經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鐵礦有限公司，河北邢臺 054100）

0 引言

隨著國家經濟不斷的發展，供配電容量的不斷提高。對新建企業的建設標準也在不斷更新，現在新建廠區內基本上沒有架空線路，廠區內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，大大的提高了供電的可靠性，但是同時也帶來了新的問題，即企業電網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生弧光接地，會嚴重危及電網內部供配電設備的安全運行。

1 單相接地故障的危害

20 世紀80 年代以來，我國的35 kV 配電網開始大面積采用中性點經消弧線圈接地。此類電網在發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，但系統中的各相線電壓保持不變，對于工作于線電壓下的受電設備無較大影響。所以我國國家標準規定，35 kV 的電網在發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，大大提高了企業電網的供電可靠性。

根據中性點不接地電力網絡進行計算分析。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，即成容性負載。當發生單相接地故障（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。

當電網中電纜較多時，相應的電網內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）。當對地電容電流增加到一定的數值以后，發生單相接地故障時將很容易產生弧光接地。由于對地電容電流較大，故障相電流不能過零自動熄滅。處在弧光接地狀態下是靠弧光進行接地，接地是不穩定的，往往伴隨著引弧、息弧、復燃等現象，并且會產生弧光過電壓。即：在故障相和非故障相引發高頻振蕩過電壓，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，當系統發生單相弧光接地時，在3.5 倍過電壓的持續作用下造成電氣設備絕緣的積累性損傷，在非故障相的絕緣薄弱環節造成對地擊穿，進而發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，首先應對企業電網內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、經驗估算法等。最簡單方便的是經驗估算法，即根據經驗公式和本系統內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。當時，他正和杜一朵打牌。他輸得只剩下一條褲衩了。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——企業電網的額定電壓，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，根據生產廠商提供的參數和現場實驗實測數據，數值約增大20%。

根據電力相關規定，10 kV 電纜線路對地電容電流達到30 A 時應該采用消弧線圈接地方式。實際計算電流值時應考慮受電設備的對地電容電流，10 kV 設備增加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項目，因此以上計算的經驗公式僅供參考。

3 常用消弧系統的原理

常用的消弧系統有2 種：針對弧光接地現象，將其轉變為金屬接地的消弧消諧柜；針對系統內部對地電容電流，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企業電網發生弧光接地時，消弧消諧裝置判斷接地的相別，根據計算結果發出指令使故障相的真空接觸器閉合，把企業電網中的弧光接地轉變為金屬性接地。故障相的對地電壓降為零，弧光接地現象消失。

3.2 中性點經消弧線圈接地

消弧線圈的工作原理是當企業電網發生單相接地故障后，故障點流過企業電網中對地電容電流，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、電弧復燃等現象，從而達到滅弧的功能。

4 經消弧線圈接地應該注意的問題

在消弧線圈使用的初期時，基本都是手動調節進行定補。隨著科技的不斷發展，消弧線圈的補償方式從手動定補發展為了自動補償，且自動補償分成了多種模式，如隨動補償、動態補償、可控硅補償等。在企業電網實際運行時多數對線圈僅僅采取了巡檢、維護、保養等措施，忽略了很多系統性的問題，對企業電網的可靠性產生了隱患。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，但是企業電網早期的電纜線路也很少。現階段大部分消弧線圈的生產廠家都可以做到補償電流為100 A 的消弧線圈。但是當對地電容電流超過100 A 時建議將中性點經消弧線圈接地改為經小電阻接地，以保證企業電網的可靠性。

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

當企業電網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。現在常用的消弧線圈系統基本為自動跟蹤補償式，控制系統都會帶有系統電容電流、殘流等。在日常的維護保養工作，應該考慮對消弧線圈運行下企業電網中對地電容電流、殘流、分接開關的檔位等專門進行觀察及記錄，以防止殘流過大時會產生弧光接地。但是，殘留過小時會影響零序互感器繼電保護的靈敏度，對企業電網運行產生影響。

所以，企業電網初期建設時消弧線圈選用時應考慮選取較大容量的消弧線圈。隨著電網的擴大，消弧線圈容量不能滿足企業電網要求時，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，適當時可以考慮實施分散補償。

4.2 消弧線圈的并列運行

現在建設單位內部的總降壓變電站，為保證供電的安全可靠性多采用單母線分段式，每段母線上都設有一臺消弧線圈。當母線并列運行時，應考慮消弧線圈并列的問題。當母線存在多個接地點時，根據諧波分量展開式，3 次諧波電流就可以多個中性點形成的連接通道。發生故障時，當補償電網中的自振頻率和諧波中的某一頻率相同時，就會出現諧振現象。2 臺消弧線圈同時工作時還要考慮，消弧線圈的從屬關系，如果沒有從屬關系將出現連續不斷的調整。另外，企業電網規定，“單個配電網內不允許出現多個接地點”。所以，當母線并列運行時應退出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中心點經消弧線圈接地的企業電網內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不同。企業電網中，對地電容電流較小符合消弧線圈電容要求時，應將消弧消諧柜處于檢測位置不運行；當對地電容電流較大時，應將消弧消諧柜改正為運行狀態，為消弧線圈的運行提供后備的補充，以實現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。同時運行時應考慮消弧線圈的運行模式、自動調節判斷依據等，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故障相判斷錯誤，接地電流過大融管爆炸，導致事故擴大化。所以，消弧線圈和消弧消諧柜同時運行時，還應考慮消弧消諧柜本身質量的問題。

5 結語

綜上所述，在企業單位的總降壓變電設有的消弧線圈容量，應盡量選用更高一級的，為后續的電網擴大提供保證。消弧線圈和消弧消諧柜同時運行時，應確保消弧消諧裝置動作的準確性。由于消弧線圈的存在，發生故障時流經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。企業電網內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，以減少接地故障的排除時間。