消弧線圈并聯(lián)小電阻接地方式分析

張菡潔，李瑞桂，頊軍娜

（1. 河北旭輝電氣股份有限公司，河北 石家莊 050035；2. 河北省配電設(shè)備智能化技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 石家莊 050035）

0 前言

在中壓電力系統(tǒng)中，中性點(diǎn)的接地方式選擇對于保證供電可靠性和人身安全尤其重要，配電網(wǎng)中應(yīng)用最廣泛的消弧線圈接地方式在眾多接地方式中具有如下獨(dú)特優(yōu)勢：能夠有效補(bǔ)償系統(tǒng)對地電容電流、延長弧隙電壓的恢復(fù)時(shí)間，增強(qiáng)絕緣強(qiáng)度，從而減少電弧重燃和間接性接地過電壓以及減小由電弧引起的重大危險(xiǎn)性事件爆發(fā)的可能性[1-3]。但是，由于越來越多的配電線路采用電纜，使得系統(tǒng)的對地電容電流激增，故障點(diǎn)殘流中有功分量的問題越來越顯著，亟待解決。另外，消弧線圈接地方式還受小電流接地判線難困擾。在10 kV配網(wǎng)線路發(fā)生永久性接地故障時(shí)，因?yàn)橄【€圈的存在，將產(chǎn)生與故障線路容性電流大小相近方向相反的感性電流與之相互抵消進(jìn)行補(bǔ)償，使得兩種線路中的電流數(shù)值接近，導(dǎo)致故障線路選擇困難。然而目前針對該接地方式研發(fā)的接地故障選線裝置，從現(xiàn)場應(yīng)用的實(shí)際反饋中表明易出現(xiàn)判線錯(cuò)誤，選線準(zhǔn)確率不高。

小電阻接地方式主要是針對電纜網(wǎng)絡(luò)的中性點(diǎn)接地方式。其原理與消弧線圈通過補(bǔ)償降低故障電流完全不同，原理是利用很大的故障電流啟動(dòng)線路保護(hù)裝置，通過繼電保護(hù)的靈敏性、速動(dòng)性，在發(fā)生故障時(shí)，不區(qū)分故障類型直接將故障線路切斷退出，因此無法滿足用戶穩(wěn)定可靠用電的需求[4]。并且該接地方式還存在對高阻接地故障檢測靈敏度差的問題。在高阻接地期間，雖然故障電流小，但若長時(shí)間存在，也可能發(fā)生重大事故，例如故障時(shí)間過長使故障點(diǎn)產(chǎn)生高達(dá)上千攝氏度的溫度，發(fā)生火災(zāi)事故，燒毀電氣設(shè)備，還存在危害人身安全的巨大風(fēng)險(xiǎn)[5-7]。

消弧并聯(lián)小電阻的接地方式不僅解決了消弧故障選線難的現(xiàn)狀，避免了小電阻跳閘率高、供電可靠性差的問題，并“發(fā)揚(yáng)”了二者的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確選線，快速切除故障，保障了對用戶的可靠供電，因此該接地方式在南方電網(wǎng)公司受到廣泛推廣。

1 消弧線圈并聯(lián)小電阻接地方式原理

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)小電阻接地方式原理如下圖1所示。根據(jù)原理圖分析：瞬時(shí)性接地故障時(shí)，消弧線圈的存在會(huì)產(chǎn)生感性電流補(bǔ)償線路的容性電流，使得故障點(diǎn)殘流減小，電弧熄滅，接地故障消失，屏蔽了單純的中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式頻繁跳閘切除故障線路的缺點(diǎn)，降低了跳閘率。對于消弧線圈補(bǔ)償一定時(shí)間后（通常設(shè)定為3-10 s），若接地故障沒有消失則判定是永久性接地故障，小電阻將起作用。成套裝置將自動(dòng)閉合高壓真空接觸器使小電阻投入，產(chǎn)生強(qiáng)電流信號，傳遞給配網(wǎng)自動(dòng)化終端，啟動(dòng)饋線保護(hù)動(dòng)作，切除故障線路。

圖1 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)小電阻接地方式組成原理

當(dāng)電阻投入后，故障線路被切除，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)恢復(fù)正常，控制裝置發(fā)出命令斷開接觸器退出小電阻。

1.1 小電阻額定電流的選擇

小電阻的額定電流計(jì)算公式為：

其中：I0是小電阻的額定電流；UX為電網(wǎng)的相電壓；Rn為小電阻阻值。

從理論上分析，額定電流越大，繼電保護(hù)的范圍也會(huì)越大，但在實(shí)際中若是金屬性接地，由于故障點(diǎn)電流過大會(huì)對電氣設(shè)備產(chǎn)生沖擊，減少設(shè)備的使用壽命甚至燒毀引發(fā)嚴(yán)重事故；若額定電流選取過小，會(huì)使繼電保護(hù)范圍存在死區(qū)，在高阻接地時(shí)無法啟動(dòng)繼電保護(hù)動(dòng)作。通常小電阻的額定電流選擇在1000 A以下。

1.2 小電阻阻值與保護(hù)靈敏性的關(guān)系

小電阻接地系統(tǒng)中性點(diǎn)對地電阻的合理選擇在配網(wǎng)系統(tǒng)的可靠安全運(yùn)行占據(jù)非常重要的地位。

1）選取的接地電阻阻值較大，跳閘靈敏度減低。

若發(fā)生非金屬性單相接地故障，可能存在故障線路電流小于非故障線路電容電流的情況，此時(shí)故障線路的判斷可能偏離實(shí)際。

2）選取電阻阻值較小，可能無法確保對用戶供電的可靠性。若接地故障發(fā)生在距變電站附近位置時(shí)，故障線路電流可能會(huì)大于過流保護(hù)定值，易頻繁跳閘。無論上述何種情況均不利于零序電流保護(hù)裝置動(dòng)作電流的整定，對保護(hù)的靈敏性有一定影響。

因此，對地電阻阻值的選取必須保證發(fā)生故障線路的電流符合零序電流互感器、接地繼電器靈敏度以及過載能力等要求，既要保證設(shè)備安全性又要確保過流保護(hù)裝置不發(fā)生頻繁動(dòng)作，影響供電可靠性。

文獻(xiàn)[8]中建議小電阻接地系統(tǒng)的中性點(diǎn)電阻器電阻值的計(jì)算公式如下[8]：

其中：Rn表示中性點(diǎn)對地電阻；UX表示電網(wǎng)相電壓；IC表示單相接地時(shí)的電容電流。

在電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 584-2007《3 kV-110 kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程》中明確指出10 kV～35 kV低電阻接地系統(tǒng)中接地電阻的選取適宜范圍是6 Ω～30 Ω。

根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和各地區(qū)自身特點(diǎn)，特別是配網(wǎng)電容電流的大小，大都確定了一個(gè)相對統(tǒng)一的電阻阻值。在廣州、東莞、廈門、北京、天津等地10 kV系統(tǒng)中性點(diǎn)接地電阻阻值均采用了10 Ω；上海則為6 Ω。

1.3 零序電流互感器選型

零序電流互感器的選取應(yīng)考慮與繼電保護(hù)裝置相互配合，電流互感器需與上一層的接地變接地保護(hù)以及下一層用戶進(jìn)線的接地保護(hù)配合，因此選取的電流互感器電流變比需準(zhǔn)確無誤，變比的選擇應(yīng)注意不易選取過大。

保護(hù)裝置中用于保護(hù)的電流回路精度范圍一般是0.2 In～20 In。保護(hù)定值（二次值）小于0.2 A（1 A系統(tǒng)）/0.5 A（5 A系統(tǒng)），精度就不能保證了，如果CT變比選取太大，那么動(dòng)作電流的二次值將會(huì)很小，不利于整定[9]。例如，對于電流互感器二次額定電流為5 A適宜選取變比是300/5、精度10P10的電流互感器；如互感器二次額定電流為1 A，可適宜選擇變比是100/1、精度10P10的電流互感器。

1.4 監(jiān)控裝置的必要性

在消弧線圈并聯(lián)小電阻接地成套裝置配套設(shè)備中可以配帶中性點(diǎn)接地電阻智能監(jiān)控裝置。該裝置用于實(shí)現(xiàn)接地電阻器溫度、電流的實(shí)時(shí)監(jiān)測及越限報(bào)警，提供更全面的后備保護(hù)；具備故障錄波功能，可以為今后故障分析、技術(shù)改進(jìn)提供有效依據(jù)，特別是混合電網(wǎng)，頻繁出現(xiàn)高阻接地、間歇性弧光接地而保護(hù)不動(dòng)作的情況，根據(jù)目前變電站的監(jiān)測、保護(hù)配置情況，事后很難得到有價(jià)值的數(shù)據(jù)，問題分析停留在專家的想象和軟件的仿真。因此，配備合適的監(jiān)控裝置非常必要。

2 結(jié)束語

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)小電阻接地方式克服了消弧線圈選線困難的問題，避免了小電阻頻繁跳閘、供電可靠性差的缺點(diǎn)，并將二者優(yōu)點(diǎn)合并，占有絕對的技術(shù)優(yōu)勢。在發(fā)生瞬時(shí)性接地故障時(shí)，該接地方式可以通過消弧線圈進(jìn)行快速補(bǔ)償，解決了單純小電阻一有故障立即跳閘的缺陷，保障了系統(tǒng)對用戶供電的安全性以及可靠性[10-11]。若單相接地系統(tǒng)發(fā)生永久性接地故障，即在消弧投入一定時(shí)間后故障不消失，此時(shí)將發(fā)揮小電阻投入的優(yōu)勢，產(chǎn)生強(qiáng)電流信號，使得配網(wǎng)自動(dòng)化終端設(shè)備獲取有關(guān)信息數(shù)據(jù)，對故障做出準(zhǔn)確判斷，有效切除故障。解決了單純的消弧線圈接地故障線路不易判斷，選線正確率低，排查工作量大等問題，因此該接地方式具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。