对消弧及选线装置的研究

陈诗杰

广东电网有限责任公司中山供电局广东中山528400

摘要：讨论了随着电网规模的扩大和地下电缆的大量采用，中性点不接地或者经消弧线圈接地的配网系统在单相接地时的物理发展过程，以及分析消弧装置的消弧和选线过程，对不同的选线方法进行了对比，分析其优缺点，提出了采用增加故障信息量的方法进行选线，以提高选线准确率。

关键词：配网中性点接地方式单相接地消弧选线

一、前言

随着经济的不断发展和人民生活水平的不断提高，电力系统的安全运行以及供电的可靠性就显得越来越重要。我国绝大多数配网属于小电流系统，并以采用中性点不接地或者经消弧线圈接地的运行方式居多，单相接地故障是配网常见的故障之一。随着配网规模的扩大和地下电缆的大量采用，系统对地电容电流急剧增加，单相接地后流经故障点的电流比较大，如果接地电弧不能可靠熄灭，就容易产生间歇性弧光接地过电压，直至发展为相间短路，导致线路跳闸，供电中断。甚至使电网设备绝缘薄弱处放电击穿和设备瞬间损坏，给电网的安全运行带来很大的风险。因此在配网系统发生单相接地故障时进行消弧，并且正确及时把故障线路检测出来，通过报警信号告知电网人员，对迅速处理故障、提高电能质量、保证电网安全稳定运行有重大的意义。

二、中性点不接地系统经消弧线圈单相接地时的物理过程

电网正常运行时，忽略三相对地的泄露电导和消弧线圈的损耗电导及相间电容，消弧线圈接地系统示意图如图（1）所示：

由等值电路图可以看出，电网正常运行时，消弧线圈、阻尼电阻、系统对地电容构成RLC串联谐振回路，阻尼电阻起到限制谐振过电压作用，发生单相接地故障后，阻尼电阻被晶闸管短接，消弧线圈与系统对地电容并联谐振，因电流相位相差180度，故消弧线圈此时起到补偿作用，限制了接地点的故障电流，此时接地点残流即为中性点电流（流过消弧线圈电流）与此时的系统电容电流之差，注意，接地时的电容电流Icjd显示与理论以额定相电压即以金属性接地故障计算的电容电流Ic有差别，此时，Icjd=Ic；图中的Rd为接地点过渡电阻。

因此，通过消弧线圈的补偿作用，使得接地处的电流变得很小或者接近为零，从而消除接地处的电弧及其危害，同时，电流过零电弧熄灭后，消弧线圈的存在还可以显著减小故障相电压的恢复速度，减小重燃的可能性。

三、对故障线路进行选线的几种方法

1、五次谐波算法：对于中性点经消弧线圈接地系统，由于消弧线圈不能对谐波进行完全补偿，因此可以通过对零序电流谐波分量比幅比进行选线。由于系统中的五次谐波含量最大，因此多数装置采用五次谐波法选线。但是当接地电阻很大时，五次谐波含量很小，此时会影响选线的准确性。

2、加消弧线圈后，由于电感电流对电容电流的抵消作用，使得接地线路中仅剩下较小的残流，利用比较各路有功电流分量大小和方向，可以实现选线。由于有功分量本身不大，长线路与接地线路相近、干扰等，使得选线误差较大。

3、电流增量法：目前的自动调谐消弧线圈自动跟踪系统电容，正常情况下消弧线圈处于过补偿状态，发生接地后自动调谐到全补偿状态，减小接地电流。电流增量法利用调谐前后的零序电流变化进行选线，首先将调谐前后的零序电流折算到一个电压，然后比较各条线路的零序电流变化量，变化量最大的就是故障线路。

4、有功增量法：在消弧线圈二次绕组（或一次）投切一个电阻，使流经接地线路的有功电流增加，由于各线路有功分量很小，增加量特别明显，且接地线路的有功电流与非接地线路的有功电流方向相反。接地线路有功增量法有三个明显之处：①有功电流特别大；②存在有功增量；③有功方向与其它线路相反，因而选线最准。下边，我们主要讲讲有功增量法。

二次绕组是消弧线圈的一个绕组，供在短时工作时连接电阻，来增加接地故障电流中的有功分量的绕组。我们把该绕组作为并联阻尼绕组与选线绕组。

未接地时，开关K闭合，阻尼电阻R2接通。相当于直接在一次回路接了一个R1=n2R2电阻，起阻尼限压作用。

单相接地时，开关K断开，取消了阻尼。我们把R2同时作为选线时的有功增量电阻。微机判别出系统单相接地时进入选线程序。①首先采集计算各路零序电流的基波有功分量Ipn1（n=1，2，……36）大小及方向；②然后微机使K合上，再采集计算各路零序电流的基波有功分量Ipn2（n=1，2，……36）大小及方向，采样结束后断开K；③比较各路有功电流方向，并计算各路零序电流基波有功分量两次采集计算值之差ΔIpn（n=1，2……36）；④比较各ΔIpn大小，找出ΔIpn最大那个，即ΔIpn.max的线路；⑤将Δipn.max与设定的最大干扰增量ΔIpn进行比较，Δipn.max>ΔIpn设且方向与其它线路方向相反时，对应的线路便为接地线路（单相接地时有功增量分量只流经接地线路）；若Δipn.max<ΔIpn设且方向与其它线路方向相同时，表明没有线路接地，实为母线接地。

选线时的有功增量也可直接在一次回路接电阻实现。但有两大问题：一是高压开关，大功率电阻及控制电路昂贵，造价远高于二次并阻投切；二是直接控制高压开关投切有功增量电阻，安全可靠性不如二次并阻投切。二者所起作用相同，所以我们选择二次并阻投切方式。

四、结语

本文主要针对我国配网中性点不接地系统经消弧线圈单相接地时的物理过程进行了分析，探讨了消弧装置对改善配网运行的作用，并且通过选线装置的配合，有助于电网人员准确判定故障线路，迅速查找故障点。随着城乡电网的发展以及生产、生活对供电可靠性的要求越来越高，消弧及选线装置对配网的安全稳定和可靠运行也发挥着重大的作用。

参考文献

[1]王新宽.消弧消谐选线综合装置的研制[D].山东：山东大学.2005

[2]陈宏钟.新型消弧消谐及选线装置的研究[D].南京：东南大学.2005