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新闻主题	柴油发电机的中性点经消弧线圈接地系统

 

我国的中压配电网中性点一般采用非有效接地方式；电容电流比较小的网络，采用中性点不接地方式；3～10kV架空线路构成的系统和所有35（66）kV电网，当单相接地故障电流大于10A时，以及3～10kV电缆线路构成的系统，当单相接地故障电流大于30A时，应采用消弧线圈接地（谐振接地）方式。消弧线圈自动调谐装置的发明，推动了谐振接自动熄灭的可能性也大为提高。另外，如能选择到可靠的自动调谐装置和可靠的自动接地选线装置，并且电缆线路等的绝缘水平能适应，电缆网络也应该优先考虑采用谐振接地方式，以提高供电可靠性。

 

中性点非有效接地（小电流接地）电网发生单相接地故障时，不影响对负荷的供电，一般情况下，允许继续运行1～2h。但电网带接地点长期运行，接地电弧以及在非故障相产生的过电压，可能会烧坏电气设备或造成绝缘薄弱点击穿，引起短路，导致跳闸停电。因此，非有效接地电网应装设反应单相接地的保护装置，其功能是选择出接地故障线路并发出指示信号。为了与用于直接跳闸的保护相区别，一般将其称为小电流接地选线。根据继电保护的基本定义，小电流接地选线实际也是保护的一种形式。在发生小电流接地故障后，选出故障线路并动作于信号，以便运行人员及时采取措施消除故障。

 

中性点经消弧线圈接地电路图

 

一、不接地系统单相接地故障时的选线

 

由电力系统继电保护原理课程可知，中性点不接地系统，单相接地故障时的特点是：

（1）中性点位移电压为相电压，母线电压互感器开口三角形出现3U。电压。

（2）非故障线路电容电流就是该线路的零序电流。

（3）故障线路首端的零序电流数值上等于系统非故障线路全部电容电流的总和，其方向为线路指向母线。与非故障线路中零序电流的方向相反，该电流由线路首端的电流互感器反应到二次侧，这就是中性点不接地系统基波零序电流方向自动接地选线装置所用的工作原理。

 

二、经消弧线圈接地系统单相接地故障时的选线

 

中性点接入消弧线圈的目的主要是消除单相接地时故障点的瞬时性电弧。它的作用是尽量地减小故障接地电流，减缓电弧熄灭瞬间故障点恢复电压的上升速度。

在过补偿的条件下经消弧线圈电感电流补偿后，接地电流与未经补偿时的接地电流比较明显小了许多，故障线路的零序电流和故障线路的零序电流方向完全相同，而数值大小也无明显差异。所以在中性点经消弧线圈接地的电网中，就不能利用基波零序电流的数值大小和方向来作自动接地选线的依据。比较有效的判接地方案是五次谐波判别法和有功分量判别法。

 

三、五次谐波判别法实现接地选线的原理

 

在电力系统中，由于发电机的电动势中存在着高次谐波，某些负荷的非线性也会引起高次谐波，所以系统中的电压和电流均含有高次谐波分量，其中以五次谐波分量数值最大。中性点经消弧线圈接地的系统中，在单相接地时消孤线圈的电感电流补偿接地电容电流是对基波零序电流而言的，对于五次谐波来说，情况就大不相同了。

中性点经消弧线圈接地的系统发生单相接地故障时，在五次谐波零序等值电路中，消弧线圈中流过感性的零序五次谐波电流，非故障线路为容性的零序五次谐波电流，它们在接地故障点汇合后成为故障线路的故障相接地电流。对于五次谐波来说，由于消弧线圈的电抗（5ωL）增大五倍，通过消弧线圈的电感电流减小五倍；而线路容抗（1/5ωC）减小五倍，电容电流增加五倍。所以消弧线圈的五次谐波电流相对于非故障相五次谐波接地电容电流来说是非常小的，可以认为对于五次谐波而言，相当于中性点不接地系统，并不起补偿作用。所以有如下结论：

（1）中性点经消弧线圈接地系统，在发生单相接地故障时，故障线路首端的五次谐波零地方式的应用，因为它能够自动跟踪电网电容电流的变化，使接地点残余电流尽可能小，故障电弧序电流在数值上等于系统非故障线路五次谐波电容电流的总和。

（2）故障线路首端的五次谐波零序电流其方向与非故障线路中五次谐波零序电流方向相反。

以上结论与中性点不接地系统中基波零序电流的规律完全相同。因此，当发生单相接地时，故障线路的首端五次谐波零序电流方向从线路指向母线，落后于五次谐波零序电压90°；非故障线路首端的零序电流为本线路五次谐波零序电容电流，方向从母线流向线路，超前于五次谐波零序电压90°。该结论就是中性点经消弧线圈接地系统的单相接地选线的判别依据，即五次谐波判别法。

 

四、有功分量判别法接地选线的原理

 

五次谐波判别法与基波零序电流判别法都存在一个主要的缺点，即当系统的引出线较少、长度较短时，单相接地故障线路的五次谐波和基波零序电流均较小，其方向也较难判别，因此其接地判别的准确率并不是很高。当消弧线圈采用自动跟踪消弧线圈并经阻尼电阻接地时，系统单相接地选线可以采用基波有功分量判别法。

基波有功分量判别法的原理是：单相接地时，故障线路通过接地点与消弧线圈和阻尼电阻构成串联回路。该回路在中性点零序电压U₀作用下，产生的基波零序电流必然流经阻尼电阻，因而基波零序电流含有有功分量。而有功分量在消弧线圈的电感电流对接地电容电流补偿中是不会被补偿消失的，因此该有功分量电流将全部流回故障线路的首端，被零序电流互感器测量出来。而非故障线路没有与消弧线圈阻尼电阻构成回路，必然没有流过消弧线圈的有功电流分量，只有本线路的零序电容电流，其中包含的有功电流为线路对地泄漏电流，数值很小。因此可以测量各线路基波零序电流中的有功电流分量值，比较它们的大小，最大者即为接地线路。

有功分量判别法是接地选线的一种新技术，该方法必须与带阻尼电阻的自动跟踪消弧线圈装置配套使用。其理论与实际验证，都证明了其选线准确率很高。

新一代微机接地选线装置可适用于小电流接地系统中性点不接地、中性点经消弧线圈（老式消弧线圈，手动调节）直接接地、中性点经自动跟踪消弧线圈和阻尼电阻接地三种情况。这三种接地选线的方式，由微机接地选线装置的控制字决定。当选择控制字为0（00）时，选线方式定义为中性点不接地系统，程序按基波零序电流方向原理工作；当选择控制字为1（01）时，其补偿方式定义为中性点经消弧线圈直接接地，软件按五次谐波判别法原理工作；当选择控制字为2（10）时，其补偿方式定义为中性点经自动跟踪消弧线圈及阻尼电阻接地，软件按有功分量判别法原理工作。

 

发电机房接地装置布置图

 

五、自动跟踪消弧线圈装置

 

由于消弧线圈的电感电流可以抵消接地点流过的电容电流，当调节很好时，电弧大多能自灭。因为接地电流得到补偿，单相接地并不会发展为相间故障，所以中性点经消弧线圈接地方式的供电可靠性大大高于其他接地方式，但旧式消弧线圈也存在如下缺点。

1、旧式消弧线圈缺点

（1）调整不能及时进行

我国电网中目前普遍使用的都是手动调匝消弧线圈，在需要调分接头时，必须使消弧线圈退出运行，即不能在线调消弧线圈。因其调节不便，在实际使用中很少根据电网电容电流的变动及时地调整分接头位置。还因为没有在线的实时测量系统电容电流的设备，运行人员无法判断出是否需进行调节及调节到哪个挡位。因而实际上虽装有消弧线圈，在电力网络运行方式发生变化时，却不能很好地补偿电容电流，仍然有弧光不自灭及过电压等问题出现。

（2）单相接地选线不准确

当系统发生单相接地时，由于接地点残流很小（接地点残流就是经消弧线圈补偿后还剩有的高次谐波和有功分量电流），当消弧线圈处于过补偿状态时，故障线路与非故障线路的基波零序电流无论在数值和方向上均无法区分。近年来多采用零序电流的五次谐波方向来判别接地线路，但是在实际使用中，因五次谐波含量较小（≤5％），且经常处于变化之中，而TV和TA是按基波设计的，对五次谐波存在较大的附加相位移，造成五次谐波功率方向继电器自动判接地不准。据有关资料统计，五次谐波法判接地准确率大约只有60％～70％，使接地故障不能及时得到处理。

2、自动跟踪消弧线圈原理介绍

自动跟踪消弧线圈采用微机自动跟踪控制器，在线测量计算系统电容电流等有关参数，根据补偿度等定值自动调整消弧线圈分接头，使消弧线圈有载分接头调在最佳位置。自动跟踪消弧线圈装置按改变电感方法的不同分为如下四种类型：有载开关调匝式（电感有级可调）、可调气隙式（无级调电感）、直流偏磁式（无级调电压）、晶闸管调电感式（电感有级可调）。

可调气隙式是靠移动插入线圈内部可动铁芯来改变磁导率从而改变线圈电感的，由于这种铁芯是可连续移动，因此电感连续可调。但它响应时间长，最长可达数十秒且噪声大。直流偏磁式是通过加入直流电流改变线圈铁芯的磁通工作点，达到调电感的目的。晶闸管调电感式是利用四组晶闸管不同导通方式将4个电容按15种组合方式投入中性点变压器的二次侧来改变一次侧的阻抗，从而达到改变消弧线圈电感的目的。

直流偏磁式和晶闸管调感式由于是全电子式，调感方便，较容易实现全状态调感。全状态调感是指在正常运行状态、金属接地状态、间歇电弧接地状态，即在各种状态下均能自动调感。有载开关调分接头和调气隙式消弧线圈因为机械调感速度较慢，不能实现全状态自动调感。

我国电网中的消弧线圈都是分接头调匝式消弧线圈，国外大部分也是采用此类方式调感。虽然此类机械式调感速度较慢，但将无载开关换为有载开关并采用非预调式，即测量时不进行调挡操作，从而较大地减小了测量周期，使有载分接头调感自动跟踪消弧线圈装置进入了实用阶段。

 

中性点经消弧线圈接地装置

 

3、自动跟踪消弧线圈装置介绍

自动跟踪消弧线圈装置由Z型接地变压器、自动跟踪消弧线圈、阻尼电阻箱、微机测量跟踪控制器、微机选线保护装置五部分构成。

（1）Z型接地变压器。

在主变压器为Δ接线或Y形但无中性点引出时，Z型接地变压器用作引出中性点连接消弧线圈。因此系统已有中性点引出时可不用Z型接地变压器。所谓Z型接线就是曲折接线，普通变压器的零序磁通在磁柱内不能流通，只能通过漏磁通沿着变压器的壳体构成磁通的通路。所以零序电流可以顺利地通过Z型接地变压器，从中性点输出至消弧线圈。

一般在系统不平衡电压较大情况下，Z型接地变压器做成平衡式，Z型变压器中性点就有不平衡电压输出，可供自动跟踪测量控制器在线测量系统对地电容电流。但是当系统不平衡电压较小时（如全电缆电网）Z型变压器就要做成不平衡式，使Z型变压器中性点有50～100V的不平衡电压输出，以满足自动眼踪测量控制器的测量需要。为了充分利用接地变压器的资源，接地变压器除可带消弧线圈外，也可带二次负载，即替代站用变压器，但要注意在带二次负荷时，接地变压器的容量应为消弧线圈容量与二次负荷容量之和。

（2）自动跟踪消弧线圈。

采用自动调匝式可调消弧线圈，将绕组按不同的匝数抽出9～15挡的分接头，用有载分接开关进行自动切换，改变接入的匝数，从而改变电感量。这种自动调匝式消弧线圈简单、可靠，目前应用较多。其他几种方式有的还在试验研制阶段。为了减少残流增加分接头数（根据容量不同，有9～15挡的调匝量），使每挡分接头改变电感量值较小，从而使调整后电感量尽量达到最佳位置，残流降到最小值。

（3）阻尼电阻箱。

自动跟踪消弧线圈有三种运行方式：过补偿、欠补偿、全补偿。当运行在全补偿时，由于补偿的电感电流接近等于系统电容电流，接近谐振点运行，因此残流较小。为防止发生谐振过电压，在消孤线圈接地回路中串接阻尼电阻箱。这样，即使在长期运行中处于全补状态，但因电阻的阻尼作用，中性点电压也不会超过中性点长期运行最高允许电压（我国规程中规定为相电压的15％）。

在发生单相接地故障时，消弧线圈、阻尼电阻与故障线路通过故障点构成回路。由于尼电阻的存在，在该通路中形成有功电流分量，通过阻尼电阻产生电阻分量电压，从而提高了中性点电压。由于有功电流分量数值较大，因此单相接地时中性点电压将超过允许值。为了防止中性点过电压，在阻尼电阻的两端并联有两副接触器触点，在正常运行时，这两副触点断开，即使处于全补状态，也可使谐振电流变得很小，限制了中性点电压升高。当单相接地故障发生0.5s后，自动控制这两副触点接通，使这时有功电流分量降为零值，同样防止了中性点电压升高。因此该系统可以运行于过补偿、欠补偿、全补偿三种方式。

为了与接地选线装置配合，单相接地故障时与阻尼电阻并联的两副触点延时0.5s闭合，以使接地选线装置在0.5s内采样有功电流分量，经采样计算比较选出网络中有功电流分量最大者即为接地线路。

与接地选线装置配合自动调匝跟踪式装置中，阻尼电阻的作用有两个：

① 限制全补偿状态下因谐振引起中性点电位的升高；

② 在单相接地故障线路中产生较大的有功电流分量，供接地选线装置采样选线。

（4）微机测量控制器。

微机测量控制器和接地选线装置可安装于控制屏里，控制屏与自动跟踪消弧线圈、阻尼电阻箱及母线、交直流电源、中央信号屏之间用电缆相连。装于控制屏里的微机测量控制器的作用是：

① 通过单片微机测量UAB、U值，经计算获得系统总的电容电流；

② 根据补偿度的整定值要求，控制调整消弧线圈的分接头位置；

③ 在单相接地故障时控制阻尼电阻器两端的接触器触点经整定时间闭合。

 

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