消弧线圈接地系统断线故障电压异常分析

陈伟

现阶段，随着社会的发展，人们对电力的要求也越来越高，科技发展也越来越迅速。对变电站电压进行监视并将其控制在正常允许的偏移范围内，对于调控人员来说是一项重要的日常工作。实际上，许多异常情况，例如电气设备的一、二次故障等都可能造成电网三相电压异常，调控人员只有正确区分这些异常情况，才能正确判断故障种类，加快对电压异常的处理速度，防止事故进一步扩大。

消弧线圈;接地系统;断线故障电压异常分析

引言

10kV架空配电线路容易发生由耐张杆弓子线断线，绝缘导线遭受雷击等原因造成的断线故障。当配电网为小电流接地系统时，线路断线故障将导致母线电压异常。断线时各相电压异常主要原因是中性点电压出现偏移。随着电缆化率提高，接地电流不断增大，我国城区10kV配电网大多采用消弧线圈接地。在中性点经消弧线圈接地系统中，断线故障时中性点偏移电压相比不接地系统增大数倍，相角也有偏移。分析了中性点不接地系统10kV配电线路断线故障时电压，但未考虑消弧线圈谐振接地对中性点电压偏移的影响。在分析中性点不接地系统单相断线和两相断线电压异常分析的基础上，结合一起10kV断线实例计算各电压偏移情况，分析消弧线圈接线系统断线时各相电压偏移原因和规律。

1分析消弧线圈方式的安全瓶颈

因为消弧线圈方式发生单相接地故障时不跳闸，可以带着故障系统运行两个小时，这是基于电网大多数这种故障是瞬时性故障，加入自动跟踪消弧线圈可较好控制残流，可使大多数瞬时性故障恢复，这对提高供电可靠性是非常有益的，另外消弧线圈接地方式可有效限制铁磁谐振过电压。自动跟踪消弧线圈只能消除瞬时性接地故障，若发生配电网单相断线接地，或人身触电造成单相接地故障时，由于不能及时断开电源会对人身安全构成极大的威胁。国内每年都发生多起配电网单相断线接地，或人身触电接地造成的人身伤亡事故。造成人身安全事故的原因虽然有违章操作、雷击断线或其他诸多因素，但主要技术原因则是由消弧线圈接地方式造成的，因为1）发生单相接地故障时系统不跳闸，人体不能立刻脱离电源;2）接地选线困难不能及时找到并切除故障线路;3）故障点处电压高，流经人体本身的电流比较大，严重威胁人身安全。2010年湖南韶阳地区隆回县发生一起10kv导线雷击断线并落地造成4人伤亡事故。2010年广州供电局丛化分局发生一起10kv导线雷击断线并落地造成2人3命的人身伤亡事故（女的怀孕）;2015年广东某供电公司员工登杆误操作造成人身单相接地且持续电弧较长时间的严重伤亡事故。国内每年都有多起由于单相接地造成的人身伤亡事故，有些还造成群伤事故，其原因则是消弧线圈接地方式本身的技术缺陷造成的，也就是说这种接地方式存在严重的安全瓶颈，这在以人为本的时代是不相适应的。

2消弧线圈的作用

消弧线圈的作用机理是在电网发生单相接地故障后，故障点流过的电容电流增加，消弧线圈则为体系提供电感电流做到补偿的效果，让故障点电流降低至10安培以下，是防止弧光过零后重燃的有效方式，减少高幅值过电压出现的概率。消弧线圈是由一个铁质金属实心的可调电感线圈组成。在发生电网瞬间单相接地故障时，接地电流在消弧线圈的作用下呈现为电感电流，使该电流逆着电容电流的传送方向传送，从而把接地电流，转换为较小的数值甚至为零，达到防止电弧重燃、合理的降低过电压值的目的。从而解决了接地处电弧导致的电路不能正常运转的问题以及该问题对电力体系造成的一系列危害，避免了系统故障的发生，还对继电保护和断路器动作提前预防，很大程度上提升了电力体系的供电稳定性。

3消弧线圈接地系统断线故障电压优化措施

3.1消弧线圈的并列運行

现在建设单位内部的总降压变电站，为保证供电的安全可靠性多采用单母线分段式，每段母线上都设有一台消弧线圈。当母线并列运行时，应考虑消弧线圈并列的问题。当母线存在多个接地点时，根据谐波分量展开式，3次谐波电流就可以多个中性点形成的连接通道。发生故障时，当补偿电网中的自振频率和谐波中的某一频率相同时，就会出现谐振现象。2台消弧线圈同时工作时还要考虑，消弧线圈的从属关系，如果没有从属关系将出现连续不断的调整。另外，企业电网规定，“单个配电网内不允许出现多个接地点”。所以，当母线并列运行时应退出1个消弧线圈，单消弧线圈运行。

3.2消弧线圈方式瞬时性故障的处理问题

这种方式的最大优势就在于能使瞬时性故障恢复，提升供电的可靠性，但这必须满足消弧线圈补偿后的残流小于熄弧临界值，如不能满足该条件则无法使电网发生的瞬时性单相接地故障恢复，如前所述，这种方式在此故障发生时残流中有电感的电流与电容的电流的差值，又有谐波电流和阻性电流，我们所能控制的只有电容电流和电感电流的差值，对于谐波电流和阻性电流由于缺少检测是未知的。当谐波电流和阻性电流较大时，即使我们把电容电流和电感电流的差值控制在10A以内，但是如果谐波电流和阻性电流较大，叠加以后仍可使故障点的残流大于熄弧临界值，而无法使瞬时性接地电弧在一定的时间内可靠熄灭。特别是当电网电容电流较大，接近消弧线圈接地方式的容量上限时由于位移电压的限制而不得不把残流放大，还有采用有载开关调频方式时，由于受有载开关的档位所限，而造成残流不易精确控制时，更容易使故障点的残流大于熄弧临界值而无法使瞬时性故障电弧在一定的时间内可靠熄弧。

3.3消弧线圈和消弧消谐柜同时运行

由于目前很多PT柜成套出产时，柜体都装有消弧消谐装置和小电流选线装置，这样在新建配电室时就会出现中心点经消弧线圈接地的企业电网内消弧消谐柜同时运行的情况。消弧线圈和消弧消谐柜这2种装置的作用相同，但消弧原理和判断依据不同。企业电网中，对地电容电流较小符合消弧线圈电容要求时，应将消弧消谐柜处于检测位置不运行;当对地电容电流较大时，应将消弧消谐柜改正为运行状态，为消弧线圈的运行提供后备的补充，以实现能用消弧线圈消弧时消弧消谐装置不动作、不能时消弧消谐装置动作。同时运行时应考虑消弧线圈的运行模式、自动调节判断依据等，以与消弧消谐装置配合使用。另外需注意，目前消弧消谐柜运行时常出现故障相判断错误，接地电流过大融管爆炸，导致事故扩大化。所以，消弧线圈和消弧消谐柜同时运行时，还应考虑消弧消谐柜本身质量的问题。

结语

在无消弧线圈补偿时，单相断线故障导致故障相电压升高，正常相电压降低，两相断线时故障相电压升高正常相电压降低。在有消弧线圈过补偿时，单线断线时故障相超前相电压升高，其余两相电压基本不变，两相断线时正常相电压升高，其余两相电压基本不变。在发生断线故障时依据各相电压变化情况并结合消弧线圈运行情况综合判断故障相，为故障查找定位提供可靠依据。线路单相断线又可细分为断线后两侧均不接地、断口电源侧接地、断口负荷侧接地、两侧均接地，每种情况的电压变化情况都不相同。相对于单相接地，线路发生单相断线的情况较为少见，两类故障发生时都可能会发“母线单相接地”“消弧线圈动作”等信号，因此需结合电流电压情况进行判断。当线路发生单相断线不接地故障时，电源侧母线的相电压由于中性点电压的偏移会与故障前略有不同，负荷侧母线的故障相电压降低一半，非故障相电压略有偏移。

参考文献

[1]余伟，余兰，孟海林，等.中性點经电阻接地方式的设计与继电保护整定[J].电工技术，2017（10）：12-13+48.

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