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1、关键词:中性点 间歇性弧光过电压 消弧线圈 接地电容电流摘要:本文对中性点几种接地方式进行了比较讨论,介绍了中性点经消弧线圈接地的原理,分析了消弧线 圈对提高煤矿供电可靠性、安全性的重要作用。中性点运行方式,是指电力系统中星形联接的发电机和变压器中性点的运行方式。电力系统的中性点运 行方式有不接地、经电阻接地、经电抗接地、经消弧线圈接地、直接接地等几种方式。我国目前所采用的 中性点接地方式主要有三种,即直接接地、不接地、经消弧线圈接地。煤矿安全规程规定第 443 条规定: “严禁井下配电变压器的中性点直接接地,严禁由地面上中性点直接接地的变压器或发电机直接向井下供 电。”所以在煤矿供电系统中不
2、采用中性点直接接地方式。另外煤矿安全规程第 457 条规定:“矿井高压 电网,必须采取措施限制单相接地电容电流不超过 20A。”一、中性点不接地采用中性点不接地方式,当发生单相接地时,电网的线电压保持不变,对三相用电设备的运行没有直接影 响,线路可以带故障运行0.52h,这就保证了煤矿供电的连续性，减少了停电次数。但该系统在发生单相接地 时同时会产生以下几点严重危害:1、间歇性弧光接地引起过电压 中性点不接地供电系统中,当电容电流一旦过大,接地点就会产生持续或 断续电弧,持续电弧的燃烧极易引起相间短路。接地点电弧不能自行熄灭。当出现间歇性电弧接地时,断续电 弧在电网的电感和对地电容形成的振荡回
3、路中引起揩振产生弧光接地过电压,这种过电压可以达到相电压 的35倍或更高,它遍布于整个电网中,并且持续时间长,可达几个小时,它不仅击穿电网中的绝缘薄弱环节, 而且对整个电网绝缘都有很大的危害。弧光接地过电压还会使电压互感器发生饱和,激发铁磁谐振,导致电压互感器严重过载,造成熔断器熔断 或互感器烧毁。由于弧光接地过电压持续时间长,能量极易超过避雷器的承受能力,导致避雷器爆炸。这类故 障已成为这类电网安全运行的最大威胁。2、造成接地点热破坏及接地网电压升高 单相接地电容电流过大,使接地点热效应增大,对电缆等设备造 成热破坏,并且该电流流入大地后由于接地电阻的原因,使整个接地网电压升高,危害人身安全
4、。3、引起杂散电流 当接地点电容电流流入大地后,在大地中将形成杂散电流,该电流可能产生火花,引起 矿井瓦斯爆炸。为有效限制单相接地电容电流,保障煤矿供电系统的安全性和可靠性,现在多采用中性点经消弧线圈接 地的供电方式。二、经消弧线圈接地1、消弧线圈的作用及原理 消弧线圈的作用是当电网发生单相接地故障后,提供一电感电流,补偿接地时 的电容电流,使接地电流减小,也使得故障相接地电弧两端的恢复电压速度降低,达到熄灭电弧的目的。1）减少故障点的接地电流 在正常情况下,三相电压是基本平衡的,由于各种原因,系统发生单相（例如 C 相）接地故障（如图所示）,破坏了原有的平衡，系统将产生接地电容电流IC,中性
5、点的对地电压UN升高为相电压，其大小与接地相 电压UC大小相等但方向相反。此时有电流IL流过消弧线圈,IL的相位滞后于UN90。,从向量图中可以看出, ICA和ICB所组成的总电容电流IC将超前UN90。,电感电流IL与电容电流IC正好相位相反，而且IL也流经 故障点，从而对单相接地所产生的电容电流实现了补偿。此时C相的接地电流为:Ic=ICA+ICB+IL，只要适当 调节消弧线圈的电抗值,就可将接地电流减小到不能建立电弧的程度。2）减缓电弧熄灭瞬间故障点恢复电压的上升速度 接地点弧隙的恢复电压是由故障相实际电网电压和 中性点电压叠加而成的,故障相实际电网电压在熄弧瞬时超前电流相位 90达到正
6、最大值,并仍按正弦规律 变化,而中性点电压在熄弧瞬时却滞后电流 90达到负最大值,并逐渐衰减,因此灭弧后由于电容上的电荷经 消弧线圈电感放电形成慢慢衰减的自由振荡过程,弧隙电压是缓慢上升的,故不容易发生重燃。3)根据消弧线圈中感性电流对接地容性电流的补偿程度，可分为完全补偿(IL=ICB+ICA)、欠补偿(ILICB +ICA)完全补偿时,虽然接地处电流为零，但因XL=XC正是电流谐振的关系，正常运行时一旦中性点出现对 地电压,会在谐振回路中产生很大电流,使消弧线圈上产生很大电压,造成中性点对地电压升高,有可能造成设 备的损坏。因此一般不采用完全补偿。进行欠补偿时,一旦电网中部分线路被断开,使
7、接地电流减小,有可能 变成完全补偿。因此,欠补偿方式一般也少用。过补偿时不会出现上述缺点,所以一般多采用过补偿方式。在 工程上也用脱谐度()来描述过补或欠补，当V0时为欠补偿,V0时为过补偿。从发挥消弧线圈的作用上来看, 脱谐度的绝对值越小越好，但是在电网正常运行时，小脱谐度的消弧线圈将产生各种谐振过电压，如某6KV电 网,在消弧线圈处于全补偿状态时,电网正常运行情况下其中性点位移电压是未补偿电网的 1025 倍,所以当 电网不发生单相接地故障时,消弧线圈的脱谐度越大越好。2、消弧线圈的发展 早期,消弧线圈采用人工调匝式固定补偿,其主要工作方式是:将消弧线圈整定在过 补偿状态,其过补程度的大小
8、取决于电网正常稳态运行时不使中性点位移电压超过相电压的 15%,但是这种 装置长期运行在过补偿状态,当电网中发生了事故跳闸或其它参数变化时,脱谐度无法控制,以至往往运行在 不允许的脱谐度下,造成中性点过电压,三相电压对称遭到破坏。可见固定补偿方式很难适应变动比较频繁的 电网,这种系统已逐渐不再使用,取代它的是能够跟踪电网电容电流进行自动调谐的装置,这类装置双分为两 种,一种称之为随动式补偿系统。这种系统的工作方式是:自动跟踪电网电容电流的变化,随时调整消弧线圈, 使其保持在谐振点,在消弧线圈中串一电阻,增加电网阻尼率,将谐振过电压限制在允许的范围内。当电网发 生单相接地故障后,控制系统将电阻短
9、接掉,达到最佳补偿效果。另一种称之为动态补偿系统。动态补偿系统 的工作方式是:在电网正常运行时,调整消弧线圈远离谐振点,彻底避免串联谐振过电压和各种谐振过电压产 生的可能性,当电网发生单相接地后,瞬间调整消弧线圈到最佳状态,使接地电弧自动熄灭。1概述 消弧线圈的主要作用有两点：一是使故障点的电流大大减少，二是使故障相电压 恢复的速度大大下降。片* - ， 17 11F1kB1JAx91消弧域删祐工作原理示立图如图1所示，若在正常情况下，三相电压是基本平衡的。由于各种原因，系统发生单相（例如A相）接地 故障，破坏了原有的对称平衡，系统将产生接地电容电流IC，消弧圈在当时系统中性点相电压 的作用下
10、，将产生电感电流IL它们各自的流动方向如图1所示。从图2向量图 中，可以看出，1与I相差18 0。，所以是起相互抵消的作用。LC当系统未发生单相接地时，根据电工原理可以知道，在对称情况下，各相对地电 压相等，在这些电压作用下，各相对地电容产生的电容电流I =I =I =ICACBCCC，分别越前于u、U、U电压的9 0。当发生单相接地故障时（例如A相OABC金属性接地）相当于在故障相上，加一个与U大小相同，但方向相反的相电压A相对地电压升高KFA（3KF）倍，即U =U=KF （3KF）UBCue，则故障相对地电压u = o，而中性点对地电压升高到相电压，其他两 ，在U B、U电压的作用下，所
11、产生的电容电流I CB、I C分别越前于 U、U电压的9 0，其相量和I即为流过A相故障点的电容电流。它的Bcc大小是正常时一相对地电容电流的3倍，方向滞后于A相正常时电压9 0。经消弧线圈接地系统，当发生单相接地时，如果消弧线圈调整的适当，则流过故 障点的残流很小，因此大大有利于故障点电弧的熄灭。2消弧线圈的整定 消弧线圈的整定，主要考虑以下两点原则:(1) 使流过故障点的残流应尽量小。因为残流越小，接地电弧的危害就越小， 有利于电弧的熄灭。但是要想使残流小，就得将消弧线圈所产生的补偿电流I , 调到接近于电容电流I，使I ，此时流过故障点的残流将很小。但是，此CL C时消弧线圈的电感和系统
12、对电地容组成了振荡回路，在一定的条件下，可能发生 串联谐振，使系统中性点和系统电压达到较高的谐振过电压，危及设备的安全运 行。(2) 在正常运行时，中性点的位移电压不超过相电压的15%，故消弧线圈 的调整，应采取过补偿和欠补偿的方式。实践证明在同时满足故障点残流和中性 点位移电压规定的条件下，过补偿和欠补偿对灭弧的影响差不多。但在欠补偿运 行时，当网络因故障或其他原因，使某些线路断开后，可能构成串联谐振，产生 危险的过电压，所以，一般情况下，不宜采取欠补偿的运行方式，而采用过补偿 的运行方式。如果消弧线圈的容量不足，也可以采取欠补偿的运行方式，但必须事先进行断线 后可能产生过电压的验算，使可能
13、出现最大的中性点位移电压不超过相电压的6 0%7 0%。3消弧线圈的配置当系统发生单相接地时，接地电容电流超过下列数值时，均应采用中性点经消弧 线圈接地的运行方式。36kV网络电容电流I 2 3 0AC10kV网络电容电流I 220AC2 06 0kV网络电容电流I 210AC消弧线圈的容量选择，应根据网络总的电容电流来确定，还应考虑电网的发展， 并按过补偿运行方式进行设计，其容量可按下列公式计算：S =1.351 UkC式中s 消弧线圈容量 kVAkI电网接地电容电流 ACU电网的相电压 kV1.35计算系数 4消弧线圈的安装 消弧线圈的安装地点，应根据地区的实际电网的具体情况来决定，但要保
14、证电网 在任何运行方式下，都能满足过补偿运行的要求，并考虑系统的发展，不应将多 台消弧线圈集中安装在电网的某一处，应分散安装在网络中的各个供电中心，这 样不仅可以分区运行，而且在发生单相接地故障时，不致使大部分网络失去消弧 线圈的补偿。在供电网络内应尽量避免只安装一台消弧线圈运行。消弧线圈的外部接线是上端经刀闸与变压器中性点相联结，下端与发电厂变电站 的接地网相联结。应当指出，并不是任何一台变压器的中性点，都能接消弧线圈， 在选择装消弧线圈的变压器时，一方面要考虑和消弧线圈串联的变压器的阻抗， 另一方面还要考虑因接入消弧线圈而使变压器过负荷的条件，以下几条可供参 考。(1) 在Y/接线的变压器
15、，消弧线圈的电流是流过变压器线圈的，因变压器 有一个接成三角形的线圈，无论磁路的结构如何，在这个线圈中，一定会出现抵 消零序电流的环流。所以，消弧线圈的容量，不大于该变压器额客容量的5 0% 时，变压器不会受到任何不利的影响。(2) 对于Y/Y/接线的三线圈变压器，因考虑三线圈变压器的容量比，为满 足变压器2h过负荷3 0%的规定，则消弧线圈的容量，不得大于三线圈变压器 的任一线圈的容量，一般选择消弧线圈的容量为不大于该变压器容量的1/3。(3) 对Y/Y接线的三相内铁型变压器，因考虑到受零序电压降和铁壳损失的 限制，一般消弧线圈的容量，不宜大于变压器额定容量的20%。(4) Y/Y接线的单相变压器组或外铁型三相变压器，因其零序阻抗很大，不 应将消弧线圈接在这种变压器的中性点上。5 消弧线圈的调整原则消弧线圈的调整应以过补偿运行为基础。由于消弧线圈容量的限制或在特殊运行 方式下，允许采用欠补偿运行，但必须事先进行断线过电压的验算，使可能出现 的最大中性点位移电压，不超过相电压的6 0%70%。在网络中同时有几台消弧线圈并联运行时，当网络发生单相接地，通过故障点的电感电流IL为各个消弧线圈的算术和，此时，网络消弧线圈应按照总和的电感 电流进行整定。在整定时，应满足以下几点要
