引  言

我國(guó)的城市及廠礦企業(yè)的中壓系統(tǒng)，大部分為中性點(diǎn)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(shí)，仍可帶故障運(yùn)行，這就大大降低了運(yùn)行成本，了供電系統(tǒng)的性，但這種供電方式在單相接地電流較大時(shí)容易產(chǎn)生弧光過(guò)電壓和相間短路，給供用電設(shè)備造成了大的危害。

這種危害的方法之一就是在中性點(diǎn)和地之間串接一個(gè)電器，這個(gè)電器也就是通常所說(shuō)的消弧線圈。它能地減少接地點(diǎn)電流，從而自動(dòng)熄滅電弧的目的。

2 消弧線圈補(bǔ)償系統(tǒng)工作原理

2.1 消弧線圈補(bǔ)償原理

2.1.1 電容電流

電容電流是指中性點(diǎn)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(wú)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(shí)，伴隨相對(duì)地電容上的電荷積累，會(huì)產(chǎn)生高幅值的過(guò)電壓，一般為相電壓的2～3.5倍。

（2）在單相接地的暫態(tài)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生較大的接地電流，這會(huì)使接地點(diǎn)的相間緣熱破壞，造成相間短路。

（3）單相接地電弧引起電壓互感器勵(lì)磁電流激增是引起電壓互感器破壞的一個(gè)重要原因。在中性點(diǎn)不接地中，治理單相接地電容電流過(guò)大造成的危害的方法之一是在中性點(diǎn)加裝消弧線圈。消弧線圈的作用是當(dāng)發(fā)生單相接地故障后，提供一個(gè)電感電流IL補(bǔ)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(fù)電壓降低，自動(dòng)熄滅電弧的目的。當(dāng)消弧線圈正確調(diào)諧時(shí)，不可以的減少產(chǎn)生弧光接地的幾率，同時(shí)也限度地減少了故障點(diǎn)熱破壞作用及接地過(guò)電壓等。

2.1.2 消弧線圈接地系統(tǒng)的中性點(diǎn)電壓位移

2.1.2.1 正常運(yùn)行時(shí)的中性點(diǎn)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(shè)三相電源電壓平衡，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(yùn)行時(shí)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) …………………  不對(duì)稱度 

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

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

           R(1) =  r(3)+ r0(1)

  中性點(diǎn)位移電壓的大小

               UN =  =    ………  (1)

式中U0為中性點(diǎn)未加消弧線圈時(shí)的自然不平衡電壓

從式一（1）可見(jiàn)，補(bǔ)償系統(tǒng)中性點(diǎn)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?？梢?jiàn)脫諧度υ越趨于，中性點(diǎn)位移電壓愈高。當(dāng)υ = 0即全補(bǔ)償時(shí)，其值為U0/d.所以加裝消弧線圈后，對(duì)中性點(diǎn)位移電壓起到了放大作用。脫諧度愈小，放大作用愈強(qiáng)，放大倍數(shù)約為10-40倍。

2.1.2.2 故障時(shí)的中性點(diǎn)位移電壓

當(dāng)中出現(xiàn)單相斷線、非全相合閘等故障時(shí)，U0，UN將可能過(guò)限值。另外，中出現(xiàn)非同期合閘或大型異步電機(jī)投切操作都可能產(chǎn)生過(guò)電壓，只有一點(diǎn)補(bǔ)償同未補(bǔ)償是相同的，即發(fā)生單相金屬性接地時(shí)，中性點(diǎn)位移電壓都是U0。

2.1.2.3 小結(jié)

（1） 在正常運(yùn)行情況下，正確調(diào)諧的消弧線圈對(duì)運(yùn)行有害無(wú)利，為了滿足正常運(yùn)行時(shí)中性點(diǎn)位移電壓不過(guò)某一限值的要求而將消弧線圈的脫諧度整定在較大的數(shù)值，使接地殘流，補(bǔ)償效果降低。

（2） 在發(fā)生斷線故障，斷路器非同期合閘事故或大型異步電機(jī)投切操作時(shí)，小脫諧度的消弧線圈使中性點(diǎn)電壓位移比無(wú)補(bǔ)償嚴(yán)重得多，將出現(xiàn)危險(xiǎn)的過(guò)電壓。

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

可見(jiàn)（1）、（2）和（3）是矛盾的，如何解決這種矛盾呢？一種方法是采用阻尼率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(shí)踐中發(fā)揮了有益的作用。但是d然造成接地殘流。另外，附容量的電阻從設(shè)計(jì)到制造安裝維護(hù)都有的困難。由于現(xiàn)代微電子科學(xué)和電力電子技術(shù)的發(fā)展，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方案，即在正常運(yùn)行時(shí)，消弧線圈工作在遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)位置，出現(xiàn)單相接地后，調(diào)整消弧線圈實(shí)施全補(bǔ)償。

2.2  自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償原理

目前國(guó)內(nèi)外已有的自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)消弧線圈補(bǔ)償系統(tǒng)實(shí)際上都是一種隨動(dòng)系統(tǒng)，即消弧線圈的電自動(dòng)跟蹤電容電流的變化而調(diào)整，這種調(diào)整發(fā)生在單相接地故障之前。其基本工作原理有兩種。

a）一種是利用中性點(diǎn)位移電壓和參考電壓之間的相位移與消弧線圈脫諧度之間的關(guān)系來(lái)跟蹤調(diào)整消弧線圈電感，對(duì)于一個(gè)實(shí)際的，即使電容電流不變，也會(huì)給調(diào)諧帶來(lái)誤差，為了彌補(bǔ)這一缺陷，需要在某相對(duì)地之間附加一電容，的不平衡度。

b）另一種方法是利用中性點(diǎn)位移電壓的幅值隨脫諧度變化的關(guān)系來(lái)跟蹤調(diào)整消弧線圈電感。從圖二可見(jiàn)，隨著脫諧度向點(diǎn)逼近中性點(diǎn)位移電壓趨近其值。

c）可見(jiàn)以上兩種調(diào)節(jié)過(guò)程也就是出現(xiàn)串聯(lián)諧振過(guò)電壓的過(guò)程。另外，這些方法能實(shí)時(shí)檢測(cè)電流的具體數(shù)值，也很難定量地調(diào)節(jié)線圈的脫諧度。

根據(jù)（1）式

     υ>>d 時(shí) UN = υ(U0)=  ωCΣ-1/ωL(U0ωCΣ) ……… (2)

式中：  CΣ= Ca+Cb+Cc

所以在遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)處，當(dāng)消弧線圈電感值為L1時(shí)，測(cè)得中性點(diǎn)位移電壓為UN1，調(diào)整電感為L2時(shí)，測(cè)得中性點(diǎn)位移電壓幅值為UN2，則可以利用（3）式計(jì)算出CΣ

          CΣ= ω（UN1/UN2-1）(UN1/（UN2ωL1）-1/ωL2) ………（3）

如果利用微機(jī)的計(jì)算能力強(qiáng)的特點(diǎn)，在具體算法上采取一系列的措施，設(shè)定檢測(cè)靈敏度上采取某種處理方法，可以利用上述原理地實(shí)時(shí)測(cè)定電流值，并給以直觀的顯示。