高电阻与消弧线圈并联的接地方式

高电阻与消弧线圈并联的接地方式
一、引言
通常，中性点不接地系统发生单相接地时易产生铁磁谐振过电压和弧光接地过电压，给系统安全造成极大的威胁；消弧线圈接地系统目前在选线和消除弧光接地过电压方面尚存在一定的难度，特别是5次谐波问题；小电阻接地系统在瞬时接地时容易跳闸，供电可靠性下降，几百安培的接地电流会引起故障点接地网的地电位升高，危及设备和人身的安全。

为此，我们在中国电科院提出的用高电阻选线方案的基础上，建议采用高电阻直接与消弧线圈并联的接地方式，充分利用电阻消谐及选线的功能和消弧线圈具有补偿电容电流的功能，来达到补偿、选线、消谐的目的。

二、高电阻扩大使用范围的方案
高电阻并联自动调谐消弧线圈，主要由接地变、700Ω电阻、自动跟踪补偿消弧线圈、检测器和控制器等组成。

接地变的功能是制造人为中性点，它可以组成zo/Yo 的变压器功能与接地变的功能，或只具有zo 的接地变功能两种类型。

带有变压器功能的除了有接地变外，还可以兼作所用变的功能；700Ω电阻仅作为限制过电压幅值和接地选线的功能，它在单相接地时通过电流为9A；自动跟踪补偿消弧线圈用于补偿电网电容电流，它通过各种调节方式改变消弧线圈的电感，用于调节电感电流；检测器由中性点TV和中性点TA组成，分别测量中性点的位移电压和中性点电流。

电网正常运行时，控制器实时测量中性点位移电压和流进消弧线圈的电流。

定时或测量有变化时通过适当调节消弧线圈的电感，联立求解回路方程获得电网的电容电流。

在测量系统电容电流时由于一般是利用消弧线圈中的电感和串联的电阻来进行计量的，而本方案中电阻与电抗是并联的，故需要进行换算。

中性点的电阻器与电抗器，用串联方式或并联方式接入电网。

由于电阻与电抗并联，相当于电阻与电抗串联，因此，即使在全补偿状态下也不会产生串联谐振。

但为了保证设备安全运行，一般要求消弧线圈的脱谐度不宜过小，防止在谐振状态下使电阻长期通流发热而烧毁电阻。

由于自动调谐消弧线圈一般调谐可以保证残流小于4A，电阻电流是9A，因此接地电流不会超过10A。

故此方式可以保证熄弧和降低过电压的幅值，同时又能正确选线。

三、中性点经高电阻接地时的过电压试验
试验时，在高压模拟电网上用低阻尼电容分压器、磁带记录仪记录过电压信息，由计算机采集分析系统采集记录在磁带仪上的过电压信息并加以分析，计算机采集分析系统记录的过电压波形如图l。

过电压波形特点分析（设在A相发生间歇性电弧接地）：
1．相对地过电压。

线间电容降低过电压作用不明显，A相接地时，C相过电压高于B相。

过电压倍数与中性点电阻值有关，当RN＞1/3ωCo时，过电压明显增加；RN=1/3ωCo 时过电压降低；当RN=1.8kΩ）1/3ωCo时，故障相最高过电压达2.1Vxg（Vxg 表示正常供电时的相对地电压峰值），健全相最高过电压达3.4 VXg；当RN=237ω≈1/3ωCo=232Ω时，故障相过电压不大于2.2 VXg，健全相过电压不大于1.3Vxg；
2．最大过电压发生时刻：在接地相工频电压幅值附近；
3．相间过电压水平：低于相对地过电压；
4．电弧性质：高频和工频兼有；
5．过电压振荡频率：高频振荡频率约在300～3000Hz之间，持续时间可达0.2～2s（与试验电路有关）；
6．中性点波形间歇性重燃时Vo为衰减的梯形波叠加高频振荡，即中性点积累的电荷经电阻RN泄放较快；试验中最大过电压在1.5～3.5VXg之间；
7．从试验可知，基本上是每半个工频周期发生一次燃弧，每相及中性点电压都有明显的振荡；当发生间歇性燃弧时，随着中性点电阻值的减小，中性点电位在半个工频周期内衰减加快，即系统能量泄放较快，从而有效地降
低了各相及中性点的过电压幅值；
8．接地电流较大时熄弧困难。

试验表明，中性点经高电阻接地，对断线谐振过电压与间歇性电弧接地过电压起到了很好的抑制作用。

当RN=1/3ωCo时，由于系统积蓄的电荷能量通过电阻迅速泄放，中性点位移电压在半个周期内降到原来的4.32%，这就降低了故障相上的最大恢复电压数值，使电弧重燃不致引起高幅值的过电压，但接地点的电流增加较大（ij =ic+iR）。

取RN=2/3ωCo,将会减小接地点的电流，此时中性点电位在半个工频周期内衰减较小，降到原来的20.8%，但过电压幅值将大大的增加。

电阻的存在，大大降低了故障相恢复电压的上升速度，减少了电弧重燃的可能。

从试验结果分析看，RN的值越大，电弧重燃越易，且电弧积蓄的能量也较大；随着RN值的减小，电弧重燃变得较难，电荷泄放得愈快，电弧能量减小得愈快，这与理论分析相符。

电网中性点经高阻接地后，对弧光接地过电压和串联谐振过电压有较大的抑制作用，从而有效地防止了过电压对电机、电缆绝缘的危害，保证了用电设备的安全运行。

当接地故障电流较大时，持续的故障电流所引起的热效应，会使电缆在接地故障处的相间绝缘因过热燃毁而发展为相间短路。

所以，当电网的电容电流较小时，应采用中性点经高阻接地的方式，尤其是对高压电机及电缆线路较多且运行多年的老电网。

在电网电容电流较大时，采用自动跟踪消弧线圈补偿，使容性（或感性）电流小于5A，并利用并联的高电阻（IR＞5A）迅速泄放积蓄的电荷降低弧光过电压的特性，可以保证在谐振过电压和弧光过电压下，过电压倍数不超过2.5倍。

四、中性点高电阻阻值的选取原则
（一）IR 值必须大于5A
高电阻与消弧线圈并联运行时，由于消弧线圈补偿接地电流的残值在3～5A，为了保证过电压的倍数在2.5倍以下，因此IR＞5A。

（二）单相接地电流Ij≤1OA
因Ij=Ic+IR或Ij=IL+IR，故lOkV系统一般电阻值取600～800Ω左右为宜。

五、继电保护的选择
（一）高电阻接地
由于中性点经过高电阻接地的系统中，单相接地故障时的零序电流为电容电流和电阻电流的相量和，因此电阻接地保护可以采用比较简单的零序保护，不必装设复杂的零序方向保护。

因此馈电线路的保护配置为：一套限时
速断保护装置，一套过流保护装置；单相接地保护为：一套零序过流保护。

零序过流的保护装置整定原则。

1．10kV馈线零序过流保护装置的动作电流（信号），按躲过被保护线路发生单相接地时出现的最大零序电流3Io来整定：
Idx=k×31o
可靠系数k一般取1.2～1.3，其动作时限以避开线路遭雷击瞬间出现的闪络接地时间，并与相临线路零序保护的时限相配合，时间一般可取：0.5～ls。

2．零序后备过流保护作为本线路的后备保护，其零序互感器安装于接地变压器的接地侧，动作跳10kV进线开关或跳接地变，其动作电流按躲过线路最大线路的电容电流时，流过零序TA中产生的Idx 选取：
Idx=k×3Iomax
其中：k2取1.2～1.3,时间取1.5～3s之间。

其动作灵敏度按被保护线路最大接地时的接地电流与零序电流之比来校验。

（二）高电阻与消弧线圈并联保护的整定原则
可以利用接地前后的零序有功电流增量作为检测量，判断故障区间。

为了保证继电保护正确动作或选线的正确性，线路出线的零序保护不应采用三相TA组成的二次零序接线方式，防止三相TA有不同程度的饱和，或因特性不平衡，使零序保护误动作。

应采用零序TA来解决。