引  言

我國的城市電網(wǎng)及廠礦企業(yè)的中壓系統(tǒng)，大部分為中性點不接地(即小電流接地)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)在發(fā)生單相接地時，電網(wǎng)仍可帶故障運行，這就大大降低了運行成本，提高了供電系統(tǒng)的可靠性，但這種供電方式在單相接地電流較大時容易產(chǎn)生弧光過電壓和相間短路，給供用電設備造成了極大的危害。

防止這種危害的方法之一就是在中性點和地之間串接一個電抗器，這個電抗器也就是通常所說的消弧線圈。它能有效地減少接地點電流，從而達到自動熄滅電弧的目的。

2 消弧線圈補償系統(tǒng)工作原理

2.1 消弧線圈補償原理

2.1.1 電容電流

電容電流是指中性點不接地供電系統(tǒng)的單相接地電流，由于其主要成分是容性無功分量，所以又稱單相接地電容電流。

電容電流的危害：

（1）發(fā)生間歇性電弧接地時，伴隨相對地電容上的電荷積累，會產(chǎn)生高幅值的過電壓，一般為相電壓的2～3.5倍。

（2）在單相接地的暫態(tài)過程中，會產(chǎn)生較大的接地電流，這會使接地點的相間絕緣熱破壞，造成相間短路。

（3）單相接地電弧引起電壓互感器勵磁電流激增是引起電壓互感器破壞的一個重要原因。在中性點不接地電網(wǎng)中，治理單相接地電容電流過大造成的危害的方法之一是在中性點加裝消弧線圈。消弧線圈的作用是當電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，提供一個電感電流IL補償接地電容電流IC，使接地電流減小，也使得故障相接地電弧兩端的恢復電壓迅速降低，達到自動熄滅電弧的目的。當消弧線圈正確調(diào)諧時，不僅可以有效的減少產(chǎn)生弧光接地的幾率，同時也Zui大限度地減少了故障點熱破壞作用及接地過電壓等。

2.1.2 消弧線圈接地系統(tǒng)的中性點電壓位移

2.1.2.1 正常運行時的中性點電壓位移

消弧線圈接地系統(tǒng)等效電路如圖一所示。其中L是消弧線圈的電感，r0代表消弧線圈有功損耗的等效電阻。設三相電源電壓完全平衡，其值為UΦ，各相漏電阻相等ra=rb=rc=r，且以UA作為參考相量。                                                                         

  圖一  消弧線圈正常運行時的等值圖                         圖二   諧振曲線                                                                        

                                                                                                                                                                    

            UN = - +1/r0+3/r(Ca+α2Cb+αCc)UA

                                   

             = - Ca+Cb+Cc(jω（Ca+α2Cb+αCc）)1/ωL()Rω（Ca+Cb+Cc）(1) (1)

             = - υ-jd(k∞) UΦ

  

式中:  k∞ =  Ca+Cb+Cc(Ca+α2Cb+αCc) …………………  電網(wǎng)不對稱度 

           d = Rω（Ca+Cb+Cc）(1) ………………  電網(wǎng)阻尼率

          υ= jω（Ca+Cb+Cc）(Ca+Cb+Cc-j/ωL)= IC(IC-IL) ………電網(wǎng)脫諧度

           R(1) =  r(3)+ r0(1)

  中性點位移電壓的大小

               UN =  =    ………  (1)

式中U0為中性點未加消弧線圈時電網(wǎng)的自然不平衡電壓

從式一（1）可見，補償系統(tǒng)中性點位移電壓隨著脫諧度變化而變化。其變化曲線即諧振曲線如圖二所示。可見脫諧度υ越趨于零，中性點位移電壓愈高。當υ = 0即全補償時，其值為U0/d.所以加裝消弧線圈后，對中性點位移電壓起到了放大作用。脫諧度愈小，放大作用愈強，放大倍數(shù)約為10-40倍。

2.1.2.2 故障時的中性點位移電壓

當電網(wǎng)中出現(xiàn)單相斷線、非全相合閘等故障時，U0增大，UN將可能超過限值。另外，電網(wǎng)中出現(xiàn)非同期合閘或大型異步電機投切操作都可能產(chǎn)生過電壓，只有一點補償電網(wǎng)同未補償電網(wǎng)是相同的，即發(fā)生單相金屬性接地時，中性點位移電壓都是U0。

2.1.2.3 小結(jié)

（1） 在電網(wǎng)正常運行情況下，正確調(diào)諧的消弧線圈對電網(wǎng)安全運行有害無利，為了滿足正常運行時中性點位移電壓不超過某一限值的要求而不得不將消弧線圈的脫諧度整定在較大的數(shù)值，使接地殘流加大，補償效果降低。

（2） 在電網(wǎng)發(fā)生斷線故障，斷路器非同期合閘事故或大型異步電機投切操作時，小脫諧度的消弧線圈使中性點電壓位移比無補償電網(wǎng)嚴重得多，將出現(xiàn)危險的過電壓。

（3） 消弧線圈發(fā)揮有利作用是在電網(wǎng)出現(xiàn)單相接地后，并且脫諧度越小效果越好，是全補償。

可見（1）、（2）和（3）是矛盾的，如何解決這種矛盾呢？一種方法是采用增大電網(wǎng)阻尼率d的方法，如采用消弧線圈并聯(lián)或串聯(lián)電阻接地方案，這種方案在生產(chǎn)實踐中發(fā)揮了有益的作用。但是d增大必然造成接地殘流增大。另外，附加大容量的電阻從設計到制造安裝維護都有一定的困難。由于現(xiàn)代微電子科學和電力電子技術(shù)的發(fā)展，完全可以實現(xiàn)動態(tài)補償方案，即在電網(wǎng)正常運行時，消弧線圈工作在遠離諧振點位置，出現(xiàn)單相接地后，瞬間調(diào)整消弧線圈實施全補償。