弧线圈接地研究分析论文

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摘要：该文在消弧线圈接地系统特点进行分析的基础上，指出了不能用传统的零序电流、零序功率方向选线原理来判别故障线路，同时介绍了消弧线圈接地系统单相接地的几种选线方法，并从运行维护的角度提出了需注意的问题。

关键词：消弧线圈接地选线

1选线原理

⑴绝缘监察装置。绝缘监察装置利用接于公用母线的三相五柱式电压互感器，其一次线圈均接成星形，附加二次线圈接成开口三角形。接成星形的二次线圈供给绝缘监察用的电压表、保护及测量仪表。接成开口三角形的二次线圈供给绝缘监察继电器。系统正常时，三相电压正常，三相电压之和为零，开口三角形的二次线圈电压为零，绝缘监察继电器不动作。当发生单相接地故障时，开口三角形的二次端出现零序电压，电压继电器动作，发出系统接地故障的预告信号。其优点是投资小，接线简单、操作及维护方便。其缺点是只发出系统接地的无选择预告信号，不能准确判断发生接地的故障线路，运行人员需要通过推拉分割电网的试验方法才能进一步判定故障线路，影响了非故障线路的连续供电。

⑵零序电流原理。在中性点不接地的电网中发生单相接地故障时，非故障线路零序电流的大小等于本线路的接地电容电流。故障线路零序电流的大小等于所有非故障线路的零序电流之和，也就是所有非故障线路的接地电容电流之和。通常故障线路的零序电流比非故障线路零序电流大得多，利用这一原则，可以采用电流元件区分出接地故障线路。

⑶零序功率原理。在中性点不接地的电网中发生单相接地故障时，非故障线路的零序电流超前零序电压90°，故障线路的零序电流滞后零序电压90°，故障线路的零序电流与非故障线路的零序电流相位相差180°。根据这一原则，可以利用零序方向元件区分出接地故障线路。

2消弧线圈接地系统的特点

随着国民经济的不断发展，配网规模日渐扩大，电缆出线日渐增多，系统对地电容电流急剧增加，接地弧光不易自动熄灭，容易产生间隙弧光过电压，进而造成相间短路，使事故扩大。为了防止这种事故，电力行业标准DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定；3~10kV架空线路构成的系统和所有35kV、66kV电网，当单相接地故障电流大于10A时，中性点应装设消弧线圈，3~10kV电缆线路构成的系统，当单相接地故障电流大于30A时，中性点应装设消弧线圈。根据这一规定，潮州供电分公司对系统进行改造，采取中性点经消弧线圈接地的运行方式，但是造成了采用零序电流原理、零序功率方向原理的接地选线装置的选线正确率急剧下降。其原因是中性点经消弧线圈接地系统单相接地时，电容电流分布的情况与中性点不接地系统不一样了，如图1所示。

由图1可知，中性点接入消弧线圈后，发生单相接地时，非故障线路电容电流的大小和方向与中性点不接地系统是一样的；但对故障线路而言，接地点增加了一个电感分量的电流ILo从接地点流回的总电流为：

由于与的相位相差180埃将随消弧圈的补偿程度而变，因此，故障线路零序电流的大小及方向也随之改变。

当全补偿时，即，接地电流接近于零，故障线路零序电流等于线路本身的电容电流，方向由母线流向线路，零序功率方向与非故障线路完全相同。

全补偿时，wL=1/3wC∑，正是工频串联谐振的条件，如果由于系统三相对地电容不对称或者断路器三相不同期合闸时出现零序电压，串接于L及3C∑之间，串联谐振将导致电源中性点对地低压升高及系统过电压，因而不采用这种补偿方式。

当欠补偿时，即分两种情况：

如果补偿以后的接地电流大于本身线路电容电流，且方向由线路流向母线，故障线路零序电流将减少。

如果补偿以后的接地电流小于本身线路电容电流，故障线路零序电流不但大小变化，且方向也变为由母线流向线路。

上述情况表明，在欠补偿方式下，故障线路零序电流(功率)的方向是不固定的。同时，考虑到因运行方式变化，系统电容电流IC∑减少时，有可能又出现串联谐振。因此，这种补偿方式很少采用。

当过补偿时，即，这种补偿方式没有发生过电压的危险，因而得到了广泛的应用，采用过补偿后，通过故障线路保护安装处的电流为补偿以后的感性电流，它与零序电压的相位关系和非故障线路电容电流与零序电压的相位关系相同，数值也和非故障线路的容性电流相差无几，因此不接地系统中常用的零序电流选线原理和零序功率方向选线原理已不能采用。

3接地选线原理比较

(1)插入有效电阻法。发生接地故障时，在消弧线圈上短时并上一个有效电阻，使接地点产生一个有功分量电流，再利用此有功分量电流作为选线依据，经一定延时后，再把电阻切除。只要电阻选择合适，就能使接地点的有功分量电流足够大，从而达到选线的目的。

(2)5次谐波原理。在电力系统中，电源感应电势中本身就存在高次谐波分量，此外由于变压器、电压互感器等设备铁心非线性的影响，电网中必然包含一系列高次谐波分量，其中主要为5次谐波分量。对中性点经消弧线圈接地的系统，由于消弧线圈对5次谐波呈现的感抗为基波的5倍，而线路容抗为基波1/5，和线路容抗相比，消弧线圈近似于开路状态。因此，5次谐波感性电流可以忽略，系统单相接地时，5次谐波容性电流分布与中性点不接地系统中基波容性电流几乎相同，籍此可进行故障选线。

(3)首半波原理。该原理是基于接地故障发生在相电压接近最大值这一假设，利用单相接地瞬间，故障线路暂态零序电流第1个周期的首半波与非故障线路相反的特点构成。暂态电容电流中包括自由分量和强制分量，它具有以下几个特点：

在相电压接近最大值瞬间单相接地过程中，暂态电容电流比流过消弧线圈的暂态电感电流大很多，暂态电感电流可忽略不计。因此，在同一电网中，即使中性点经消弧线圈接地，其过渡过程与中性点不接地情况下近似相同。

故障线路暂态零序电流和暂态零序电压首半波方向相反。非故障线路暂态零序电流和暂态零序电压首半波方向相同。

首半波电容电流幅值比稳态电容电流大几倍到几十倍，对总线路长度较短的系统，暂态过程更加明显。

由上述特点可知，对短线路而言，其稳态电容电流小，暂态电容电流大，该原理比其它各类反映接地稳态量的原理灵敏度高，对单相接地反应迅速。

(4)注入信号寻踪法。该原理是通过运行中的电压互感器向接地线注入信号，利用信号寻踪原理，实现故障探测。该装置由主机和信号电流探测器两部分构成，主机发出的信号通过电压互感器副边二次端子接入，并由故障线路接地点流回。信号探测器插在主机内部或安装在各条出线绝缘距离以外探测选线。由于故障选线是通过注入信号实现，无需使用零序电流互感器，也与电流互感器的接线方式无关。装置还具有测距定位功能，寻踪选线以后，必要时可停电进行测距定位。

4接地选线装置现场注意事项

(1)零序电流互感器穿过电力电缆和接地线时的接法问题。不论零序电流互感器与电缆头接地线的相对位置如何，零序电流互感器与接地线的关系应掌握一个原则：电缆两端端部接地线与电缆金属护层、大地形成的闭合回路不得与零序电流互感器匝链。即当电缆接地点在零序电流互感器以下时，接地线应直接接地；接地点在零序电流互感器以上时，接地线应穿过零序电流互感器接地。同时，由电缆头至零序电流互感器的一段电缆金属护层和接地线应对地绝缘，对地绝缘电阻值应不低于50kΩ。以上做法是为了防止电缆接地时的零序电流在零序电流互感器前面泄漏，造成误判断；经电缆金属护层流动的杂散电流由接地线流入大地，也不与零序电流互感器匝链，杂散电流也不会影响正确判断。

(2)接入选线装置的线路数量问题。一般来说，线路路数至少不少于3路才能保证正确判断，一般变电所都能满足此要求。当出线路数少，母线有防止电压互感器铁磁谐振或防止过电压的接地电容时，接地选线判断比较准确。另外，凡是接在母线上的各馈电线路包括补偿无功功率的电容器等的电缆都必须经过零序电流互感器接入选线装置，否则未接入选线装置的线路接地时采用幅值比较法的装置可能误判断，采用方向比较法的则可能判为母线接地。

(3)零序电流互感器型号统一问题。幅值比较的前提是变电所各出线的零序电流互感器的特性必须一致，否则可能因特性不一致而造成误判断，这一点，尤其在变电所扩容新增加配电线路时一定要注意。新增线路的零序电流互感器必须与原有其它线路的零序电流互感器型号、生产厂家保持一致。对于开合式零序电流互感器，开合接触面应无灰尘，确保面接触。对有架空出线的线路，虽然可以用三只测量用电流互感器滤出零序电流，但由于与电缆出线零序电流互感器特性不一致，架空出线也应改为一段电缆出线，以便于用同型号零序互感器。

(4)零序电流互感器的极性问题。各配电线路的零序电流互感器的极性必须一致，并满足厂家要求（一般沿配电盘柜向线路方向流出为正）。

(5)某些线路出线为双电缆时。为保证线路零序电流的准确测量，每条出线电缆应尽可能采用一根电缆，对负荷较大的线路可采用大截面铜心电缆，不得不采用双电缆并列时，应尽可能选用内径较大的零序电流互感器，将两根电缆同时穿入零序互感器。

5系统调试

施工完毕，必须做好系统调试，及时发现施工中存在的问题，具体调试的方法如下：解开TV开口三角的零序电压引入线，用调压器模拟零序电压，加入装置，此时加入的电压应与装置显示的电压一致，同时用升流器在TA一次侧模拟系统单相接地电流，穿过TA一次时，一条线路反穿，其余线路正穿，所加入电流应大于20mA，此时装置能正确选线，说明该装置回路可以投运。

6结束语

现有的接地选线方法，在中性点改为经消弧线圈接地后，有的已不能使用，有的虽然能用但有较大的局限性，选线效果不理想。根据潮州供电分公司的应用经验，要提高小电流接地选线装置选线的正确率，除了装置采用好的原理外，电力部门自身的安装、调试、运行、维护都至关重要。只有各环节的工作均做好了，接地选线装置选线的正确率才能达到较高的水平。