10KV系统中性点的运行方式和消弧线圈

谢宏海

【摘要】文章对10KV系统中性点的运行方式及消弧线圈的原理、设计、使用进行了阐述，并根据峰峰矿区供电公司电网运行方式及现有的消弧线圈设备，提出了正确的操作方法和思路。

【关键词】中性点;消弧线圈

一、10KV系统中性点的运行方式介绍

一般情况下，10KV电力系统中性点是不接地的。这里“中性点”包括变压器的中性点、电压互感器的中性点、电容器的中性点等。这种系统叫作中性点不接地系统，中性点不接地系统的好处是，当发生单相接地故障时，虽然接地相对地电压等于零，非接地的两相对地电压升高为线电压，但是三相电压之间的关系仍然是对称不变的，系统中的电气设备仍然可以继续运行。

由于系统发生单相接地故障时，非接地相的对地电压升高到线电压，所以不接地系统的电气设备，每相对地绝缘必须按线电压来设计。

当中性点不接地系统中发生单相接地时，虽然系统中的电气设备可继续运行，但是这种电网长期在一直接地状态下运行，也是不允许的，因为这时非故障相电压升高，绝缘薄弱点很可能被击穿，而引起两相接地短路，将严重地损坏电气设备。所以，在中性点不接地电网中，必须设专门的监察装置，以使运行人员及时发现一相接地故障，从而切除电网中的故障部分。

二、安装消弧线圈的原因和作用

在中性点不接地系统中，当接地的电容电流较大时，在接地处引起电弧就很难自行熄灭。在接地处还可能出现所谓的间隙电弧，即周期地熄灭与重燃的电弧。由于电网是一个具有电感和电容的振荡回路，间隙电弧将引起相对地的过电压，其数值可达相电压的（2.5～3）倍。这种过电压会传输到与接地点有直接电连接的整个电网上，引起电网运行状态的瞬时变化，导致电压互感器电磁能量饱和，产生电磁谐振，产生弧光过电压及铁磁谐振过电压。弧光接地激发铁磁谐振全导致电压互感器严重冲击，引起互感器熔断管爆炸。常常同时在同一电网的多个不同地点造成。这对电力系统的安全运行及供电的可靠性就造成了很大的影响。

在电压为10KV的电力网中，单相接地的电容电流不允许大于30A（新规程为不大于10A）。电容电流的大小，是由电网的结构决定的。高压架空线路越长，电缆越长，单相接地电容电流越大。当单相接地电容电流超过了上述允许值时，可以用中性点经消弧线圈接地的方法来解决（如果该10KV系统主变无有中性点，可以加装接地变，人为造成中性点）、该系统称为中性点经消弧圈接地系统。

三、消弧线圈的原理

消弧圈主要由带气隙的铁芯和套在铁芯上的绕组组成。绕组的电阻很小，电抗很大。消弧圈的电感，可以通过改变接入绕组的匝数来加以调节。在正常运行状态下，由于系统中性点的电压是三相不对称电压，数值很小，所以通过消弧圈的电流也很小。

当发生一相安全接地时，消弧线圈处在相电压之下，通过接地处的电流是接地电容电流和线圈电感电流的相量和。因为电感电流和电容电流有180°的相位差，所以在接地处它们互相补偿。如果电感电流等于接地电容电流，就没有电流在接地处通过。实际上，这种完全补偿的情况是不允许的，因为可能引起谐振，

在电力网中，一般都采用过补偿方式，即单相接地时消弧线圈的电感电流略大于系统一相接地电容电流，使补偿后的剩余电流较小。采用过补偿方式，即使系统的电容电流突然减少（如某回路切除）也不会引起谐振，而是离谐振点更远。

选择消弧线圈的容量，应考虑电网5～10年的发展规划。一般按正式计算：

W=1.35IcUn/

式中：W—消弧线圈的容量，KVA

Ic—当前系统单相接地电容电流，A

Un—系统标称电压，KV

目前我公司消弧线圈容量为300KVA

实际运行中，消弧线圈的电感电流是可调的（目前，我公司消弧线圈有15个档位，补偿电流可调范围：10-50A）。实测最大运行方式下电网的单相接地电容电流，调节消弧线圈的电感电流，使电感电流略大于电容电流。电感电流补偿电容电流的程度叫作脱谐度。公式为：

ū=（Ic-Il）/Ic

式中：ū—脱谐度

Ic—电容电流，A

Il—电感电流，A

当消弧线圈运行于过补偿方式时，脱谐度为负值规程要求：脱谐度5%-20% 即调节消弧线圈的电流为电容电流的1.05-1.20倍。

自动调节的消弧线圈，脱谐度可达到5%以下。

消弧线圈补偿以后，流过单相接地点的电流（感性）叫作残流。自动控制的消弧线圈，残流可小于5A。

另外，在消弧线圈接地点之间串接有电阻箱。正常运行时电阻的作用是加强系统接地点的对地阻抗。当系统出现单相接地故障时，并联在电阻两端的可控硅导通，将电阻短接，使消弧线圈正常补偿感性电流。当单相接地故障消除以后，可控硅自动截止，使消弧线圈仍然通过电阻接地。

四、消弧线圈运行中的注意事项

（一）电压互感器开口三角电压

目前国内均采用电磁式电压互感器开口三角绕组构成的绝缘监测装置来监视系统的绝缘状况，电压互感器通常采用两个二次绕组，其中主二次绕组额定相电压为100/31/2 V，辅助（开口三角）二次绕组额定相电压为100/3V。

电压互感器变比：

开口三角电压：

开口三角电压反映3倍中性点电压（零序电压）。

通常，绝缘监测装置的电压整定值为15～30V（即中性点位移电压为额定相电压的15%～30%）。若开口三角电压大于该整定值，则使绝缘监测装置发出接地信号。

（二）故障判断

由于绝缘监测装置是根据开口三角电压反应3倍中性点电压（零序电压）的原理工作的，而实际电网中除单相接地外，还有多种原因，如铁磁谐振、PT断线、线路断线等都会使开口三角绕组两端出现零序电压，并可能导致绝缘监测装置动作。由于此时系统并没有真正接地，而装置却发出了接地信号，这种接地称为“假接地”，只有准确、快速的判断故障，才可能及时、准确的处理故障。

（1）PT断线在某一时刻一般只发生在一个变电站的一段母线;

（2）单相接地时，整个小电流接地系统都将发生相同的电压变化;

（3）线路断线时，其两侧电压有较大区别，线路电流也有明显变化;

（4）铁磁谐振时，其电压变化特征特别突出。

五、我公司消弧线圈装置的操作

（一）目前，我公司变电站一般为两台主变，10KV为双母线或单母线分段，两台消弧线圈装置分别装在两段母线上。消弧线圈为手动调节式。每一台消弧线圈根据一段母线的最大单相接地电容电流按过补偿原则来调节。如果两段母线并列运行时，因故有一台消弧线圈不能投运，必须将投运的那一台消弧线圈按两段母线的最大单相接地电容电流过补偿来调节，以防出现欠补偿。

（二）主变和消弧线圈一起停电时，应先拉开消弧线圈的隔离开关，再停主变压器，送电时相反。

（三）系统中发生单相接地时，禁止操作或手动调节该母线上的消弧线圈，有人值守变电站应监视并记录下列数值：

⑴接地变压器和消弧线圈运行情况;

⑵阻尼电阻箱运行情况;

⑶微机调谐器显示参数：电容电流、残流、脱谐度、中性点电压和、分接开关档位和分接开关动作次数等;

⑷单相接地开始时间和结束时间;

⑸单相接地线路及单相接地原因。

（四）装置参数设定后应做记录，记录设定时间、设定值等，以使分析、查询。

（五）若巡视中发现下列情况时，应向调度和上级主管部门汇报。

⑴消弧线圈运行在过补偿情况下，而脱谐度绝对值小于5%（说明消弧线圈容量裕度很小或没有裕度）。

⑵中性点位移电压大于15%相电压。

⑶消弧线圈、阻尼箱、接地变压器有异常响声。

（六）手动调匝消弧线圈切换分接头位置切换消弧线圈分接头。

⑴按当值调度员下达的分接头位置切换消弧线圈分接头。

⑵切换分接头前，应确认系统中没有接地故障，再用隔离开关断开消弧线圈，装设好接地线后，才可切换分接头，并测量直流电阻。

⑶切换分接头后，应弧线圈导通情况，合格后方可将前弧线圈投入运行。