消弧线圈并联小电阻的接地方式

在电力系统中，中性点接地方式是根据电网设备的绝缘水平、电容电流的大小来选择的。对于以架空线为主的配电网，一般采用中性点经消弧线圈接地方式；对于以电缆线路为主的城市配电网，单相接地故障电容电流较大的，多采用中性点经小电阻接地方式。但是，中性点经消弧线圈接地方式给永久性故障选线带来一定的困难，难以快速、准确地切除故障；中性点经小电阻接地方式无法区分瞬时接地故障与永久性接地故障，对所有单相接地均启动线路跳闸，增加了线路跳闸次数，影响了供电可靠性。采用消弧线圈并联小电阻的灵活接地方式可以结合二者的优点，解决各自存在的问题，大大提高配电网的供电安全性和可靠性。目前消弧线圈并联小电阻的灵活接地控制装置已研制成功，并多次应用于实际电网中。　

一、中性点接地方式　

1.1、对中性点不接地方式的规定

GBT 50064-2014 《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》规定：

1.1.1中性点非有效接地方式可分为中性点不接地方式、中性点低电阻接地方式、中性点高电阻接地方式和中性点谐振接地方式。

1.1.2、中性点不接地方式应符合下列规定:

1）35kV、66kV系统和不直接连接发电机,由钢筋混凝土杆或金属杆塔的架空线路构成的 6kV~20kV 系统,当单相接地故障电容电流不大于10A 时,可采用中性点不接地方式;当大于10A又需在接地故障条件下运行时,应采用中性点谐振接地方式。

2）不直接连接发电机、由电缆线路构成的6kV~20kV系统,当单相接地故障电容电流不大于10A时,可采用中性点不接地方式;当大于 10A又需在接地故障条件下运行时,宜采用中性点谐振接地方式。

3）发电机额定电压6. 3kV及以上的系统,当发电机内部发生单相接地故障不要求瞬时切机时,采用中性点不接地方式时发电机单相接地故障电容电流最高允许值应按下表确定;大于该值时,应采用中性点谐振接地方式,消弧装置可装在厂用变压器中性点上或发电机中性点上。

4）发电机额定电压6. 3kV及以上的系统,当发电机内部发生单相接地故障要求瞬时切机时,宜采用中性点电阻接地方式,电阻器可接在发电机中性点变压器的二次绕组上。

1.1.3、6kV~35kV主要由电缆线路构成的配电系统、发电厂厂用电系统、风力发电场集电系统和除矿井的工业企业供电系统,当单相接地故障电容电流较大时,可采用中性点低电阻接地方式。变压器中性点电阻器的电阻,在满足单相接地继电保护可靠性和过电压绝缘配合的前提下宜选较大值。

1.1.4、6kV和10kV配电系统以及发电厂厂用电系统,当单相接地故障电容电流不大于 7A时,可采用中性点高电阻接地方式,故障总电流不应大于10A。

1.1.5、6kV~66kV系统采用中性点谐振接地方式时应符合下列要求:

1）谐振接地宜采用具有自动跟踪补偿功能的消弧装置;

2）正常运行时,自动跟踪补偿消弧装置应确保中性点的长时间电压位移不超过系统标称相电压的15 % ;

3） 采用自动跟踪补偿消弧装置时,系统接地故障残余电流不应大于10A;

4）自动跟踪补偿消弧装置消弧部分的容量应根据系统远景年的发展规划确定；,并应按下式计算:

5）自动跟踪补偿消弧装置装设地点应符合下列要求:

a.系统在任何运行方式下,断开一、二回线路时,应保证不失去补偿;

b.多套自动跟踪补偿消弧装置不宜集中安装在系统中的同一位置 。

6)自动跟踪补偿消弧装置装设的消弧部分应符合下列要求:

a.消弧部分宜接于 YN,d或 YN,yn,d接线的变压器中性点上,也可接在 ZN,,yn接线变压器中性点上,不应接于零序磁通经铁芯闭路的 YN,yn接线变压器;

b.当消弧部分接于 YN,,d接线的双绕组变压器中性点时,,消弧部分容量不应超过变压器三相总容量的50%;

c.当消弧部分接于 YN,yn, d接线的三绕组变压器中性点时,消弧部分容量不应超过变压器三相总容量的 5o% ,,并不得大于三绕组变压器的任一绕组的容量;

d.当消弧部分接于零序磁通未经铁芯闭路的YN,,yn接线变压器中性点时,消弧部分容量不应超过变压器三相总容量的20%。

7)当电源变压器无中性点或中性点未引出时,应装设专用接地变压器以连接自动跟踪补偿消弧装置,接地变压器容量应与消弧部分的容量相配合。对新建变电站,接地变压器可根据站用电的需要兼作站用变压器。

 1.2、消弧线圈接地方式

消弧线圈接地方式的优点是：当发生单相接地故障时，利用消弧线圈的电感电流补偿系统的电容电流，使故障点的接地电流（即残流）小于电弧支撑电流，系统可以带故障运行一段时间，对于瞬时接地故障不会启动线路跳闸，供电可靠性较高。但消弧线圈接地系统在原理上增加了故障选线的难度，难以快速切除故障。近年来，随着大城市城区配电网电缆线路的增多，电缆故障多为永久性故障，不允许长期带故障运行，而消弧线圈接地方式使电缆带故障运行，加速了绝缘老化，降低了电缆的使用寿命。　

1.3、小电阻接地方式

随着经济的发展，城市电力系统网架结构日趋复杂，联系更加紧密，小电阻接地方式在中国大中城市的应用越来越多。其主要优点是：为有选择性、快速性和灵敏性的线路继电保护提供可能，可快速切断故障电流，降低多重接地故障概率，使电缆设备带故障运行时间缩短，有效遏制绝缘老化，延长设备寿命；同时，由于电网过电压水平较低，因此可以选用绝缘水平较低的电缆和设备。但是，较大的接地电流也带来一些问题：当电缆出现故障时，若未及时跳闸切除故障，大电弧将会连带烧毁电缆沟的其他电缆，使事故扩大，因此这种接地方式需要线路零序保护的合理配合；会对通信系统产生干扰，使地电位上升，严重时可能达到１ｋＶ，存在很大的危险性。对于既有电缆出线又有架空线的配电网，小电阻接地方式无法区分瞬时接地故障和永久性接地故障，对于瞬时接地故障同样启　动线路保护，频繁跳闸将严重影响配电网的供电可靠性。　

1.4、消弧线圈并联小电阻接地方式

系统采用消弧线圈并联小电阻的接地方式，在接地故障发生后一定时间内具有谐振接地系统的性质，接地电弧可由消弧装置熄灭；当故障持续一定时间，判定为永久性接地故障时，通过投切装置投入小电阻，以启动线路零序保护切断故障。这种接地方式保证架空配电线路故障点在较高电阻的条件下也可正确选线，从而切除故障线路。消弧线圈并联小电阻接地方式有以下优点：

ａ）相比小电阻接地方式，消弧线圈并联小电阻接地方式的供电可靠性高。小电阻接地方式对于瞬时接地故障和永久性接地故障均作用跳闸；而消弧线圈并联小电阻接地方式只对永久性接地故障跳闸，对于瞬时接地故障，由于消弧线圈的作用，接地残流被补偿到很小的状态，难以重燃，故能保证　发生瞬时接地故障时不中断对用户的供电。　

ｂ）相比消弧线圈接地方式，消弧线圈并联小电阻接地方式能快速隔离永久性接地故障，使系统迅速恢复稳定运行，缩短电气设备（如电缆）带故障运行的时间，保障电网设备的安全运行。根据以上情况，消弧线圈并联小电阻接地方式在瞬时接地故障时能够补偿系统电容电流，减小接地残流，保证电弧的快速熄灭；在永久性接地故障时又能够快速隔离故障，保障既有电缆出线又有架　空出线的城市配电网的安全、可靠运行。　
二、消弧线圈并联小电阻接地的工作原理　

消弧线圈和小电阻并联运行的系统如下图所示，主要由接地变压器、消弧线圈及其调节装置、小电阻及其投切装置、控制装置、PT和CT等组成，其中控制装置实现消弧线圈自动调谐和小电阻灵活接地两大功能。

系统既能完成电容电流的计算，自动调节消弧线圈在合理的补偿档位，又能在永久性接地故障情况下控制小电阻投切，实现中性接点接地方式的灵活转换，即实现中性点经消弧线圈接地和经小电阻接地两种方式的并联运行。同时根据故障情况发挥各自的优势，瞬时接地故障时由消　弧线圈自动补偿，减小故障点残流，而无需切除故障线路，不会造成频繁停电，不影响供电可靠性；当发生永久性接地故障时，短时投入小电阻，配合继电保护装置切除故障线路，缩短电网带故障运行的时间，从而保障设备和线路的安全。

消弧线圈并联小电阻灵活接地控制装置的控制逻辑如下图所示。

正常运行时，将消弧线圈投入到系统中，小电阻不投入运行，投切装置处于断开状态。系统发生单相接地故障后，不会立刻闭合投切装置，通过PT监测中性点电压，判断接地故障状态。若故障消失，则认为是瞬时接地故障，投切装置不动作，保持断开状态；若接地故障持续时间超过整定时间，判定为发生永久性接地故障，此时控制投切装置闭合，投入小电阻产生足够大的阻性电流，触发故障线路零序电流保护动作，切除故障线路；当持续投入小电阻到达整定时间后，将投切装置断开，退出并联的小电阻装置，恢复为消弧线圈接地方式。　

三、小电阻的参数配合

3.1、电阻值　

并联小电阻阻值的选取应使叠加有功分量后的故障线路电流能满足零序电流保护装置灵敏度及过载能力的要求，同时尽量减小对电网设备的冲击，控制接地短路电流在系统和设备允许范围内，并且不使系统过流保护动作。　若小电阻的阻值过大。当单相接地故障为非金　属接地时，流过故障线路的零序电流甚至会小于非故障线路的电容电流，使零序电流保护装置动作电流难以整定；若小电阻的阻值过小，当故障点离变电站较近时，流过故障线路的零序电流大于过流保护定值，引起过流保护动作。在选取小电阻的阻值　时，在满足单相接地继电保护可靠性和过电压绝缘　配合的前提下，宜选用较大值，以减轻对通信的影　响，降低接地装置的接触电位差、跨步电位差和电　

阻器的容量。　

3.2、延时投入时间　

当发生永久性单相接地故障时，消弧线圈开始灭弧，经过一段延时ｔ后，投入小电阻。ｔ的选择应大于瞬时单相接地故障的恢复时间，且小于设备带故障运行的允许时间，ｔ值应可调，运行经验的调节范围为５ｓ～２ｈ，可根据现场运行要求调整。　

3.3、投入持续时间　

受并联小电阻过载能力的限制，投人小电阻的持续时间ｔ。不宜过长，同时不应小于线路零序保护动作所需要的时间，即应满足

　ｔ２≥２（ｔ３＋ｔ４）＋△ｔ．　

式中：ｔ3为零序保护继电器动作时间，ｔ4为线路保护断路器分闸时间，△ｔ为裕度时间。考虑到馈线重合闸，ｔ２应小于10s，一般为2s。　

四、消弧线圈并联小电阻接地的特点

最大限度结合谐振接地技术和小电阻接地技术的各自优点，实现配网中性点接地方式的灵活切换。

4.1、接地方式和绝缘水平

a.接地方式：还是消弧线圈接地方式，消弧线圈一直投入，发生接地时消弧线圈继续补偿，只是在接地时临时投入接地电阻。

b.绝缘水平：按照消弧线圈接地方式的绝缘水平，所有设备的绝缘水平和避雷器不需要更改。

c.系统过电压水平：由于接地后投入电阻，系统过电压水平基本控制在电阻接地的水平，万一系统有铁磁谐振或者工频谐振，投入电阻后可以消除谐振。瞬d.时接地处理：瞬时接地时，消弧线圈快速补偿，电阻不投入。

4.2、故障处理和选线

a.接地故障选线：单相接地后延时1-10S后投入电阻，故障回路零序跳闸。

b.多回路同时故障：

     两条或者多条馈线不同相同时故障，不需要投入电阻，馈线自动跳闸

     两条或者多条馈线同相同时故障，投入电阻，都可以跳闸；一般选线无法解决该问题，这种情况主要发生在台风雷雨大风时。

c.高阻接地：由于电阻接地有死区，高阻接地时不跳闸，但是消弧线圈可以补偿，也可以使用电阻投入后进行选线。

4.3、电阻及保护

a.电阻投入开始时间：系统单相接地后，电阻延时投入。

b.电阻投入持续时间：电阻投入持续时间不超过10S（可以设置3-10S），确保电阻不会烧坏；在小电阻接地系统中，电阻一直投入，高阻接地持续较长时间必然导致电阻或者接地变烧坏，采用灵活接地没有该隐患。

c.电阻的后备保护：在高阻接地时，投入接地电阻，故障馈线不跳闸，保护装置可以设置延时后备保护--跳主变。

4.4、控制器的功能

a.保护级的控制器：按照继电保护进行设计、型式试验。

b.记录接地信息：可以记录所有的接地信息，每一次的接地持续时间，接地电流，电阻的温度；特别是高阻接地的相关信息。

c.后备保护：一旦高阻接地时，馈线保护不动作，可以设置延时后备保护，进行报警或者跳闸。

d.温度监控（可选） ：红外测温。

e.故障录波：可以记录故障前后的中性点电压和电流波形。

4.5、对消弧成套装置的影响

     正常运行时，小电阻不投入系统，不会影响到系统的计算和补偿。

     瞬时性接地故障时，电阻接地装置不动作，故不会对消弧成套产生影响。

     永久性接地故障时，电阻接地装置动作；接地点流过大电流，线路保护动作，切除故障线路，系统返回到正常状态，不会对消弧成套产生影响。

五、结论　

中性点经消弧线圈并联小电阻灵活接地方式主要适用于电容电流较大、架空线路和电缆线路混合的城市配电网，也适用于电窬电流不太大、以架空线路为主的农村配电网，具有广泛的适用性。与中性点经消弧线圈接地方式比，选线性能大大改善，能快速、准确地隔离故障线路；与小电阻接地方式方式相比，大大较少线路跳闸次数，提高供电　可靠性，可大幅降低电网设备损坏和频繁停电带来的经济损失。　

感谢您抽出  · 来阅读此文