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消弧线圈接地电网小电流接地选线法

文档作者：计建仁文档来源：杭州市电力局		点击数：	更新时间： 2022年07月28日
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消弧线圈接地电网小电流接地逑线法
● I — I ：一■ 一● ■ 孵曩一一 _ ● 一一一一<■ 鼍 ● 习■ ≮■
计建仁
(杭州市电力局，浙江杭州 310009)
[摘要] 在对消孤残圈接地电网的特点进行分析的基础上，比较详细地介绍了消弧线圈接地电同单相接
地的几种选残方法。
关键词消孤残圈接地选残方法
U 刖昌
在相当长的时间里，杭州市
10kV配网中架空线路占了很大一
部分，线路数量也不多，故中性点
采用了不接地运行方式。该方式
下，单相接地时故障电流不大，3
个线电压仍然对称，不会破坏系
统的稳定运行，按有关规程规定
允许继续运行1～2h。与此同时，
为使工作人员迅速采取措施消除
接地故障，微机型接地选线装置
得到了大量的应用，其选线原理
主要为零序电流原理、零序功率
方向原理。
近年来，随着国民经济的不
断发展，城市电网规模日渐扩大，
电缆出线日渐增多，系统对地电
容电流急剧增加，接地弧光不易
自动熄灭，容易产生间隙性弧光
过压，进而造成相间短路，使事故
扩大。为了防止这种事故，新颁布
的电力行业标准DL／T620．1997《交
流电气装置的过电压保护和绝缘
配合》中明确规定：3～10kV架空
线路构成的系统和所有35kV、66kV
电网，当单相接地故障电流大于
10A时，中性点应装设消弧线圈；
3-10kV电缆线路构成的系统，当
单相接地故障电流大于30A时，中
性点应装设消弧线圈。
l 消弧线圈接地系统特点
由图1可知，中性点接入消弧
线圈后，发生单相接地时，通过接
收稿日期：2003—01—11
作者简介：计建仁， 硕士，主要
从事继电保护技术管理工作。
52四圆2003年4期
地点的总电流为电感电流与全系统总
电容电流的向量和，即：I=IL+I
+ l+
l+I
． 线路 圭圭
+ I+
l+I
． 线路， 圭
+ l+
l+l
辜辜 丰丰上c
图1 消弧线圈接地系统单相接地
电容电流分布图
由图2可见，式中：， =3 j
(Cl+c2+c )=3 。J C r；tL=UJ
J L=一jUo／ L
图2 消弧线圈接地系统单相接地
零序等效网络图
因此，感性分量和全系统的
电容电流可互相抵消，减少了通
过接地点的电流，从而防止事故
的扩大，甚至还能自动消除部分
故障。根据加入电感电流的补偿
程度的不同，可以分为完全补
偿、欠补偿、过补偿3种。
1．1完全补偿
完全补偿就是，=，．+， =0的
补偿方式。它虽然可使接地点的
电流为零，但却有严重的缺点，
因为此时正是串联谐振的条件。
若三相对地电容不等或断路器三
相不同期合闸，出现的零序电压
在串联谐振回路中产生很大的电
流，此电流在消弧线圈上会产生
很大的压降，使电源中性点的电
压大大升高，设备的绝缘损坏，
因而不采用这种补偿方式。
1．2欠补偿
欠补偿就是，．<， 的补偿方
式，采用这种补偿方式时，接地点
的电流是容性的。它的缺点在于
系统方式发生变化，即某些线路
因检修或跳闸退出运行时，系统
的电容电流会减少，有可能成为
完全补偿而出现危险的过压。因
此，这种补偿方式很少采用。
1．3过补偿
过补偿就是，．>， 的补偿方
式，它没有发生上述过压的危险，
因而得到了广泛的应用。采用过
补偿后，通过故障线路保护安装
处的电流为补偿以后的感性电流
它与零序电压的相位关系和非故
障线路电容电流与零序电压的相
位关系相同，数值也和非故障线
路的容性电流相差无几，因此不
接地系统中常用的零序电流选线
原理和零序功率方向选线原理显
然已不能采用。
2 消弧线圈接地系统接地选
线的原理
2．1插入有效电阻法
发生接地故障时，在消弧线
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圈上短时并上一个有效电阻，使
接地点产生一个有效分量电流，
再利用此有效分量电流作为选线
依据，经一定延时后，再把电阻切
除。只要电阻选择合适，就能使接
地点的有效分量电流足够大，从
而达到选线的目的。但投入电阻
后会使接地电流增大，可能导致
故障发展。
2．2 S注入法
该原理是通过运行中的母线
PT注入一个特殊电流信号，从故
障线路接地故障点流回形成通路，
从而进行接地选线。为使接地装
置能正确地从电力系统的各次谐
波中识别被注入的特殊电流信号，
其频率介于n次和n+1次谐波之间
(通常介于4次和5次谐波之间)。
由于被注入的信号区别于系统中
固有的各种信号，所以对该信号
的检测不受系统运行情况的影响。
当系统发生单相接地时，被注入
的信号仅在接地线路中流通，经
过接地故障返回，非接地线路中
没有信号，故只要通过人工探测
或各线路安装的探测器检测线路
中有无注入信号，便可进行故障
选线。
由于故障选线是通过注入特
殊信号实现，无需电气量，因此可
广泛应用于线路仅有2相CT的小
电流接地系统，避免了为接地选
线装置加装B相CT或零序CT的
麻烦。同时，由于电压互感器变比
的关系，具有较强的耐受过渡电
阻的能力。但若各出线对地电容
相差很大，注入的信号与故障线
路的信号可能相差无几，且在无
人值班变电所如用自动选线的方
案，由于各线路信号探测器的灵
敏度并不一致，因此给正确选线
带来困难。
2．3 5次谐波原理
电力系统中，电源感应电势
中本身就存在高次谐波分量，此
外由于变压器、电压互感器等设
备铁芯非线性的影响，电网中也
必然包含一系列高次谐波分量，
其中主要为5次谐波分量。对中性
点经消弧线圈接地的系统，由于
消弧线圈对5次谐波呈现的感抗
高中低安金技术
为基波的5倍，而线路容抗为基波
1，5，和线路容抗相比，消弧线圈
近似处于开路状态，因此，5次谐
波感性电流可以忽略。系统单相
接地时，5次谐波容性电流分布与
中性点不接地系统中基波容性电
流几乎相同，籍此可进行故障选
线。
但在实际运行的系统中，因
外界的谐波干扰以及用户的电弧
炉、整流设备等谐波源，向系统输
送5次谐波电流，使得故障线路中
5次谐波电流不一定总是最大，相
位关系也不一定成立。此外，由于
有的系统中5次谐波本身含量很
小，加之CT、PT对5次谐波造成
的附加相移，往往造成判线不准。
2．4零序有功功率方向原理
当系统发生单相接地时，因
消弧线圈自身有一定的有功成分，
因此，零序等效网络可用图3表
示，其中消弧线圈电抗用电阻R和
图3 消弧线圈接地系统单相接地
零序等效网络
纯电感L表示。由图3可知，流过
故障线路3保护安装处的零序电
流为：
31 03=一U0[IlR—j， L+j3
(C￡一C3)】
流过非故障线路1保护安装
处的零序电流为：
31 01=j3U 0 C1
流过非故障线路2保护安装
处的零序电流为：
31 02=j3U0 c2
由上可知，流过非故障线路
的零序电流为该线路本身对地的
电容电流，相位超前零序电压90。
不存在有功分量。流过故障线路
的零序电流由3部分组成：中性点
电阻R产生的有功分量；消弧线圈
电感L产生的感性电流，相位超前
零序电压90。；非故障线路的对
地电容电流的总和，相位滞后零
序电压90。。因此，不管用何种补
偿方式，由于有功电流方向不变，
只要以零序电压作参考矢量，就
可方便地将此有功电流取出，实
现接地选线。
目前我国电网使用的预调式
自动跟踪补偿消弧线圈，为了能
在过补偿时靠近谐振点正常运行，
一般在消弧线圈的接地端串入1
个限压电阻。当电网发生接地故
障时，由于限压电阻增大了接地
故障电流中的有功分量，故可提
高接地选线的灵敏度。但由于限
压电阻在一定程度上增大了残流
中的有功分量，加快了振荡电压
分量的衰减，给接地电弧的熄灭
带来不利因素，因此在发生单相
接地后，必须在最短时间内将限
压电阻短接。
2．5首半波原理
该原理是基于接地故障发生
在相电压接近最大值这一假设，
利用单相接地瞬间，故障线路暂
态零序电流第1个周期的首半波
与非故障线路相反的特点构成。
理论分析认为，在小电流接地系
统的接地过渡过程中，暂态电容
电流的估算可用图4的近似等效
网络进行，图中L、R、C为系统的
田
图4 分析过渡过程电容电漉等效图
分布参数(L 为消弧线圈的集中
电感，在中性点不接地时无此元
件)。暂态电容电流中包括自由分
量和强制分量，它具有以下几个
特点：
(1)在相电压接近最大值瞬
间单相接地过程中，暂态电容电
流比流过消弧线圈的暂态电感电
流大很多，暂态电感电流可忽略
不计。因此，在同一电网中，即使
中性点经消弧线圈接地，其过渡
过程与中性点不接地情况下近似
相同。
(2)故障线路暂态零序电流
和暂态零序电压首半波方向相反。
2003年4期——豳弱
维普资讯 http://www.cqvip.com
智麓式多C P U 电压无功综合
囊麓嘲 穗懒瀚强鞭麓镯翻■ ●I —I 剖嚣
张丽平，杨振，文永明，苏彦民
(西安交通大学， 陕西西安 710049)
[摘要] 介绍一种基于DSP(数字信号处理器)的新型智能式无功补碴控制器。详细给出了控制器的控制
策略和系统结构。该控铂器采用I)SP和单片机双CPU方案，控锄‘闸管投切电容器。其结构紧凑、控铟
方法灵活，能根据负荷的变化情况，选择最佳方式进行动态无功补碴， 不会产生无功倒送和投切振荡，
通用性强，智能化程度高。
关键词DSP 双CPU 动态无功补碴
0引言
根据有关资料分析，电力系
统的无功负荷约为有功负荷的1．3
倍。大量的无功消耗造成功率因
数下降，导致无功电源不足，系统
电压下降，损耗电能，降低供电能
力。因此，为节约能源，提高电
力系统的可靠性和供电质量，必
须采用无功补偿措施。
本文所介绍的智能式无功补
偿控制器，从控制算法和运行速
度等方面综合考虑，采用主从式
双CPU控制方案，是一种新型的
实时无功功率控制器。此控制器
性能稳定，功能设置简便，智能化
收稿日期：2002-12-11
作者简介：张丽平，硕士，研究方
向：工业、企业自动化控制；苏彦
民，教授，博导，研究方向：交、
直流电力传动及其微机控制．
程度高，可自动跟踪无功变化，并
能自动投切补偿电容，还可实时
显示投切状态和电网参数，因此
亦可兼作电网质量检测仪使用。
l无功补偿原理及控制策略
1．1无功补偿原理
无功补偿原理就是通过测量
三相电压、电流来计算无功功率
Q ，然后根据Q值的大小确定投切
电容器的容量，使系统运行达到
最优状态。
以A 相为例来说明无功补偿
的原理。由于谐波分量的存在，相
电压和相电流只能用各谐波分量
的集合来定义⋯ ，即
“ ：>。42U sinncot
”=】
三- 一
f = 421，。sin(neat一妒) (1)
电压、 龟流的有效值为
√ 2，， √ ”2
单相有功功率为
只= Ida／ad(mt)
= ΣU ，
单相视在功率为
一 _
= 1／ J 2
单相功率因数为
． P
= 一
ΣU l 。
因而，无功功率可由下式求
出— —
Q=4s 一P (6)
式(6)只反映能量的流动和交换，
(3)非故障线路暂态零序电流
和暂态零序电压首半波方向相同。
(4)首半波电容电流幅值比
稳态电容电流大几倍到几十倍，
且对总线路长度短的系统，暂态
过程更加明显。
由上述特点可知，对短线路
而言，其稳态电容电流小，暂态电
容电流大。该原理比其它各类反
映接地稳态量的原理灵敏度高。
对单相接地反应迅速。但由于该
原理是基于接地故障发生在相电
四田豳2003年4期
压接近最大值瞬间，若在相电压
值较小情况下发生接地(从近几
年1OkV线路的事故统计看。大部
分接地故障由外力引起，而非发
生在相电压接近最大值瞬间)。则
暂态电容电流很小。容易引起方
向判别的错误。
3结束语
现有的接地选线方法。在中
性点改为经消弧线圈接地后。有
的已不能再用，有的虽然能用但
有较大的局限性，选线效果不理
想。鉴于以往的应用经验。要提高
小电流接地选线装置的动作正确
率，除了需要好的原理外。电力部
门自身的安装、运行、维护至关重
要。只有各环节的工作均到位了
接地选线装置的动作正确率才能
达到较高的水平。
参考文献
[1】华中工学院．电力系统继电保护原
理与运行．电力工业出版社，1981
[2】要焕年，曹梅月．电力系统谐振接
地．中国电力出版社，2000

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