摘 要：單相接地故障是配電網(wǎng)中最常見的故障形式，消弧線圈消除接地電流的方式主要分為手動調節(jié)和自動調節(jié)兩種方式，對于大中型廠礦地面變電站，傳統(tǒng)人工投切方法無法實現(xiàn)及時調諧，由此衍生出了包括直流勵磁在內的多種自動調諧方式的消弧裝置。

關鍵詞：單相接地；自動；消弧裝置；直流勵磁

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（c）-0115-01

1 單相接地的危害性

單相接地可以說是低壓供電網(wǎng)絡中最常見的故障形式。雖然即使發(fā)生單相金屬性長時間的接地或持久電弧接地，系統(tǒng)整體仍舊可以不間斷供電，但考慮到單相接地時會有電弧產(chǎn)生，在風力、電動力和熱力流的作用下，電弧會被拉長，繼而引發(fā)多相短路，開關跳閘或設備損壞等事故。如果是間歇性的電弧接地，還會引起過電壓。所以，在中性點不接地的電網(wǎng)中，要完全杜絕單相接地電流大于自熄電流，抑制接地電弧的產(chǎn)生，最有效的一項措施就是在電網(wǎng)中性點和地之間裝設消弧裝置進行滅弧。電力行業(yè)明確規(guī)定了在6～10 kV供電系統(tǒng)中，當發(fā)生單相接地故障時，如果接地電容電流超過了30 A就必須采用消弧線圈進行接地。

2 中性點接地消弧裝置的原理

電網(wǎng)的中性點接地系統(tǒng)有兩種，一種是中性點通過電阻接地，一種是中性點經(jīng)過消弧線圈接地。在中性點通過電阻接地的系統(tǒng)中，當線路出現(xiàn)接地故障的時候，繼電保護裝置將自動啟動進行跳閘，并把故障線路退出。這種消弧方式需要性能良好的開關設備和多電源的供電系統(tǒng)，尤其是在裝有自動重合閘設備的線路上，跳閘停電會非常頻繁，嚴重影響了工農業(yè)生產(chǎn)和居民的日常生活，并且大大增加了開關的維護工作量。所以當前的6～35 KV配網(wǎng)系統(tǒng)里面已經(jīng)淘汰了這種接地方式。

消弧線圈的本質，是一個有鐵芯的可以調節(jié)電感的線圈，可以裝設在變壓器或者發(fā)電機所在電網(wǎng)的中性點上。當系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，線圈里面會形成一個與接地電容電流的大小接近但是方向相反的電感電流，對電容電流進行補償，于是使中性點的接地電流變得很小甚至接近于零，從而消除了接地點過電流產(chǎn)生的電弧及隨之帶來的一系列危害。消弧裝置按滅弧方式大致可以分為手動調節(jié)和自動調節(jié)兩種。

3 手動與自動調諧消弧方式的區(qū)別

我國在智能電網(wǎng)建設發(fā)展的早期，采用的消弧線圈滅弧方式一般是根據(jù)既定的容量方案對應不同的運行方式，人工投切消弧線圈的分接頭，使電網(wǎng)的脫諧度、殘流和中性點偏移電壓都縮小在標準的規(guī)定范圍內。由于這種調節(jié)方式不能自動跟蹤中性點接地電容電流大小的變化，在調節(jié)和運行上十分不便，此外，計算設定調節(jié)方案的工作量較大。所以隨著國內智能電網(wǎng)的建設發(fā)展步驟的加快，這種手工調節(jié)式的消弧線圈也慢慢退出了配電網(wǎng)絡。

當今城鄉(xiāng)的配電網(wǎng)絡發(fā)展都十分迅速，特別是大中型城市區(qū)域，越來越多地采用電纜輸電的方式，系統(tǒng)單相接地的電容電流增長速度很快，電網(wǎng)的運行方式變化繁雜，使得人工調節(jié)方式完全無法滿足滅弧的調諧需要。此外，大電網(wǎng)的單相接地電流中的有功分量十分可觀，哪怕只有很小一部分比例的殘流也可能引發(fā)嚴重的事故，所以需要更精確的調諧手段才能確保電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，于是自動調諧消弧裝置應運而生。

自動調諧消弧裝置的調節(jié)原理是讓自動裝置按電網(wǎng)電容變化來自動改變消弧線圈的電感，使單相接地電容電流得到對應值的電感電流的有效補償。具有自動調節(jié)功能的消弧裝置一般采用以下三種調節(jié)方式。

（1）用有載分接開關調節(jié)消弧線圈對應的分接頭，這種方法的弊端是電感電流無法連續(xù)調節(jié)。（2）調節(jié)機械可動鐵心，改變消弧線圈的鐵芯氣隙，這種方法可以持續(xù)調節(jié)中性點電感電流，但機械運作部分噪音大，易磨損。（3）在鐵心中灌注直流偏磁。這些消弧線圈特色鮮明，但作用同樣都是減少接地殘流和降低恢復電壓的上升速度，盡量使脫諧度達到最低。調節(jié)線圈分接頭式的消弧裝置不但無法將殘流減少到最小，還必須用串聯(lián)電阻來限制中性點的偏移電壓，發(fā)生單相接地故障的時候必須立即短接電阻，所以消弧系統(tǒng)的附加裝置十分復雜；對于可調鐵心氣隙的消弧裝置，雖然具有結構簡單電感連續(xù)可調的優(yōu)點，但運行系統(tǒng)需要穩(wěn)固可靠的機械裝置，電流補償?shù)捻憫俣容^慢，而且運行噪聲很大；而直流勵磁式的消弧線圈，不但可以連續(xù)調節(jié)電感電流，中性點電流補償?shù)捻憫俣妊杆?，而且由于沒有機械傳動部分，所以運行時不會產(chǎn)生環(huán)境噪音。缺點是部分裝置的系統(tǒng)諧波大，研發(fā)成本較高。在供電設備設施發(fā)達的國家，在6～110 kV配電網(wǎng)中已經(jīng)廣泛采用了中性點經(jīng)消弧線圈接地的滅弧方式。消弧系統(tǒng)的自動跟蹤調節(jié)能力強、脫諧度幾乎可以達到零，并且具有實時監(jiān)控功能，自動化程度相當高。我國在消弧裝置方面起步比較晚，但目前在理論研究和生產(chǎn)實踐水平上已經(jīng)接近國際領先水平。囿于我國電網(wǎng)整體的過電壓防護和絕緣水平的能力制約，具有完善遠動功能，可以投網(wǎng)穩(wěn)定運行的消弧裝置滅都還處在發(fā)展和完善階段。比如6～35kV配電網(wǎng)中，同樣類型的自動消弧裝置，與國外同類產(chǎn)品比較，還存在響應時間長，系統(tǒng)諧波偏大，控制系統(tǒng)可靠性差等缺點。

4 直流勵磁自動消弧裝置的工作原理

直流勵磁消弧裝置是采用直流控制電流來控制線圈的鐵芯飽和度，從而來達到平滑調節(jié)消弧線圈補償容量的目的。消弧裝置的工作繞組和控制繞組合為一體，利用電網(wǎng)電壓本身經(jīng)過繞組自耦變壓后經(jīng)可控硅整流來獲得直流控制電流。直流勵磁消弧線圈在電網(wǎng)正常工作時遠離諧振點，實時跟蹤電網(wǎng)電容電流的變化并進行測量和顯示，但在電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障的瞬間，消弧裝置則會迅速按當前電容電流測量值調整至全補償狀態(tài)。與傳統(tǒng)消弧裝置相比，直流勵磁消弧線圈是利用電網(wǎng)電壓自身通過自耦繞組變壓后獲得控制電流，不需要外加激磁電源。而且由于控制電流獲取方式的不同，也導致了伏安特性有很大的差別，傳統(tǒng)裝置的伏安特性具有明顯的非線性特征，不利于連續(xù)補償調節(jié)，而后者的特性曲線則更近似線性。其次，傳統(tǒng)型消弧裝置的工作繞組和控制繞組相互獨立的，而直流勵磁型的消弧裝置的工作繞組和控制繞組被有機地結合在了一起，不但有利于減少損耗，而且大大簡化了線圈結構。

5 單相接地消弧線圈的前景

在我國電氣及機械傳動設別可靠性較低的大前提下，研究怎樣進一步提高消弧裝置的可靠性，豐富改變電感的方法，減少機械傳動部分……對于提高整個配電網(wǎng)的可靠性都有著廣闊的前景和意義。尤其是對于無人值守變電站，對接地滅弧裝置的控制系統(tǒng)自動化方面的進一步深入研究尤其具有現(xiàn)實意義。如何使消弧裝置與計算機系統(tǒng)之間和諧配合運作，提高系統(tǒng)的遠動能力，如何進一步減小中性點接地殘流和降低恢復電壓的上升速度，在今后相當長一段時間內將成為我國單相接地消弧裝置控制系統(tǒng)研究發(fā)展的主導方向。

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