中性点经消弧线圈接地系统虚假接地的原因浅析

黄驾驾，刘东红

（义乌市供电局，浙江义乌322000）

中性点经消弧线圈接地系统虚假接地的原因浅析

黄驾驾，刘东红

（义乌市供电局，浙江义乌322000）

非直接接地系统常采用消弧线圈补偿系统单相接地故障电流，有效减少出线因单相接地导致的电缆故障概率，但同时三相电压不平衡现象（即虚假接地）也有所增加。通过相关计算分析，指出三相负荷不平衡触发消弧线圈补偿系统动作是造成虚假接地的原因，由此提出了应对措施。

非直接接地；消弧线圈；电压不平衡

当10 kV电缆线路构成的系统中发生单相接地时，消弧线圈的电感电流补偿了接地点的电容电流。调整电感电流，就可以使残流达到足够小，甚至基本为零，大大减少了流过故障点的电流，有效提高了故障点的灭弧效果，降低了电缆因单相接地故障而损坏的程度。

但中性点经消弧线圈接地系统的三相电压容易出现类似接地或谐振的不平衡现象（即虚假接地），有必要分析原因加以消除。

1 三相电压不平衡异常原因的分析

对某变电所运行实际情况的不完全统计，在出现较多次的10 kV母线电压异常时，拉开接地变或合上10 kV母分开关均使故障有效消失，线路设备经检查无异常。表1为母线电压异常现象及处理情况。

目前消弧线圈常用的补偿方式是预补偿，即在系统发生单相接地前，消弧线圈自动控制已处于最佳补偿状态（即接近完全补偿XC=XL），通常是在消弧线圈回路上串联阻尼电阻以抑制谐振。消弧线圈控制器通过检测中性点位移电压，自动控制旁路开关进行短接与投入阻尼电阻。

正常运行中，中性点偏移电压未达到整定值时，判断为线路上无单相接地，即断开旁路开关投入阻尼电阻，整个回路表现为带阻尼的串联谐振，抑制谐振。当系统发生单相接地故障时，中性点电压达到整定值，自动闭合旁路将阻尼电阻短接，消弧线圈的电感与线路对地分布电容构成并联谐振，补偿故障点电容电流。构成的谐振回路也从带阻尼的串联谐振转换为无阻尼的并联谐振。图1为经消弧线圈接地系统在正常与单相接地不同状态下的谐振等效电路。

表1 变电所10 kV母线电压异常

图1 经消弧线圈接地的10 kV系统零序分量等效电路

当出现母线三相电压不平衡时，拉开接地变或合上母分开关即可恢复正常，特别是拉开接地变开关效果尤为明显。检查发现在此过程中，接地变电流、无功功率及母线零序电压（即中性点偏移电压）明显增大，一次设备检查正常。有理由怀疑消弧线圈阻尼电阻在此过程中被误短接，进行了无功电容电流谐振补偿，从而使系统的等效电路从正常态转换为单相接地状态，放大了中性点电位的偏移程度，导致三相电压的不平衡增大。表2为某变电所10 kVⅠ段母线电压不平衡异常时相关数据情况。

表2 某变电所10 kVⅠ段母线电压异常数据

2 阻尼电阻被短接的原因分析

中性点非直接接地系统正常运行情况下，由于电流及架空线路还存在分布电容，故其总负载包括相间电容、对地电容、正常负荷，其等效电路如图2所示。

电容器电容量计算公式：

图2 中性点非直接接地系统等效电路

式中：C为电容量；ξ为介质系数，仅与绝缘介质材料有关；S为电容的面积，对应电缆及架空线路则应为线路长度与导体有效截面积之积；d为电容极板间的距离，对应线路则为相间导体间距离及对地距离。

从式（1）可知，对于同一条线路，线路三相的长度、相间导体间距及导体与地的距离基本一致，因此，线路三相对地分布电容及相间分布电容值基本一致，不可能存在太大的三相不平衡；对比于线路负载阻抗，分布电容引入的阻抗远大于负载阻抗，且随着负荷的增加（即负载阻抗的减小），其影响更小，因此，可将分布电容阻抗并入负载。

对非接地系统电源进行等效变换，为计算中心点位移电位，可对电源进行Δ/Y等效变换，如图3所示。由于负荷的低压侧采用直接接地方式，所以，m点可作为地电位参考点（0电位），则中性点位移电位Un=-Umn。

图3 电源经过Δ/Y变换的中性点非直接接地系统等效电路

根据三相电路原理可得出：

假设，仅A相负荷与B，C相不一致，即负载阻抗不一致，设ZB=ZC=Z，ZA=KZ（0≤K≤∝），代入公式（2）可得：

表3 不同K值中性点电压数据对照

又UA=-（UB+UC）

式（3）经简化得：

从式（4）可知，中性点位移电位与A相负荷阻抗的不平衡度（即负荷不平衡）有直接的关系。同样计算可以得出，在三相阻抗均不一致的情况下，中性点将发生偏移，其电位大小与负荷的不平衡度有直接关系。不同K值中性点电压不平衡情况见表3。

综上分析，当电网正常运行时，由于三相负荷不完全相等，存在中性点电压Un，且负荷越不平衡，中性点电压越大；随着中性点电压增大到一定值，则可能触发消弧线圈控制器，短接阻尼电阻，使消弧线圈与线路对地分布电容形成并联谐振，进一步放大了中性点电位，造成三相电压的不平衡增大，形成虚假接地；拉开接地变高压开关，谐振回路被破坏，三相电压即可恢复基本正常。由此证明了消弧线圈对此类虚假接地现象有增强作用，同时，也可排除消弧线圈补偿容量不足引起虚假接地的可能。

3 应对措施

（1）合理分布三相负荷，特别是单相负荷的平衡分配，在运行中加强电源及线路三相负荷的平衡监测，避免负荷分配不均情况，必要时可以考虑在公变低压侧实时监测三相电流，以便合理调整负荷分配。

（2）合理设置消弧线圈控制器短接阻尼电阻的整定值，在负荷三相不平衡度允许的最大情况下，中性点的位移电压考虑一定的裕度后作为触发电压值。按照式（4），考虑负荷不平衡率为15%，则取K值为0.85，可得此种情况下中性点位移电压为：

当计算所得中性点位移电压数值低于线路发生单相接地时的中性点电压时，可以认为是虚假接地，不进行无功电容电流的补偿。经过测量压变的变比折算即可得到触发电压整定值，考虑到电压的波形特性，波峰段数值将超过有效值，因此，可设置延时触发，按50 Hz的波形考虑，可以延时1个周波（20 ms）左右触发消弧线圈进行补偿。

通过上述方法，可以减少正常运行中中性点位移偏移度，避免消弧线圈控制器误触发动作，有效减少虚假接地的发生；同时，又保留了消弧线圈在线路发生单相接地时的补偿作用。

[1]要焕年.电力系统谐振接地[M].北京：中国电力出版社，2000.

[2]刘万顺.电力系统故障分析[M].北京：中国电力出版社，2009.

[3]郭为金，蔡源.发电机消弧线圈的补偿方式[J].华东电力，2003（10）:87-88.

[4]DL/T 620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合[M].北京：中国电力出版社，1997.

（本文编辑：杨勇）

Cause Analysis on Virtual Grounding of Neutral Point Grounding System with Grounded Arc-suppression Coil

HUANG Jia-jia，LIU Dong-hong
（Yiwu Power Supply Bureau，Yiwu Zhejiang 322000，China）

Indirect grounding system often uses arc-suppression coil to compensate single-phase ground fault current to effectively reduce the probability of power cable fault caused by single-phase grounding.In the meantime，it increases three-phase voltage imbalance（hereinafter referred to as virtual grounding）.By calculation and analysis，the paper indicates that three-phase voltage imbalance is caused by arc-suppression compensation action due to hereinafter referred to as virtual grounding.Hence，the paper proposes the countermeasures.

indirect grounding；arc-suppression coil；voltage imbalance

TM726

：B

：1007-1881（2013）01-0014-03

2012-05-01

黄驾驾（1985-），女，浙江义乌人，助理工程师，从事电力系统保护整定工作。