弧线圈接地和小电阻接地的探讨

弧线圈接地和小电阻接地的探讨
摘要中压供配电系统中性点接地方式是一个综合性的问题，它对电力系统的安全运行，特别是发生故障后的运行有着多方面的影响，例如供电的可靠性、短路电流的大小、继电保护及自动装置的配置与动作状态、过电压的高低、电力系统运行的稳定性和对通信的干扰等。

针对中压电网中性点不接地方式应用的发展及单相接地电容电流也在不断的增加，电缆馈线回路的增加，改造和合理选择电网中性点接地方式，已经关系到电网运行的可靠性，现已引起多方面的关注，文中就电网的中性点接地方式进行分析。

关键词供电系统；消弧线圈接地；小电阻接地；中性点接地；可靠性
电力系统的中性点是指发电机、变压器的三相绕组接成星形的公共连接点。

电力系统中性点的接地方式有两大类：一类是中性点不接地（包括为测量中性点对地电压而在中性点与地之间接入的单相电压互感器）和经消弧线圈或高阻抗接地，称为小接地电流系统；另一类是中性点直接接地或经低阻抗接地，称为大接地电流系统。

我国采用经消弧线圈接地方式已运行多年，但近几年有部分区域采用中性点经小电阻接地方式。

随着采用电缆线路的用户日益增加，系统单相接地电容电流不断增加，导致电网内单相接地故障扩展为事故。

世界各国对中压电网中性点接地方式有不同的观点及运行经验，在中压电网改造中，其中性点的接地方式问题，现已引起多方面的关注，面临着发展方向的决策问题。

下面对分析中性点不同的接地方式与供电的可靠性。

1中性点经消弧线圈接地方式
1916年发明了消弧线圈，运行经验表明，其广泛适用于中压电网，在世界范围有德国、中国、前苏联和瑞典等国的中压电网均长期采用此种方式，显著提高了中压电网的安全经济运行水平。

采用中性点经消弧线圈接地方式，在系统发生单相接地时，流过接地点的电流较小，其特点是线路发生单相接地时，可不立即跳闸，按规程规定电网可带单相接地故障运行2小时。

从实际运行经验和资料表明，当接地电流小于10A时，电弧能自灭。

中性点经消弧线圈接地方式的供电可靠性，大大的高于中性点经小电阻接地方式，但中性点经消弧线圈接地方式也存在着以下问题：
当系统发生接地时，由于接地点残流很小，且根据规程要求消弧线圈必须处于过补偿状态，接地线路和非接地线路流过的零序电流方向相同，故零序过流、零序方向保护无法检测出已接地的故障线路。

因目前运行在中压电网的消弧线圈大多为手动调匝的结构，必须在退出运行才能调整，也没有在线实时检测电网单相接地电容电流的设备，故在运行中不能
根据电网电容电流的变化及时进行调节，所以不能很好的起到补偿作用，仍出现弧光不能自灭及过电压问题。

中性点经消弧线圈接地方式存在的缺点，具体体现在以下几个方面：
1）消弧线圈各分接头的标称电流和实际电流误差较大，有些甚至可达15%，运行中就发生过由于实际电流值与铭牌数据差别而导致谐振的现象。

2）计算电容电流和实际电容电流误差较大，对于电缆和架空线混合的出线，单位长度的电容电流也不尽相同，消弧线圈补偿的正确性难以保证。

3）出线电缆的单相接地故障多为永久性故障。

由于中性点经消弧线圈接地的系统为小电流接地系统，发生单相接地永久性故障后，在接地故障点的检出过程中，这对城市中人口密集的现状而言，事故的后果会非常严重。

4）中性点经消弧线圈接地系统仅能降低弧光接地过电压发生的概率，并不能降低弧光接地过电压的幅值，将使系统设备长时间承受过电压作用，对设备绝缘造成威胁。

2中性点经小电阻接地方式
世界上以美国为主的部分国家采用中性点经小电阻接地方式，中性点经小电阻接地方式可以泄放线路上的过剩电荷来限制弧光产生的过电压，由于美国在历史上过高的估计了弧光接地过电压的危害性，因而采用此种方式。

中性点经小电阻接地方式通过零序电流继电器来保护线路。

其优点是:接地时，由于流过故障线路的电流较大，零序过流保护有较好的灵敏度，可以比较容易检除接地线路;系统单相接地时，健全相电压不升高或升幅较小，对设备绝缘等级要求较低，其耐压水平可以按相电压来选择。

但是其缺点也很明显：由于接地点的电流较大，当零序保护动作不及时或拒动时，将使接地点及附近的绝缘受到更大的危害，导致相间故障发生;当发生单相接地故障时，无论是永久性的还是非永久性的，均作用于跳闸，使线路的跳闸次数大大增加，严重影响了用户的正常供电，使其供电的可靠性下降。

因此，为了弥补这一缺点，在线路上广泛的装设了自动重合闸装置，使之尽快恢复供电。

在中性点直接接地系统中，较大的单项接地短路电流将会在输电线路周围产生较强的单项磁场，对邻近的通信线路和信号装置产生较大的电磁干扰。

为了避免这种干扰，应使输电线路远离通信线路，或在弱电线路上加装特殊的保护装置。

对于城市核心区中心变电站采用小电阻接地方式，具有如下优点：虽然不如消弧线圈那种方式下，事故时可以坚持运行1~2个小时，但是它可以立即切除故障，最大限度的保证了核心城区的居民安全，减少了事故影响，它的优越性还体现在：
1）经低电阻接地这种接地方式可以降低弧光接地过电压倍数，破坏谐振过
电压的发生条件。

2）当发生单相接地故障时，可以准确迅速地判断出故障线路，并在很短的时间内切除，使设备耐受过电压的时间大幅度缩短，为系统设备降低绝缘水平创造了有利条件，使系统运行的可靠性增加。

3）中性点经电阻接地的配网系统中，当中性点电阻阻值不是很大时，当接地电弧熄弧后，零序残荷将通过中性点电阻提供的通路泄放掉，所以当发生下一次燃弧时，其过电压幅值和从正常运行情况发生单相接地故障时的情况相同，并不会象中性点不接地或经消弧线圈接地系统，由于多次燃弧、熄弧而使过电压幅值升高。

4）在中性点不接地或经消弧线圈接地系统中，如果架空线路断线，此时缺相运行，落下来的导线对于人身将会造成较大的威胁，如果人恰好误碰该导线而且不易立即脱离电源，这时会危及到人身安全，如果绝缘线恰好落在繁华地区，引起的人身伤害将更加严重。

但在中性点经低电阻接地系统中，如果绝缘线落地发生金属性接地，保护正确动作后切除电源，此时是比较安全的。

但是如果绝缘导线非金属性接地时，掉在地面上的电流与断裂端头绝缘的状态密切相关，如果在清洁、干燥条件下几乎可以承受相电压而不建弧，此时保护不能正确动作情况类似于不接地或消弧线圈接地系统；如果掉在湿地上电流较大，保护能正确动作，这时也是比较安全的。

所以综合两种情况而言，对于人身直接接触高压的安全性方面，采用低电阻接地系统比不接地或消弧线圈接地系统有一定的优势。

5）对于消弧线圈接地方式，当发生单相接地故障时，目前是采用选线装置来寻找故障点，这种方式很不准确，而且易引发其它故障（如相间故障）；采用手动点掉再重合，逐路拉试，影响供电可靠性。

采用低电阻接地后，可以通过继电保护及时将故障线路跳开，无需人工进行查找切除。

3小结
中压电网的中性点接地方式不止在国内在国外也有不同的观点，现已引起多方面的关注。

在电力建设和改造中，必须结合实际情况进行设备的改造。

1）新建的变电站。

中压多采用单母线多分段结构，如果外线建设能充分改善网架结构，出线电缆较多或外界环境较好（在市区中新建的变电站此类情况较多），可以使用小电阻接地方式。

如果考虑由于配电自动化的普及率不高，也可采用自动调谐的消弧线圈，使用消弧线圈接地系统。

2）新建变电站或近年建设的变电站。

如外线施工由于各种原因，未能改善原有网架或网架结构较差，架空出线较多，外界运行环境较差，例如受台风影响较大。

应考虑使用消弧线圈系统，通过自动调谐的消弧线圈进行补偿。

3）老旧变电站。

如果是单母线分段结构，可考虑采用小电阻接地系统，以避免老的外线设备在单相接地的情况下，发生绝缘薄弱点被击穿引起停电扩大的
情况。

如出线以架空线居多，而运行环境较为恶劣的话，可以考虑采用消弧线圈接地系统，并采用自动调谐的消弧线圈进行补偿。

4）老旧变电站。

如果是双母线分段结构，可以考虑采用小电阻接地系统，以避免由于站外单相接地故障引起的站内设备击穿的情况。

我厂新建的35KV总降压站，由于厂内近几年的改造，出线基本上都改成电缆，而且全部自动化控制，故当时采用了小电阻接地系统。

参考文献
[1]胡汉才.单片机原理及其接口技术.清华大学出版社.
[2]童敏明，唐守锋.检测与转换技术.中国矿业大学出版社.
[3]康光华.电子技术基础.高等教育出版社.
[4]孙瑞璋.电力工程基础.中国电力出版社。