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摘要：本文结合10kV 配电网接地方式的特点对配电网中采用中性点经消弧线圈接地方式的工作原理进行详细的阐述，有利于提高电网的经济运行。
关键词： 10kV 配电网;消弧线圈;接地方式;无功补偿
Abstract: combining with 10 kV power grounding method of characteristics of electric distribution network in the neutral grounding method by the coil of arc extinction of the principle of detail and help to improve the economic operation of the power grid.
Keywords: 10 kV power distribution network; Coil of arc extinction; Grounding method; Reactive compensation
中图分类号：U665.12文献标识码：A 文章编号：
1前言
消弧线圈确实能起到灭弧、防止电弧重燃、抑制弧光过电压的作用。对于电容电流过大的配电网，中性点大都采用小电阻接地或消弧线圈接地方式。小电阻接地系统可有效地防止过电压问题。但其缺点在于跳闸率过高。当系统发生单相接地时，不论瞬时性故障还是永久性接地故障，系统都会马上跳闸。而系统中发生的单相接地，大多都是瞬时性的。目前供电局运行方式通常是在发生永久性接地后继续带电运行2h，查找故障，然后再拉开关排除故障，以保证生产的连续性。若要采用小电阻接地，工作量加大，否则就会频繁跳闸。同时，单相接地时巨大的接地电流将使地电位升高，严重时会超过安全值，可能对通信线路、低压电器和人身安全造成不利影响。因此，在电容电流没有达到一定值以前，小电阻接地系统不能适应目前供电局对供电可靠性越来越高的要求。中性点经消弧线圈接地方式，是目前架空线路与电缆混合的配电网主要采用的方式。
210kV 配电网接地方式的特点
目前在配网改造中，10kV 电力线路大量改为电缆线路，给10kV 系统带来的直接影响就是接地电容电流急速增加。10kV 系统单相接地故障时弧光接地容易引发母线谐振过电压。根据中性点经消弧线圈接地可减少单相接地故障电流的原理，改造中新建的110kV 变电站都在10kV 系统装设了消弧线圈，对原有的旧变电站也根据情况增加了消弧线圈。由于城市10kV 配电网运行方式变化较大，一个变电站10kV 母线所带的网络电容电流变化也大，用固定抽头的消弧线圈无法保证系统时时处于“过补偿”状态，必须采用自动跟踪补偿装置，使消弧线圈的补偿电流做到多级连续有载细调。
3中性点经消弧线圈接地方式和适用范围
3.1 中性点经消弧线圈接地方式
消弧线圈是一个有铁心的可调电感线圈，装设在变压器的中性点。当线路发生单相接地故障时，线圈上可形成一个与接地电容电流大小接近而方向相反的电感电流。这两个电流相互补偿，使流经接地点的残余电流变小甚至等于零，从而消除了接地处的电弧及电弧产生的危害。
3.2 当超过下列数值又需在接地故障条件下运行时，应采用消弧线圈接地方式
①3～10kV 钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路构成的系统和所有35 kV、66 kV 系统，10A。
②10kV 非钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路构成的系统，20A。
③3～10kV 电缆线路构成的系统，30A。
3.3 中性点经消弧线圈接地方式工作原理
假设线路的三相对地耦合电容相等，当线路发生单相故障(C 相故障) 时，A、B 相电压将升高为线电压，A、B 相的对地耦合电容将分别产生两个电容电流并在故障点合成一个数值较大的容性分量为主的故障电流。这个电流就是中性点不接地系统产生单相故障闪络电弧的主要因素。当中性点经消弧线圈接地后，消弧线圈可以产生一个反方向的感性电流与容性分量抵消，使故障点只剩下很小的电阻性分量，从而失去起弧的条件。一般认为故障残流小于5 A 就不会产生间歇电弧。对于中压网络电压等级较低的一些系统，残流小于10A时即可熄弧。
3.3.1接地故障发生在负荷侧，请参阅图1
图1 负荷侧接地故障
零序电流为Ι01，单位A。
式中U 0——相电压，V；
C1——电源侧相对地电容值，F。
C1为电源侧线路中包含的架空线和电缆的相对地电容值的总和。
Ι01 可由架空线和电缆长度进行估算，架空线正常运行时的相电容电流约为
0.02A/km；交联聚乙烯电缆为0.8～1A/km，油浸纸绝缘电缆为1. 2～1. 5 A / km，对电缆估算取值可取平均值1A/ km。
Ι01=3×(0.02×L1+1×L2)
式中L1——电源侧配网所含架空线总长度，km（配网所含范围为变电站10kV 所在母线的全部配线）；
L2——电源侧配网所含電缆总长度，km。这个电流应能使FFK的零序保护动作。
3.3.2接地故障发生在电源侧，请参阅图2
图2.电源侧接地故障
零序电流为Ι02,单位A。Ι02=3ωU0 C2
C2为负荷侧线路中包含的架空线和电缆的相对地电容的总和。
Ι02=3×(0.02×L’1+1×L’2)
式中, L’1——负荷侧线路所包含架空线总长度,km。
L’2——负荷侧线路所包含电缆总长度,km。
4中性点经消弧线圈接地方式的补偿方式
从熄弧的角度考虑，残余电流越小越好，最好等于零，也就是补偿的电感电流刚好等于接地电容电流，这种情况叫做“全补偿”。但在“全补偿”状态下，系统会发生消弧线圈电感和接地电容形成的串联谐振，使消弧线圈中流过很大的电流，这个大电流在消弧线圈的阻抗上产生很大的压降，使变压器中性点对地电位大大升高，可能损坏设备绝缘。所以，一般系统不采用全补偿方式，而是采用过补偿方式(个别情况下，允许欠补偿短时间运行)。
如果消弧线圈的感抗小于系统对地的总容抗，即感性补偿电流IL大于单相接地时电容电流IC，这种情况叫做过补偿。过补偿运行时，单相接地点有残余的电感性补偿电流流过。如果消弧线圈的感抗大于系统对地总容抗，则IL< IC，这种情况叫做欠补偿。欠补偿运行时，单相接地点有残余的电容性电流流过。
无论过补偿或欠补偿，都可以达到减小接地故障电流和减小中性点位移过电压的目的，但在实际上都采用过补偿方式。这主要从两个方面考虑：一是过补偿时IL﹥IC ，消弧线圈留有一定的裕度，即使电网发展，原有的消弧线圈还可以使用；二是电网运行时，常常会发生故障跳闸，一部分网络脱离运行，电网对地电容电流变小。如消弧线圈不能自动调节补偿电流，对于过补偿方式，无非是补偿更“过”，而欠补偿方式则可能恰好“不欠”而变成“全补偿”方式，导致不容许出现的谐振过电压。所以，按照规定，消弧线圈应采用过补偿方式运行。
零序电流为Ι’01
Ι’01=Ι01 - IL
式中——消弧线圈补偿电流的有效值，单位A。
可以看出，Ι’01为经消弧线圈补偿后流经接地点
的电流残值。当消弧线圈为过补偿方式时，IL >Ι01，Ι’01和Ι01反向，Ι’01 落后于零序电压90°。当消弧线圈欠补偿运行时，IL <Ι01，Ι’01和Ι01同向，Ι’01领先于零序电压90°
由于Ι’01的方向随补偿方式而改变，因此，在消弧线圈接地方式下，不能采用方向零序保护来提高保护动作的灵敏度。
5结 语
10KV配电网中性点接地方式是一个涉及到可靠供电、人身和设备安全、通讯干扰和过电压等方面的问题，我们应结合当前配电网的发展水平、电网结构特点，因地制宜地选择配电网中性点接地方式。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词： 10kV 配电网;消弧线圈;接地方式;无功补偿
Abstract: combining with 10 kV power grounding method of characteristics of electric distribution network in the neutral grounding method by the coil of arc extinction of the principle of detail and help to improve the economic operation of the power grid.
Keywords: 10 kV power distribution network; Coil of arc extinction; Grounding method; Reactive compensation
中图分类号：U665.12文献标识码：A 文章编号：
1前言
消弧线圈确实能起到灭弧、防止电弧重燃、抑制弧光过电压的作用。对于电容电流过大的配电网，中性点大都采用小电阻接地或消弧线圈接地方式。小电阻接地系统可有效地防止过电压问题。但其缺点在于跳闸率过高。当系统发生单相接地时，不论瞬时性故障还是永久性接地故障，系统都会马上跳闸。而系统中发生的单相接地，大多都是瞬时性的。目前供电局运行方式通常是在发生永久性接地后继续带电运行2h，查找故障，然后再拉开关排除故障，以保证生产的连续性。若要采用小电阻接地，工作量加大，否则就会频繁跳闸。同时，单相接地时巨大的接地电流将使地电位升高，严重时会超过安全值，可能对通信线路、低压电器和人身安全造成不利影响。因此，在电容电流没有达到一定值以前，小电阻接地系统不能适应目前供电局对供电可靠性越来越高的要求。中性点经消弧线圈接地方式，是目前架空线路与电缆混合的配电网主要采用的方式。
210kV 配电网接地方式的特点
目前在配网改造中，10kV 电力线路大量改为电缆线路，给10kV 系统带来的直接影响就是接地电容电流急速增加。10kV 系统单相接地故障时弧光接地容易引发母线谐振过电压。根据中性点经消弧线圈接地可减少单相接地故障电流的原理，改造中新建的110kV 变电站都在10kV 系统装设了消弧线圈，对原有的旧变电站也根据情况增加了消弧线圈。由于城市10kV 配电网运行方式变化较大，一个变电站10kV 母线所带的网络电容电流变化也大，用固定抽头的消弧线圈无法保证系统时时处于“过补偿”状态，必须采用自动跟踪补偿装置，使消弧线圈的补偿电流做到多级连续有载细调。
3中性点经消弧线圈接地方式和适用范围
3.1 中性点经消弧线圈接地方式
消弧线圈是一个有铁心的可调电感线圈，装设在变压器的中性点。当线路发生单相接地故障时，线圈上可形成一个与接地电容电流大小接近而方向相反的电感电流。这两个电流相互补偿，使流经接地点的残余电流变小甚至等于零，从而消除了接地处的电弧及电弧产生的危害。
3.2 当超过下列数值又需在接地故障条件下运行时，应采用消弧线圈接地方式
①3～10kV 钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路构成的系统和所有35 kV、66 kV 系统，10A。
②10kV 非钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路构成的系统，20A。
③3～10kV 电缆线路构成的系统，30A。
3.3 中性点经消弧线圈接地方式工作原理
假设线路的三相对地耦合电容相等，当线路发生单相故障(C 相故障) 时，A、B 相电压将升高为线电压，A、B 相的对地耦合电容将分别产生两个电容电流并在故障点合成一个数值较大的容性分量为主的故障电流。这个电流就是中性点不接地系统产生单相故障闪络电弧的主要因素。当中性点经消弧线圈接地后，消弧线圈可以产生一个反方向的感性电流与容性分量抵消，使故障点只剩下很小的电阻性分量，从而失去起弧的条件。一般认为故障残流小于5 A 就不会产生间歇电弧。对于中压网络电压等级较低的一些系统，残流小于10A时即可熄弧。
3.3.1接地故障发生在负荷侧，请参阅图1
图1 负荷侧接地故障
零序电流为Ι01，单位A。
式中U 0——相电压，V；
C1——电源侧相对地电容值，F。
C1为电源侧线路中包含的架空线和电缆的相对地电容值的总和。
Ι01 可由架空线和电缆长度进行估算，架空线正常运行时的相电容电流约为
0.02A/km；交联聚乙烯电缆为0.8～1A/km，油浸纸绝缘电缆为1. 2～1. 5 A / km，对电缆估算取值可取平均值1A/ km。
Ι01=3×(0.02×L1+1×L2)
式中L1——电源侧配网所含架空线总长度，km（配网所含范围为变电站10kV 所在母线的全部配线）；
L2——电源侧配网所含電缆总长度，km。这个电流应能使FFK的零序保护动作。
3.3.2接地故障发生在电源侧，请参阅图2
图2.电源侧接地故障
零序电流为Ι02,单位A。Ι02=3ωU0 C2
C2为负荷侧线路中包含的架空线和电缆的相对地电容的总和。
Ι02=3×(0.02×L’1+1×L’2)
式中, L’1——负荷侧线路所包含架空线总长度,km。
L’2——负荷侧线路所包含电缆总长度,km。
4中性点经消弧线圈接地方式的补偿方式
从熄弧的角度考虑，残余电流越小越好，最好等于零，也就是补偿的电感电流刚好等于接地电容电流，这种情况叫做“全补偿”。但在“全补偿”状态下，系统会发生消弧线圈电感和接地电容形成的串联谐振，使消弧线圈中流过很大的电流，这个大电流在消弧线圈的阻抗上产生很大的压降，使变压器中性点对地电位大大升高，可能损坏设备绝缘。所以，一般系统不采用全补偿方式，而是采用过补偿方式(个别情况下，允许欠补偿短时间运行)。
如果消弧线圈的感抗小于系统对地的总容抗，即感性补偿电流IL大于单相接地时电容电流IC，这种情况叫做过补偿。过补偿运行时，单相接地点有残余的电感性补偿电流流过。如果消弧线圈的感抗大于系统对地总容抗，则IL< IC，这种情况叫做欠补偿。欠补偿运行时，单相接地点有残余的电容性电流流过。
无论过补偿或欠补偿，都可以达到减小接地故障电流和减小中性点位移过电压的目的，但在实际上都采用过补偿方式。这主要从两个方面考虑：一是过补偿时IL﹥IC ，消弧线圈留有一定的裕度，即使电网发展，原有的消弧线圈还可以使用；二是电网运行时，常常会发生故障跳闸，一部分网络脱离运行，电网对地电容电流变小。如消弧线圈不能自动调节补偿电流，对于过补偿方式，无非是补偿更“过”，而欠补偿方式则可能恰好“不欠”而变成“全补偿”方式，导致不容许出现的谐振过电压。所以，按照规定，消弧线圈应采用过补偿方式运行。
零序电流为Ι’01
Ι’01=Ι01 - IL
式中——消弧线圈补偿电流的有效值，单位A。
可以看出，Ι’01为经消弧线圈补偿后流经接地点
的电流残值。当消弧线圈为过补偿方式时，IL >Ι01，Ι’01和Ι01反向，Ι’01 落后于零序电压90°。当消弧线圈欠补偿运行时，IL <Ι01，Ι’01和Ι01同向，Ι’01领先于零序电压90°
由于Ι’01的方向随补偿方式而改变，因此，在消弧线圈接地方式下，不能采用方向零序保护来提高保护动作的灵敏度。
5结 语
10KV配电网中性点接地方式是一个涉及到可靠供电、人身和设备安全、通讯干扰和过电压等方面的问题，我们应结合当前配电网的发展水平、电网结构特点，因地制宜地选择配电网中性点接地方式。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。