消弧线圈并联小电阻接地方式分析

张菡洁，李瑞桂，顼军娜

（1. 河北旭辉电气股份有限公司，河北 石家庄 050035；2. 河北省配电设备智能化技术创新中心，河北 石家庄 050035）

0 前言

在中压电力系统中，中性点的接地方式选择对于保证供电可靠性和人身安全尤其重要，配电网中应用最广泛的消弧线圈接地方式在众多接地方式中具有如下独特优势：能够有效补偿系统对地电容电流、延长弧隙电压的恢复时间，增强绝缘强度，从而减少电弧重燃和间接性接地过电压以及减小由电弧引起的重大危险性事件爆发的可能性[1-3]。但是，由于越来越多的配电线路采用电缆，使得系统的对地电容电流激增，故障点残流中有功分量的问题越来越显著，亟待解决。另外，消弧线圈接地方式还受小电流接地判线难困扰。在10 kV配网线路发生永久性接地故障时，因为消弧线圈的存在，将产生与故障线路容性电流大小相近方向相反的感性电流与之相互抵消进行补偿，使得两种线路中的电流数值接近，导致故障线路选择困难。然而目前针对该接地方式研发的接地故障选线装置，从现场应用的实际反馈中表明易出现判线错误，选线准确率不高。

小电阻接地方式主要是针对电缆网络的中性点接地方式。其原理与消弧线圈通过补偿降低故障电流完全不同，原理是利用很大的故障电流启动线路保护装置，通过继电保护的灵敏性、速动性，在发生故障时，不区分故障类型直接将故障线路切断退出，因此无法满足用户稳定可靠用电的需求[4]。并且该接地方式还存在对高阻接地故障检测灵敏度差的问题。在高阻接地期间，虽然故障电流小，但若长时间存在，也可能发生重大事故，例如故障时间过长使故障点产生高达上千摄氏度的温度，发生火灾事故，烧毁电气设备，还存在危害人身安全的巨大风险[5-7]。

消弧并联小电阻的接地方式不仅解决了消弧故障选线难的现状，避免了小电阻跳闸率高、供电可靠性差的问题，并“发扬”了二者的优点，实现了准确选线，快速切除故障，保障了对用户的可靠供电，因此该接地方式在南方电网公司受到广泛推广。

1 消弧线圈并联小电阻接地方式原理

中性点经消弧线圈并联小电阻接地方式原理如下图1所示。根据原理图分析：瞬时性接地故障时，消弧线圈的存在会产生感性电流补偿线路的容性电流，使得故障点残流减小，电弧熄灭，接地故障消失，屏蔽了单纯的中性点经小电阻接地方式频繁跳闸切除故障线路的缺点，降低了跳闸率。对于消弧线圈补偿一定时间后（通常设定为3-10 s），若接地故障没有消失则判定是永久性接地故障，小电阻将起作用。成套装置将自动闭合高压真空接触器使小电阻投入，产生强电流信号，传递给配网自动化终端，启动馈线保护动作，切除故障线路。

图1 中性点经消弧线圈并联小电阻接地方式组成原理

当电阻投入后，故障线路被切除，系统运行状态恢复正常，控制装置发出命令断开接触器退出小电阻。

1.1 小电阻额定电流的选择

小电阻的额定电流计算公式为：

其中：I0是小电阻的额定电流；UX为电网的相电压；Rn为小电阻阻值。

从理论上分析，额定电流越大，继电保护的范围也会越大，但在实际中若是金属性接地，由于故障点电流过大会对电气设备产生冲击，减少设备的使用寿命甚至烧毁引发严重事故；若额定电流选取过小，会使继电保护范围存在死区，在高阻接地时无法启动继电保护动作。通常小电阻的额定电流选择在1000 A以下。

1.2 小电阻阻值与保护灵敏性的关系

小电阻接地系统中性点对地电阻的合理选择在配网系统的可靠安全运行占据非常重要的地位。

1）选取的接地电阻阻值较大，跳闸灵敏度减低。

若发生非金属性单相接地故障，可能存在故障线路电流小于非故障线路电容电流的情况，此时故障线路的判断可能偏离实际。

2）选取电阻阻值较小，可能无法确保对用户供电的可靠性。若接地故障发生在距变电站附近位置时，故障线路电流可能会大于过流保护定值，易频繁跳闸。无论上述何种情况均不利于零序电流保护装置动作电流的整定，对保护的灵敏性有一定影响。

因此，对地电阻阻值的选取必须保证发生故障线路的电流符合零序电流互感器、接地继电器灵敏度以及过载能力等要求，既要保证设备安全性又要确保过流保护装置不发生频繁动作，影响供电可靠性。

文献[8]中建议小电阻接地系统的中性点电阻器电阻值的计算公式如下[8]：

其中：Rn表示中性点对地电阻；UX表示电网相电压；IC表示单相接地时的电容电流。

在电力行业标准DL/T 584-2007《3 kV-110 kV电网继电保护装置运行整定规程》中明确指出10 kV～35 kV低电阻接地系统中接地电阻的选取适宜范围是6 Ω～30 Ω。

根据实践经验和各地区自身特点，特别是配网电容电流的大小，大都确定了一个相对统一的电阻阻值。在广州、东莞、厦门、北京、天津等地10 kV系统中性点接地电阻阻值均采用了10 Ω；上海则为6 Ω。

1.3 零序电流互感器选型

零序电流互感器的选取应考虑与继电保护装置相互配合，电流互感器需与上一层的接地变接地保护以及下一层用户进线的接地保护配合，因此选取的电流互感器电流变比需准确无误，变比的选择应注意不易选取过大。

保护装置中用于保护的电流回路精度范围一般是0.2 In～20 In。保护定值（二次值）小于0.2 A（1 A系统）/0.5 A（5 A系统），精度就不能保证了，如果CT变比选取太大，那么动作电流的二次值将会很小，不利于整定[9]。例如，对于电流互感器二次额定电流为5 A适宜选取变比是300/5、精度10P10的电流互感器；如互感器二次额定电流为1 A，可适宜选择变比是100/1、精度10P10的电流互感器。

1.4 监控装置的必要性

在消弧线圈并联小电阻接地成套装置配套设备中可以配带中性点接地电阻智能监控装置。该装置用于实现接地电阻器温度、电流的实时监测及越限报警，提供更全面的后备保护；具备故障录波功能，可以为今后故障分析、技术改进提供有效依据，特别是混合电网，频繁出现高阻接地、间歇性弧光接地而保护不动作的情况，根据目前变电站的监测、保护配置情况，事后很难得到有价值的数据，问题分析停留在专家的想象和软件的仿真。因此，配备合适的监控装置非常必要。

2 结束语

中性点经消弧线圈并联小电阻接地方式克服了消弧线圈选线困难的问题，避免了小电阻频繁跳闸、供电可靠性差的缺点，并将二者优点合并，占有绝对的技术优势。在发生瞬时性接地故障时，该接地方式可以通过消弧线圈进行快速补偿，解决了单纯小电阻一有故障立即跳闸的缺陷，保障了系统对用户供电的安全性以及可靠性[10-11]。若单相接地系统发生永久性接地故障，即在消弧投入一定时间后故障不消失，此时将发挥小电阻投入的优势，产生强电流信号，使得配网自动化终端设备获取有关信息数据，对故障做出准确判断，有效切除故障。解决了单纯的消弧线圈接地故障线路不易判断，选线正确率低，排查工作量大等问题，因此该接地方式具有广泛的推广应用前景。