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摘要：本文从分析中性点不接地系统在单相接地时的运行方式入手，引出中性点经消弧线圈接地运行方式的探讨，总结出消弧线圈接地方式的优点及技术上的不足之处。
关键词：中性点消弧线圈接地电容电流
中图分类号：U665.12文献标识码： A 文章编号：
1 中性点不接地系统分析
中压配电网一般采用Y形连接，其中性点是指变电所内主变压器的中性点。我国目前对Y形接线法线圈的中性点处理方式有三种：一是不接地、二是经线性电抗线圈接地、三是直接接地。直接接地一般应用于110KV及以上系统和三相四线制低压系统，故本文不作讨论。本文为讨论方便起见，只考虑导线集总参数模式中的对地电容C，并假设三相对地电容值相等。
中性点不接地系统的等效电路图如下：
图1中性点不接地系统集总参数模型
因为三相对地电容值相等，所以中性点0为地电位，即此时用一根导线将中性点0与大地连接的话，这根导线中电流为零；各相对地电容电流在相位上超前各相电压90°，但数值较小，根据上述分析，作出中性点不接地系统正常运行情况下的相量图如下：
图2中性点不接地系统正常运行时相量图
现假设C相接地（见图3），则C相成为地电位，中性点0发生偏移成为0′。由相量图可见非故障相A、B两相的对地电压升高为线电压，即、，但三相之间的电压值不变，此时只要各相对地绝缘能够承受线电压，中性点不接地系统在单相接地情况对三相用电设备无影响，各级调度规程里一般都规定此种情况下电网仍可运行不超过2h的时间，在此期间查找故障并处理，这大大提高了供电可靠性，这是中性点不接地系统的一大优点。下面讨论此种情况下，接地点电容电流的计算，此时A、B两相的对地电容电流记为、，由相量图可以得出：，其值满足，又因为，所以。由此可见，中性点不接地系统单相接地时接地点的电容电流为正常运行时一相对地电容电流的3倍。
图3中性点不接地系统C相接地时集总参数模型和相量图
上述分析过程只是理想状态下的理论计算值，实际要按下述公式进行计算：
—电缆和架空线路接地电容电流之和
—系统中相与地之间跨接的各类电容器与电抗器容性电流之和
K—系统中各类配电装置造成的电容电流增值，10KV系统取16、35KV系统取13
如果要按照这个公式来计算接地点的电容电流，则必须在变电站内和系统中与地之间接有电容器的所有点安装电容电流测量仪器，在发生故障时同时读取这些数值才能计算出接地点的电容电流，可操作性太差。因此，要计算接地点的电容电流可以采用以下两种比较实用的方法：
一、對纯架空（变电所出线电缆长度相对于架空线路总长度很短的线路）线路、纯电缆线路可采用实用公式直接计算，即
架空线路：
—线路的额定标称电压（如10KV系统即取值10KV）
L—架空线路单相总长度
电缆线路：
二、对架空与电缆混合线路可采用查表计算法
表1交联聚乙烯电缆接地电容电流估算表
表2架空线路接地电容电流估算表
目前，宁波电业局使用DJM系统来管理配电网，每条10KV线路的架空与电缆总长度都可以从该系统中查出，因此上述两种计算单相接地时电容电流的方法就非常实用。例如：110KV宝山变下白龙G207线，查DJM系统得长度参数如下：电缆5.38km（以截面规格150为主）、架空裸导线0.81km、架空绝缘导线3.11km，根据上述估算方法得出白龙G207线的单相接地电容电流为9A。估算接地情况下的电容电流对设备选型和下文论述的消弧线圈电感值H的设定具有重要意义。
虽然中性点不接地系统电容电流值不大，但目前随着城市化进程不断加快，中压配电网电缆比率逐年上升，如果接地点发生在电缆上的话极有可能产生电弧，电弧有可能损坏相间绝缘致使单相接地发展成为相间短路或三相短路，十分危险。电缆接地点还有可能产生周期性熄灭与重燃的断续电弧，这种电弧会在正常相与地之间引起谐振过电压，这种过电压最大值可以达到额定相电压的3倍，足以破坏电缆绝缘造成相间短路。因此，中性点不接地系统单相接地仍然可能造成十分严重的后果。
2 中性点经消弧线圈接地系统分析
2.1 原理分析
各类电力系统设计规程中都有如下建议：10KV系统在中性点不接地情况下接地点的电容电流可能会大于30A、35KV系统可能会大于10A情况下，中性点宜采用消弧线圈接地。这一条建议也从侧面说明估算接地电容电流的重要意义。
中性点经消弧线圈接地系统原理图和相量图如下：
图4中性点经消弧线圈接地系统C相接地时的集总参数模型和相量图
从上述图中可以看出，当发生单相接地时，流过接地点的电流（注意此时的接地电流不一定为容性电流，有可能为感性电流，但刚好为阻性电流的可能性不大）为接地点电容电流与流过消弧线圈的电感电流之和，即。由于相位超前相位90°，而相位滞后相位90°，因此与在相位上相差180°，在接地点互相补偿，将大大削弱接地点原来的容性电流，有效预防电弧的产生。非接地相得相电压也会升高为原来的倍，成为线电压，对中性点经消弧线圈接地系统各级调度规程里也允许其在接地状态下运行不超过2h的时间，并在此期间内查找故障点。
2.2 各类消弧线圈对比分析
消弧线圈本质上为带气隙铁心的线性电感线圈（注：气隙铁心为采用硅钢片叠加组成的闭合铁心，因硅钢片之间有气隙而得名），阻值很小，但感抗非常大。
历史上使用的消弧线圈为手动调匝结构，必须在退出运行后才能调整，不能根据电网接地点电容电流的实时变化及时进行调节，补充效果不理想。随着电网自动化技术的普及，这种方式已经退出历史舞台。目前，宁波电力系统内普遍使用自动跟踪补偿消弧线圈，如镇海区内110KV宝山变、110KV龙湖变和110KV澥浦变主变的35KV侧线圈绕组中性点都采用了自动跟踪补偿消弧线圈，下图为从宁波调度OPEN 2000能量管理系统中截取的110KV龙湖变主变35KV侧线圈绕组中性点经自动跟踪补偿消弧线圈接地的示意图。
图5110KV龙湖变2#主变35KV侧线圈绕组中性点接地示意图
根据自动跟踪补偿消弧线圈改变电感值H的方法不同，这类线圈可分为以下几类，现简要介绍如下。
2.2.1 调匝式
将绕组按不同的匝数抽出分接头，用有载分接开关进行切换，通过改变接入的匝数从而改变电感值。这种方式类似于配变调压分接头原理，制造成本较低，但不足之处在于调节速度太慢。
2.2.2 调气隙式
上文提到过消弧线圈本质上为带气隙铁心的线性电感线圈，因此调节气隙大小也可改变电抗值，但此种类型一般使用电动机来调节气隙大小，其不足之处在于噪声太大。
2.2.3 调容式
该种类型通过调节消弧线圈二次侧电容量大小来调节消弧线圈的电感电流，二次绕组连接电容调节柜，当二次电容全部断开时，主绕组感抗最小，电感电流最大。当二次绕组有电容接入后，使主绕组感抗增大，电感电流减小。这种类型实现起来较简单，但故障选线灵敏度不高。
2.2.4 可控硅调节式
这种方式目前普遍被采用，该类型装置主要由高短路阻抗变压器式消弧线圈和控制器组成，配合小电流接地选线系统共同使用。其原理图如下：
图6可控硅调节式自动跟踪补偿消弧线圈原理图
SCR为Silicon Controlled Rectifier的英文缩写，中文叫可控硅整流器，通过控制SCR的导通角可使绕组二次侧的等效阻抗在[0,+∞]区间内变化，从而使整个消弧线圈的等效阻抗在无穷大与短路阻抗之间变化，因为可连续变化，所以输出的感性电流可在零至额定值之间连续无极输出。这种装置虽然都是按欠补偿设计，但其灵敏度非常高（上网查阅江苏、福建等地的相关运行资料，其基本可在接地发生后20ms内输出补偿电流），因此该装置可使残流（即补偿接地电容电流后剩余的感性电流）控制在2A以下。
上述各类型消弧线圈一个共性问题就是消弧线圈容量的选择，过补偿设计时，可按来确定，其中上式中Q的单位为KVA，类似于变压器的视在功率；为系统中性点不接地时发生单相接地时的电容电流，可见电容电流的测算对设备选型非常重要。
3 结论
本文對中压配电网中性点经消弧线圈接地的运行方式进行了深入分析，由上述分析可以得出如下结论：中压配电网经消弧线圈接地这种方式有很大的优点。但这类装置也有两大难点比较难攻克。
一、故障选线装置准确率不高，根据镇海调度多年运行经验，虽然可控硅调节式自动跟踪补偿消弧线圈灵敏度较高，但与其配合的故障选线装置往往准确性不高，经常发生故障选线失败的情况。因此，提高选线准确性是一个亟需深入研究的课题，这一课题牵涉到各类复杂算法和自动控制技术，本文不再赘述。
二、因变电所主变10KV侧铁心绕组普遍采用连接，无中性点可供引出，如10KV侧要采用经消弧线圈接地的方式话，就必须与Z形绕组接地变压器配合才能使用。
图7Z形绕组接地变压器原理图
图810KV母线与消弧线圈通过Z形绕组接地变压器连接示意图
Z形绕组接地变压器可引出中性点与消弧线圈连接，但这涉及到对当前绝大部分110KV变电所进行改造。笔者认为在故障选线系统准确率没有明显提升的情况下不建议全面开展这一改造。但自动跟踪补偿消弧线圈代表了中压配电网故障处理自动化发展方向，还是有必要进行试点改造以积累运行经验。
参考文献
[1] 刘天琪.邱晓燕 《电力系统分析理论》 科学出版社，2005年
[2] 周航 《中压配电网中性点接地方式的选择与应用》 广西电力，2009年第2期
[3] 张源滨 《对配电网中性点接地方式的探讨》 广东科技，2009.09
作者简介：
叶楠（1984年12月—）：宁波电业局职工，华北电力大学工程硕士（电力系统及其自动化方 向）在读，长期从事配网工作。张荣伟（1983年10月—）：宁波电业局职工，长期从事继电保护和智能变电站安装工作。
关键词：中性点消弧线圈接地电容电流
中图分类号：U665.12文献标识码： A 文章编号：
1 中性点不接地系统分析
中压配电网一般采用Y形连接，其中性点是指变电所内主变压器的中性点。我国目前对Y形接线法线圈的中性点处理方式有三种：一是不接地、二是经线性电抗线圈接地、三是直接接地。直接接地一般应用于110KV及以上系统和三相四线制低压系统，故本文不作讨论。本文为讨论方便起见，只考虑导线集总参数模式中的对地电容C，并假设三相对地电容值相等。
中性点不接地系统的等效电路图如下：
图1中性点不接地系统集总参数模型
因为三相对地电容值相等，所以中性点0为地电位，即此时用一根导线将中性点0与大地连接的话，这根导线中电流为零；各相对地电容电流在相位上超前各相电压90°，但数值较小，根据上述分析，作出中性点不接地系统正常运行情况下的相量图如下：
图2中性点不接地系统正常运行时相量图
现假设C相接地（见图3），则C相成为地电位，中性点0发生偏移成为0′。由相量图可见非故障相A、B两相的对地电压升高为线电压，即、，但三相之间的电压值不变，此时只要各相对地绝缘能够承受线电压，中性点不接地系统在单相接地情况对三相用电设备无影响，各级调度规程里一般都规定此种情况下电网仍可运行不超过2h的时间，在此期间查找故障并处理，这大大提高了供电可靠性，这是中性点不接地系统的一大优点。下面讨论此种情况下，接地点电容电流的计算，此时A、B两相的对地电容电流记为、，由相量图可以得出：，其值满足，又因为，所以。由此可见，中性点不接地系统单相接地时接地点的电容电流为正常运行时一相对地电容电流的3倍。
图3中性点不接地系统C相接地时集总参数模型和相量图
上述分析过程只是理想状态下的理论计算值，实际要按下述公式进行计算：
—电缆和架空线路接地电容电流之和
—系统中相与地之间跨接的各类电容器与电抗器容性电流之和
K—系统中各类配电装置造成的电容电流增值，10KV系统取16、35KV系统取13
如果要按照这个公式来计算接地点的电容电流，则必须在变电站内和系统中与地之间接有电容器的所有点安装电容电流测量仪器，在发生故障时同时读取这些数值才能计算出接地点的电容电流，可操作性太差。因此，要计算接地点的电容电流可以采用以下两种比较实用的方法：
一、對纯架空（变电所出线电缆长度相对于架空线路总长度很短的线路）线路、纯电缆线路可采用实用公式直接计算，即
架空线路：
—线路的额定标称电压（如10KV系统即取值10KV）
L—架空线路单相总长度
电缆线路：
二、对架空与电缆混合线路可采用查表计算法
表1交联聚乙烯电缆接地电容电流估算表
表2架空线路接地电容电流估算表
目前，宁波电业局使用DJM系统来管理配电网，每条10KV线路的架空与电缆总长度都可以从该系统中查出，因此上述两种计算单相接地时电容电流的方法就非常实用。例如：110KV宝山变下白龙G207线，查DJM系统得长度参数如下：电缆5.38km（以截面规格150为主）、架空裸导线0.81km、架空绝缘导线3.11km，根据上述估算方法得出白龙G207线的单相接地电容电流为9A。估算接地情况下的电容电流对设备选型和下文论述的消弧线圈电感值H的设定具有重要意义。
虽然中性点不接地系统电容电流值不大，但目前随着城市化进程不断加快，中压配电网电缆比率逐年上升，如果接地点发生在电缆上的话极有可能产生电弧，电弧有可能损坏相间绝缘致使单相接地发展成为相间短路或三相短路，十分危险。电缆接地点还有可能产生周期性熄灭与重燃的断续电弧，这种电弧会在正常相与地之间引起谐振过电压，这种过电压最大值可以达到额定相电压的3倍，足以破坏电缆绝缘造成相间短路。因此，中性点不接地系统单相接地仍然可能造成十分严重的后果。
2 中性点经消弧线圈接地系统分析
2.1 原理分析
各类电力系统设计规程中都有如下建议：10KV系统在中性点不接地情况下接地点的电容电流可能会大于30A、35KV系统可能会大于10A情况下，中性点宜采用消弧线圈接地。这一条建议也从侧面说明估算接地电容电流的重要意义。
中性点经消弧线圈接地系统原理图和相量图如下：
图4中性点经消弧线圈接地系统C相接地时的集总参数模型和相量图
从上述图中可以看出，当发生单相接地时，流过接地点的电流（注意此时的接地电流不一定为容性电流，有可能为感性电流，但刚好为阻性电流的可能性不大）为接地点电容电流与流过消弧线圈的电感电流之和，即。由于相位超前相位90°，而相位滞后相位90°，因此与在相位上相差180°，在接地点互相补偿，将大大削弱接地点原来的容性电流，有效预防电弧的产生。非接地相得相电压也会升高为原来的倍，成为线电压，对中性点经消弧线圈接地系统各级调度规程里也允许其在接地状态下运行不超过2h的时间，并在此期间内查找故障点。
2.2 各类消弧线圈对比分析
消弧线圈本质上为带气隙铁心的线性电感线圈（注：气隙铁心为采用硅钢片叠加组成的闭合铁心，因硅钢片之间有气隙而得名），阻值很小，但感抗非常大。
历史上使用的消弧线圈为手动调匝结构，必须在退出运行后才能调整，不能根据电网接地点电容电流的实时变化及时进行调节，补充效果不理想。随着电网自动化技术的普及，这种方式已经退出历史舞台。目前，宁波电力系统内普遍使用自动跟踪补偿消弧线圈，如镇海区内110KV宝山变、110KV龙湖变和110KV澥浦变主变的35KV侧线圈绕组中性点都采用了自动跟踪补偿消弧线圈，下图为从宁波调度OPEN 2000能量管理系统中截取的110KV龙湖变主变35KV侧线圈绕组中性点经自动跟踪补偿消弧线圈接地的示意图。
图5110KV龙湖变2#主变35KV侧线圈绕组中性点接地示意图
根据自动跟踪补偿消弧线圈改变电感值H的方法不同，这类线圈可分为以下几类，现简要介绍如下。
2.2.1 调匝式
将绕组按不同的匝数抽出分接头，用有载分接开关进行切换，通过改变接入的匝数从而改变电感值。这种方式类似于配变调压分接头原理，制造成本较低，但不足之处在于调节速度太慢。
2.2.2 调气隙式
上文提到过消弧线圈本质上为带气隙铁心的线性电感线圈，因此调节气隙大小也可改变电抗值，但此种类型一般使用电动机来调节气隙大小，其不足之处在于噪声太大。
2.2.3 调容式
该种类型通过调节消弧线圈二次侧电容量大小来调节消弧线圈的电感电流，二次绕组连接电容调节柜，当二次电容全部断开时，主绕组感抗最小，电感电流最大。当二次绕组有电容接入后，使主绕组感抗增大，电感电流减小。这种类型实现起来较简单，但故障选线灵敏度不高。
2.2.4 可控硅调节式
这种方式目前普遍被采用，该类型装置主要由高短路阻抗变压器式消弧线圈和控制器组成，配合小电流接地选线系统共同使用。其原理图如下：
图6可控硅调节式自动跟踪补偿消弧线圈原理图
SCR为Silicon Controlled Rectifier的英文缩写，中文叫可控硅整流器，通过控制SCR的导通角可使绕组二次侧的等效阻抗在[0,+∞]区间内变化，从而使整个消弧线圈的等效阻抗在无穷大与短路阻抗之间变化，因为可连续变化，所以输出的感性电流可在零至额定值之间连续无极输出。这种装置虽然都是按欠补偿设计，但其灵敏度非常高（上网查阅江苏、福建等地的相关运行资料，其基本可在接地发生后20ms内输出补偿电流），因此该装置可使残流（即补偿接地电容电流后剩余的感性电流）控制在2A以下。
上述各类型消弧线圈一个共性问题就是消弧线圈容量的选择，过补偿设计时，可按来确定，其中上式中Q的单位为KVA，类似于变压器的视在功率；为系统中性点不接地时发生单相接地时的电容电流，可见电容电流的测算对设备选型非常重要。
3 结论
本文對中压配电网中性点经消弧线圈接地的运行方式进行了深入分析，由上述分析可以得出如下结论：中压配电网经消弧线圈接地这种方式有很大的优点。但这类装置也有两大难点比较难攻克。
一、故障选线装置准确率不高，根据镇海调度多年运行经验，虽然可控硅调节式自动跟踪补偿消弧线圈灵敏度较高，但与其配合的故障选线装置往往准确性不高，经常发生故障选线失败的情况。因此，提高选线准确性是一个亟需深入研究的课题，这一课题牵涉到各类复杂算法和自动控制技术，本文不再赘述。
二、因变电所主变10KV侧铁心绕组普遍采用连接，无中性点可供引出，如10KV侧要采用经消弧线圈接地的方式话，就必须与Z形绕组接地变压器配合才能使用。
图7Z形绕组接地变压器原理图
图810KV母线与消弧线圈通过Z形绕组接地变压器连接示意图
Z形绕组接地变压器可引出中性点与消弧线圈连接，但这涉及到对当前绝大部分110KV变电所进行改造。笔者认为在故障选线系统准确率没有明显提升的情况下不建议全面开展这一改造。但自动跟踪补偿消弧线圈代表了中压配电网故障处理自动化发展方向，还是有必要进行试点改造以积累运行经验。
参考文献
[1] 刘天琪.邱晓燕 《电力系统分析理论》 科学出版社，2005年
[2] 周航 《中压配电网中性点接地方式的选择与应用》 广西电力，2009年第2期
[3] 张源滨 《对配电网中性点接地方式的探讨》 广东科技，2009.09
作者简介：
叶楠（1984年12月—）：宁波电业局职工，华北电力大学工程硕士（电力系统及其自动化方 向）在读，长期从事配网工作。张荣伟（1983年10月—）：宁波电业局职工，长期从事继电保护和智能变电站安装工作。