摘要：提出了配電網(wǎng)中性點(diǎn)新型接地方式為：當(dāng)發(fā)生瞬時(shí)性單相接地故障時(shí)，利用自動(dòng)跟蹤的消弧線(xiàn)圈實(shí)現(xiàn)快速補(bǔ)償；當(dāng)發(fā)生非瞬時(shí)性單相接地故障時(shí)，能正確選出故障線(xiàn)路并跳閘。提出了高短路阻抗變壓器式可控電抗器的基本結(jié)構(gòu)和原理，用該原理研制成功的高短路阻抗變壓器式自動(dòng)快速消弧系統(tǒng)，具有伏安特性線(xiàn)性度優(yōu)良、響應(yīng)速度快、電流由零到最大都能無(wú)級(jí)連續(xù)調(diào)節(jié)、補(bǔ)償效果好、對(duì)系統(tǒng)適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)新型接地方式比較理想的設(shè)備。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng) 消弧線(xiàn)圈 可控電抗器 晶閘管 短路阻抗

1　新型接地方式

　　配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的選擇與電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行密切相關(guān)，是城網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)建設(shè)中必須關(guān)注的重要問(wèn)題。但長(zhǎng)期以來(lái)并未得到滿(mǎn)意的解決。隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，電容電流小于一定值而允許中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)已越來(lái)越少，絕大多數(shù)配電網(wǎng)的中性點(diǎn)都采用低阻接地或消弧線(xiàn)圈接地方式。
　　低阻接地雖然避免了系統(tǒng)的過(guò)電壓?jiǎn)栴}，但跳閘率過(guò)高，不能適應(yīng)對(duì)供電可靠性越來(lái)越高的要求，尤其是在架空線(xiàn)路與電纜混合的配電網(wǎng)中此問(wèn)題更為突出。同時(shí)，單相接地時(shí)巨大的接地電流將使地電位升高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)超過(guò)安全值，可能對(duì)通信線(xiàn)路、低壓電器和人身安全造成不利影響，這是該方式的先天缺陷。隨著電力配電系統(tǒng)與電信網(wǎng)共處系統(tǒng)的日益增加，用戶(hù)使用的敏感元件（電腦、電子控制、電力電子等）日益增多，以及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)低壓設(shè)備耐壓要求的降低，低阻接地方式這一不可克服的缺陷越來(lái)越不能被社會(huì)容忍。尤其在電纜使用量逐漸增多、電網(wǎng)迅速擴(kuò)大，使電容電流大增的情況下，用電阻將單相接地故障電流限制到遠(yuǎn)小于兩相短路電流而同時(shí)又要滿(mǎn)足過(guò)電壓要求的做法已非常困難，即采用低阻接地方式已非常不經(jīng)濟(jì)。因此，低阻接地方式不僅不適合于以架空線(xiàn)路為主的農(nóng)網(wǎng)，也將越來(lái)越不適合于以電纜為主、容量不斷擴(kuò)大的城網(wǎng)。
　　自動(dòng)跟蹤消弧線(xiàn)圈接地方式避免了巨大的接地故障電流帶來(lái)的一系列問(wèn)題，又能使瞬時(shí)性接地故障自動(dòng)消除而不影響供電［1，2］。但是由于《規(guī)程》中規(guī)定線(xiàn)路單相接地時(shí)允許帶故障運(yùn)行2h，對(duì)系統(tǒng)的絕　　緣水平要求較高，因而使某些進(jìn)口設(shè)備（尤其是電纜）受到威脅。同時(shí)故障電流持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)不僅對(duì)人身安全很不利，而且易使非瞬時(shí)性接地故障擴(kuò)大成相間短路（尤其是電纜）。隨著電纜逐漸代替架空線(xiàn)路，單相接地時(shí)不分瞬時(shí)性和非瞬時(shí)性故障都不跳閘的傳統(tǒng)消弧線(xiàn)圈接地方式已不再適合。
　　配電網(wǎng)中性點(diǎn)新型接地方式為：當(dāng)發(fā)生瞬時(shí)性單相接地故障時(shí)，利用自動(dòng)跟蹤的消弧線(xiàn)圈實(shí)現(xiàn)快速補(bǔ)償，使故障電流小于一定值而自動(dòng)滅弧，從而使系統(tǒng)繼續(xù)正常運(yùn)行而不停止供電；當(dāng)發(fā)生非瞬時(shí)性單相接地故障時(shí)，能正確選出故障線(xiàn)路并跳閘，不影響其他非故障線(xiàn)路的正常運(yùn)行；同時(shí)保證單相接地故障持續(xù)時(shí)間小于10s，使系統(tǒng)的絕緣水平可與低阻接地時(shí)的相同［3］。這種接地方式兼具了低阻接地和消弧線(xiàn)圈接地的優(yōu)點(diǎn)，又?jǐn)[脫了各自的缺點(diǎn)，是一種較為理想的新型接地方式。
　　該接地方式的實(shí)現(xiàn)，不僅須配備可靠、準(zhǔn)確、響應(yīng)快的小電流接地選線(xiàn)裝置和相應(yīng)的跳閘裝置，還必須有高質(zhì)量的自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償裝置。主要要求是：消弧線(xiàn)圈伏安特性線(xiàn)性度好，響應(yīng)快，能在大范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，補(bǔ)償效果好等。現(xiàn)有的各類(lèi)自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線(xiàn)圈，包括調(diào)匝式［4］、調(diào)氣隙式［5］、直流偏磁式［6］、磁閥式［7］、調(diào)電容式［8］及其它類(lèi)型［9，10］，都具有某些缺點(diǎn)而不能同時(shí)滿(mǎn)足上述要求。這也是目前消弧線(xiàn)圈的應(yīng)用受到局限的原因。本文所述由高短路阻抗變壓器式電抗器組成的新型自動(dòng)快速消弧系統(tǒng)可以滿(mǎn)足上述要求，使上述接地方式實(shí)現(xiàn)成為可能。

2　自動(dòng)快速消弧系統(tǒng)的主要構(gòu)成

　　該系統(tǒng)主要由高短路阻抗變壓器式消弧線(xiàn)圈和控制器組成，同時(shí)采用小電流接地選線(xiàn)裝置作為配套設(shè)備。

2．1　高短路阻抗變壓器式消弧線(xiàn)圈
　　該消弧線(xiàn)圈是一種新型的變壓器式可控電抗器，其一、二次繞組間的短路阻抗很大（達(dá)100％或更大），二次繞組用晶閘管短路。通過(guò)調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角來(lái)調(diào)節(jié)二次繞組中的短路電流，從而實(shí)現(xiàn)電抗值的可控調(diào)節(jié)。其原理結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。
　　整套裝置中設(shè)置特殊的濾波電路，用以吸收晶閘管通斷時(shí)產(chǎn)生的諧波，使電抗器輸出工頻電流。當(dāng)給定晶閘管的觸發(fā)角α時(shí)，工作線(xiàn)圈輸出的基波電流為：

式中　Iom為額定電壓下晶閘管全導(dǎo)通時(shí)流經(jīng)工作線(xiàn)圈的電流有效值。

　　該消弧線(xiàn)圈不需要調(diào)節(jié)匝數(shù)，鐵芯不需要有氣隙，不需要復(fù)雜的直流回路和任何機(jī)械傳動(dòng)裝置，因而結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，與普通的變壓器相同。由于電抗值的調(diào)節(jié)是通過(guò)調(diào)節(jié)晶閘管來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該消弧線(xiàn)圈具有極快的響應(yīng)速度，并可實(shí)現(xiàn)由零到額定電流的無(wú)級(jí)連續(xù)調(diào)節(jié)。
　　此外該消弧線(xiàn)圈的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)是作為補(bǔ)償用的電感不是激磁阻抗而是利用變壓器的短路阻抗，因而可保證在全電壓范圍內(nèi)都具有良好的伏安特性，實(shí)測(cè)結(jié)果如圖2所示。這一優(yōu)點(diǎn)對(duì)可控消弧線(xiàn)圈非常重要，因?yàn)閱蜗嘟拥厍闆r下中性點(diǎn)電壓隨接地阻抗變化，高阻接地時(shí)中性點(diǎn)電壓較低，而最高可升到1．1倍相電壓。若消弧線(xiàn)圈的伏安特性為非線(xiàn)性，則消弧線(xiàn)圈輸出的補(bǔ)償電流將成為中性點(diǎn)電壓的非線(xiàn)性函數(shù)，因此利用消弧線(xiàn)圈在額定電壓下對(duì)應(yīng)的電流來(lái)外推或內(nèi)推其它電壓下的電流將會(huì)導(dǎo)致殘流較大，再考慮到零序電容測(cè)量的不準(zhǔn)確性，有可能使接地殘流仍舊超過(guò)規(guī)定的允許值；對(duì)于分級(jí)式消弧線(xiàn)圈（如調(diào)匝式、調(diào)容式等），還存在級(jí)差電流，情況有可能更糟。

2．2　新型控制器
　　控制器是系統(tǒng)的核心，擔(dān)負(fù)著實(shí)時(shí)跟蹤測(cè)量系統(tǒng)電容電流并及時(shí)向系統(tǒng)投入或退出補(bǔ)償電流、對(duì)接地故障線(xiàn)路實(shí)現(xiàn)跳閘等任務(wù)。
　　該控制器在測(cè)量過(guò)程中采用“試探法”，用兩次測(cè)量的方法來(lái)保證系統(tǒng)電容電流測(cè)量的準(zhǔn)確性。測(cè)量時(shí)系統(tǒng)遠(yuǎn)離諧振區(qū)，因此即使不采用阻尼電阻，中性點(diǎn)電壓也不會(huì)上升至危險(xiǎn)區(qū)域；硬件、軟件采用多重濾波和自動(dòng)量程跟蹤技術(shù)，可消除諧波干擾和保證全量程的測(cè)量精度；軟件設(shè)計(jì)中對(duì)系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的多種現(xiàn)象（例如多次重復(fù)接地故障等）都有恰當(dāng)?shù)膶?duì)策，尤其是在抗干擾方面采用了多重技術(shù)，除常規(guī)的“看門(mén)狗”外，還設(shè)計(jì)了超時(shí)檢測(cè)技術(shù)，即使在死機(jī)狀態(tài)下“看門(mén)狗”也能正常工作，保證整個(gè)系統(tǒng)在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常，由于人為的誤操作而退出運(yùn)行時(shí)，裝置能在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)轉(zhuǎn)入運(yùn)行狀態(tài)。補(bǔ)償方式可為欠補(bǔ)、過(guò)補(bǔ)、全補(bǔ)，由于裝置響應(yīng)很快，因此不需要預(yù)調(diào)諧，也就避免了因串聯(lián)諧振可能帶來(lái)的危險(xiǎn)過(guò)電壓；同時(shí)還設(shè)置了跳閘接口，可對(duì)發(fā)生接地故障的線(xiàn)路實(shí)現(xiàn)跳閘；具有信息傳輸接口，可將相應(yīng)的信息由無(wú)人值班的變電站傳送到遠(yuǎn)方的調(diào)度站。控制系統(tǒng)人機(jī)界面友好，采用液晶顯示，全漢化操作，正常測(cè)量時(shí)實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)接地次數(shù)，中性點(diǎn)電壓、電流，時(shí)間和系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。