的影响，有可能对80 A的电容电流根本无法补偿。因此，一定要对接地变压器的零序阻抗提出具体要求。

一般来讲，消弧线圈容量越大，要求接地变压器的零序阻抗就越小。

4 实际运行存在的问题

当配系统发生单相接地故障后，自动补偿的消弧线圈将马上投入运行，这时在等效零序回路中，消弧线圈与零序电容是并联的，因此可以达到补偿的主要以产业链延伸为方向目的。

实际运行中，大部分的单相接地故障在补偿之后都能自动解除，这时消弧线圈与零序电容就形成串联回路，如果消弧线圈未能及时退出补偿状态，阻尼电阻还处于被短接的状态，这时消弧线圈就刚好与零序电容形成串联谐振，而且谐振状态会一直维持下去，容易造成较长时间的工频过电压，因此必须设法尽快结束该状态。但是，一般消弧系统均是以中性点电压超过一定值作为发生单相接地的判据而投消弧线圈的，而串联谐振时中性点电压也较高，导致系统误认为单相接地故障继续存在，所以系统将继续进行补偿，从而导致恶性循环。

失谐度设定得越小，消弧线圈启动电压设定得越低(如低于2 kV)，消弧线圈系统补偿就越好。然而失谐度和消弧线圈启动电压又不能设定得太高，前者太大，将会导致残余电流过大，而后者设定得太高，将会导致有些高阻性接地故障时系统无法正常启动补偿。因此，消弧线圈的控制系统必须具备一定的状态识别功能，识别出系统处在单相接地状态还是谐振状态，确保单相接地故障解除后，消弧线圈能可靠地立即退出补偿状态。

5 投入速度对补偿的影响

系统接地时消弧线圈的投入速度也很重要，如果需要经过几十毫秒甚至多达数秒的时间才能投上消弧线圈，对于目前接地电流越来越大的系统来讲，已经远远不能适应了。

理想的对策是利用快速投入的消弧线圈将弧光接地抑制在起弧的一瞬间，这就要求消弧系统具有极快的速度。实际运行中，特别是在雷雨季节通常会连续发生多次单相接地故障，消弧线圈必须具有极快的响应速度，才能有效地补偿并消除这些故障，保证系统的安全运行。

国内有些中性点加阻尼电阻的消弧线圈系统，为了提高响应速度，采用预调的工作方式，即无故障时已将消弧线圈调至计算好的档位，当发生单相接地故障时再短接阻尼电阻。这种方式，往往还是要受制于阻尼电阻短接机构动作时间的影响，所以也很难提高投入我国塑料消费总量已超过8000万吨(含约 700万吨废旧塑料)速度。目前，利用可控硅控制的消弧线圈，可以在几个毫秒内对单相接地迅速响应，应是自动跟踪控制消弧线圈的发展方向，但也存在可控硅的可靠性问题，这主要取决于可控硅的选型、可控硅的实际工况等，选型正确、运用恰当，可靠性还是相当高的。

6 消弧线圈的使用

有些文献中提出对于以电缆为主的配电宜采用小电阻接地，而对于以架空线为主的配电宜采用消弧线圈接地。目前的研究证明，电缆为主的络，如果采用中性点经小电阻接地的方式，会带来一定的弊端。若采用能快速投入的消弧线圈系统(响应时间应小于10 ms，低于小电阻接地系统中开关等的响应时间)，则不管是因电缆本身质量问题还是电缆连接头闪络而导致的单相接地，消弧线圈能快速补偿，就能显著地降低接地点的电流，使瞬时性故障能自行恢复，避免跳闸造成的停电；而对非瞬时性故障也因故障电流大大减少而避免了巨大的短路电流对电缆的冲击，使故障点不易扩大，因而大大提高了供电可靠性。