經(jīng)消弧線圈接地方式的分析

劉天林，劉 陽，裴 博，王立杰，馬 寧，車強強

（河北鋼鐵集團沙河中關(guān)鐵礦有限公司，河北邢臺 054100）

0 引言

隨著國家經(jīng)濟不斷的發(fā)展，供配電容量的不斷提高。對新建企業(yè)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)也在不斷更新，現(xiàn)在新建廠區(qū)內(nèi)基本上沒有架空線路，廠區(qū)內(nèi)的總降壓變電站和各個子級配電室全部采用電纜出線相連。利用電纜進行配電的電網(wǎng)，大大的提高了供電的可靠性，但是同時也帶來了新的問題，即企業(yè)電網(wǎng)中的對地電容電流不斷的增加，對地電容電流的增加容易產(chǎn)生弧光接地，會嚴(yán)重危及電網(wǎng)內(nèi)部供配電設(shè)備的安全運行。

1 單相接地故障的危害

20 世紀(jì)80 年代以來，我國的35 kV 配電網(wǎng)開始大面積采用中性點經(jīng)消弧線圈接地。此類電網(wǎng)在發(fā)生單相金屬接地故障時，非故障相的對地電壓將升高至線電壓，但系統(tǒng)中的各相線電壓保持不變，對于工作于線電壓下的受電設(shè)備無較大影響。所以我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，35 kV 的電網(wǎng)在發(fā)生單相金屬接地故障后允許短時間帶故障運行，時間為2 h，大大提高了企業(yè)電網(wǎng)的供電可靠性。

根據(jù)中性點不接地電力網(wǎng)絡(luò)進行計算分析。簡單來說各個電纜、線路的單相對地和相間可以看成是一種特殊的電容，即成容性負(fù)載。當(dāng)發(fā)生單相接地故障（金屬接地）時，非故障的兩相對地電壓由正常時的相電壓升高為故障后的線電壓，中性點電壓由0 升高為相電壓。由于故障相的存在三相對地零序電流之和，即對地電容電流之和不再等于零。依據(jù)簡單電容計算公式C=Q/U，對地的電容電流也由于相電壓增高而增大為倍。

當(dāng)電網(wǎng)中電纜較多時，相應(yīng)的電網(wǎng)內(nèi)對地的電容電流之和也要增加（可參考第二部分對地電容電流的計算）。當(dāng)對地電容電流增加到一定的數(shù)值以后，發(fā)生單相接地故障時將很容易產(chǎn)生弧光接地。由于對地電容電流較大，故障相電流不能過零自動熄滅。處在弧光接地狀態(tài)下是靠弧光進行接地，接地是不穩(wěn)定的，往往伴隨著引弧、息弧、復(fù)燃等現(xiàn)象，并且會產(chǎn)生弧光過電壓。即：在故障相和非故障相引發(fā)高頻振蕩過電壓，非故障相過電壓幅值一般可達到正常電壓的3.5 倍。

2 對地電容電流的估算

由于固體絕緣擊穿的積累效應(yīng)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相弧光接地時，在3.5 倍過電壓的持續(xù)作用下造成電氣設(shè)備絕緣的積累性損傷，在非故障相的絕緣薄弱環(huán)節(jié)造成對地?fù)舸?，進而發(fā)展成為相間短路事故。單相弧光接地過電壓的危害很大，為了合理選擇消除弧光接地危害的方法，首先應(yīng)對企業(yè)電網(wǎng)內(nèi)部對地電容電流進行計算。

計算對地電容電流大小的方法有直接試驗法、間接試驗法、精確計算法、圖表估算法、經(jīng)驗估算法等。最簡單方便的是經(jīng)驗估算法，即根據(jù)經(jīng)驗公式和本系統(tǒng)內(nèi)架空線路和電纜線路的長度粗略估算對地電容電流。

2.1 架空電力線路對地電容電流估算法

架空線路對地電容電流近似計算公式為：

式中 U——額定線電壓，kV

L——線路長度，km

2.2 電纜線路的對地電容電流估算法

架空線路對地電容電流近似計算公式為：

式中 S——電力電纜的截面積，mm2

九點剛過，丁小強接了一個電話。是布雅蘭的電話。丁小強告訴布雅蘭晚上不回去了，因為喝多了。當(dāng)時，他正和杜一朵打牌。他輸?shù)弥皇Ｏ乱粭l褲衩了。看著丁肚腩下的小布包，杜一朵說：“這就是你勤政廉潔的成果嗎？”杜一朵還說：“就這么一點小成果，還好意思勾引美女？”

Ue——企業(yè)電網(wǎng)的額定電壓，kV

上式針對于油浸紙絕緣電力電纜IC，單位為A/km。目前使用廣泛的交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜，單相對地電容電流比相同的紙絕緣電纜的對地電容電流要大，根據(jù)生產(chǎn)廠商提供的參數(shù)和現(xiàn)場實驗實測數(shù)據(jù)，數(shù)值約增大20%。

根據(jù)電力相關(guān)規(guī)定，10 kV 電纜線路對地電容電流達到30 A 時應(yīng)該采用消弧線圈接地方式。實際計算電流值時應(yīng)考慮受電設(shè)備的對地電容電流，10 kV 設(shè)備增加16%。

特需說明的是，電纜線路的對地電容電流可由試驗得到的三相電容值計算得到，而電纜的三相電容值測試是交接試驗中的常規(guī)項目，因此以上計算的經(jīng)驗公式僅供參考。

3 常用消弧系統(tǒng)的原理

常用的消弧系統(tǒng)有2 種：針對弧光接地現(xiàn)象，將其轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘俳拥氐南∠C柜；針對系統(tǒng)內(nèi)部對地電容電流，用電感來抵消對地電容電流的消弧線圈。

3.1 消弧消諧柜的工作原理

消弧消諧柜的工作原理是當(dāng)企業(yè)電網(wǎng)發(fā)生弧光接地時，消弧消諧裝置判斷接地的相別，根據(jù)計算結(jié)果發(fā)出指令使故障相的真空接觸器閉合，把企業(yè)電網(wǎng)中的弧光接地轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘傩越拥亍９收舷嗟膶Φ仉妷航禐榱?，弧光接地現(xiàn)象消失。

3.2 中性點經(jīng)消弧線圈接地

消弧線圈的工作原理是當(dāng)企業(yè)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，故障點流過企業(yè)電網(wǎng)中對地電容電流，消弧線圈提供電感性電流進行補償，使故障點電流降至10 A 以下，可以有效防止過零后不熄弧、電弧復(fù)燃等現(xiàn)象，從而達到滅弧的功能。

4 經(jīng)消弧線圈接地應(yīng)該注意的問題

在消弧線圈使用的初期時，基本都是手動調(diào)節(jié)進行定補。隨著科技的不斷發(fā)展，消弧線圈的補償方式從手動定補發(fā)展為了自動補償，且自動補償分成了多種模式，如隨動補償、動態(tài)補償、可控硅補償?shù)?。在企業(yè)電網(wǎng)實際運行時多數(shù)對線圈僅僅采取了巡檢、維護、保養(yǎng)等措施，忽略了很多系統(tǒng)性的問題，對企業(yè)電網(wǎng)的可靠性產(chǎn)生了隱患。以下是必須注意的問題。

4.1 消弧線圈的容量

消弧線圈在早期所做的容量都比較小，但是企業(yè)電網(wǎng)早期的電纜線路也很少?，F(xiàn)階段大部分消弧線圈的生產(chǎn)廠家都可以做到補償電流為100 A 的消弧線圈。但是當(dāng)對地電容電流超過100 A 時建議將中性點經(jīng)消弧線圈接地改為經(jīng)小電阻接地，以保證企業(yè)電網(wǎng)的可靠性。

在企業(yè)電網(wǎng)中對于消弧線圈的容量選擇一般希望采用過補償運行，中性點的殘流呈現(xiàn)感性。下面根據(jù)公式（標(biāo)幺值計算）計算出脫諧度γ。

當(dāng)企業(yè)電網(wǎng)中接地點電流成容性時易引起串連諧振，造成中性點大的位移和過電壓等問題?，F(xiàn)在常用的消弧線圈系統(tǒng)基本為自動跟蹤補償式，控制系統(tǒng)都會帶有系統(tǒng)電容電流、殘流等。在日常的維護保養(yǎng)工作，應(yīng)該考慮對消弧線圈運行下企業(yè)電網(wǎng)中對地電容電流、殘流、分接開關(guān)的檔位等專門進行觀察及記錄，以防止殘流過大時會產(chǎn)生弧光接地。但是，殘留過小時會影響零序互感器繼電保護的靈敏度，對企業(yè)電網(wǎng)運行產(chǎn)生影響。

所以，企業(yè)電網(wǎng)初期建設(shè)時消弧線圈選用時應(yīng)考慮選取較大容量的消弧線圈。隨著電網(wǎng)的擴大，消弧線圈容量不能滿足企業(yè)電網(wǎng)要求時，可以考慮更換更大的消弧線圈。但是單臺消弧線圈容量不可能無限增大，適當(dāng)時可以考慮實施分散補償。

4.2 消弧線圈的并列運行

現(xiàn)在建設(shè)單位內(nèi)部的總降壓變電站，為保證供電的安全可靠性多采用單母線分段式，每段母線上都設(shè)有一臺消弧線圈。當(dāng)母線并列運行時，應(yīng)考慮消弧線圈并列的問題。當(dāng)母線存在多個接地點時，根據(jù)諧波分量展開式，3 次諧波電流就可以多個中性點形成的連接通道。發(fā)生故障時，當(dāng)補償電網(wǎng)中的自振頻率和諧波中的某一頻率相同時，就會出現(xiàn)諧振現(xiàn)象。2 臺消弧線圈同時工作時還要考慮，消弧線圈的從屬關(guān)系，如果沒有從屬關(guān)系將出現(xiàn)連續(xù)不斷的調(diào)整。另外，企業(yè)電網(wǎng)規(guī)定，“單個配電網(wǎng)內(nèi)不允許出現(xiàn)多個接地點”。所以，當(dāng)母線并列運行時應(yīng)退出1 個消弧線圈，單消弧線圈運行。

4.3 消弧線圈和消弧消諧柜同時運行

由于目前很多PT 柜成套出產(chǎn)時，柜體都裝有消弧消諧裝置和小電流選線裝置，這樣在新建配電室時就會出現(xiàn)中心點經(jīng)消弧線圈接地的企業(yè)電網(wǎng)內(nèi)消弧消諧柜同時運行的情況。消弧線圈和消弧消諧柜這2 種裝置的作用相同，但消弧原理和判斷依據(jù)不同。企業(yè)電網(wǎng)中，對地電容電流較小符合消弧線圈電容要求時，應(yīng)將消弧消諧柜處于檢測位置不運行；當(dāng)對地電容電流較大時，應(yīng)將消弧消諧柜改正為運行狀態(tài)，為消弧線圈的運行提供后備的補充，以實現(xiàn)能用消弧線圈消弧時消弧消諧裝置不動作、不能時消弧消諧裝置動作。同時運行時應(yīng)考慮消弧線圈的運行模式、自動調(diào)節(jié)判斷依據(jù)等，以與消弧消諧裝置配合使用。另外需注意，目前消弧消諧柜運行時常出現(xiàn)故障相判斷錯誤，接地電流過大融管爆炸，導(dǎo)致事故擴大化。所以，消弧線圈和消弧消諧柜同時運行時，還應(yīng)考慮消弧消諧柜本身質(zhì)量的問題。

5 結(jié)語

綜上所述，在企業(yè)單位的總降壓變電設(shè)有的消弧線圈容量，應(yīng)盡量選用更高一級的，為后續(xù)的電網(wǎng)擴大提供保證。消弧線圈和消弧消諧柜同時運行時，應(yīng)確保消弧消諧裝置動作的準(zhǔn)確性。由于消弧線圈的存在，發(fā)生故障時流經(jīng)零序互感器的零序電流較小，但對小電流選擇接地裝置提出了更高的要求。企業(yè)電網(wǎng)內(nèi)的消弧線圈控制裝置、消弧裝置和接地裝置通信合并到一個后臺系統(tǒng)，以減少接地故障的排除時間。