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[摘要]基于有源动态无功及谐波补偿技术，提出一种改进消弧线圈接地的一次接线方案。
[关键词]消弧线圈接地 有源滤波 链式静止同步补偿器
中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2008）1020018－01
中压供配电系统的中性点接地方式分为三种，即：中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经电阻接地。中性点不接地是一种传统的方式，当系统发生单相接地后还可以短时间运行。由于早期我国的电力系统比较落后，维护水平低，所以这种方式被大量采用。随着电力系统的不断发展以及技术的不断进步，中性点经消弧线圈接地和经电阻接地得到了广泛运用。中性点经电阻接地的主要优点是：能够可靠熄灭接地电弧电流（包括工频和高频电弧电流），抑制接地过电压。但是这是以牺牲供电可靠性为前提的，发生单相接地时须马上或短延时后切断故障回路，因此中性点经电阻接地方式一般用于工矿企业，其重要负荷大多为两路电缆电源，当一路电源切除后，可很快经开关倒换恢复供电。但是对于以架空线路为主或架空、电缆混合的系统，根据一般经验，还是以采用消弧线圈为宜。目前电力系统普遍采用自动跟踪的消弧线圈，它较好地解决了补偿工频电容电流的问题，但是不能补偿单相接地时的高频电容电流。随着技术的发展，特别是有源滤波技术、有源动态无功及谐波补偿技术的成熟，解决这个问题成为可能。下面笔者浅谈一下中性点经消弧线圈接地的改进措施。
一、采用有源滤波技术的主从式消弧线圈
采用单相有源滤波技术的主从式消弧线圈主要特点是：采用可自动调匝的主消弧线圈补偿大部分工频电流，采用有源滤波技术的从消弧线圈进行精确调节并补偿谐波电流。这种方式是消弧线圈技术的一大进步，解决了传统消弧线圈不能补偿高频电容电流的难题。
采用这种方式，在技术方案上可靠，但在工程应用上,笔者认为还有值得改进的地方，主要有以下三个方面：
（1）为保障补偿精度，从消弧线圈的补偿范围将覆盖主消弧线圈的所有档位。由于工矿企业配电回路倒换比较频繁，单相接地电容电流变动范围比较大，因此主消弧线圈的档位很多，从消弧线圈的容量也需要做得比较大。（2）主消弧线圈和从消弧线圈（通过变压器）直接接在系统中性点上，由于主消弧线圈采用自动跟踪形式，所以脱谐度不会太高，这样会放大中性点不平衡电压，对系统长期运行不利，同时会增大损耗。（3）由于系统运行方式（配电回路投切情况）不断变化需要频繁通过有载分接开关调节主消弧线圈。
二、采用有源动态无功及谐波补偿技术的消弧线圈
该消弧线圈仍然采用主从结构，不同的是主消弧线圈为不可调线圈，主消弧线圈与中性点之间加设一台单相接触器。从属部分是一台链式静止同步补偿器，取消了其与中性点之间的连接变压器。由于链式静止同步补偿器具有从额定容性无功到额定感性无功的连续输出能力，因此主消弧线圈和链式静止同步补偿器的容量可分别设计为需要的最大感性无功量的2/3和1/3。这样，经过对主消弧线圈的投入（切除）与链式静止同步补偿器的组合，可以得到从0~100%容量的感性无功。
这种消弧线圈的工作原理如下：
首先判断确认单相接地故障并选择故障回路，然后根据此时的系统电容电流确定主消弧线圈是否投入，当主消弧线圈投入（如果需要）后，在故障回路上检测到的是工频残流与单相接地电流谐波分量的叠加值,在链式静止同步补偿器上产生一个与之大小相等相位相反的电流，此时故障回路上检测到的是少量的残流，将此残流信号提供给控制器进行闭环控制，使故障回路的单相接地电流趋近于零。最后当单相接地故障消失或单相接地回路切除后，主消弧线圈及链式静止同步补偿器均退出运行。
采用这种方式应注意以下问题：
（1）由于正常运行时消弧线圈与中性点断开，因此系统电容电流可在母线PT的开口三角处通过信号注法测量。（2）为了准确反映经主消弧线圈补偿后接地残流（包括谐波分量），配电回路零序电流互感器必须线性化好，精度高。（3）单相接地选线必须快速准确可靠。
采用这种方式具有以下优点：（1）可以将消弧线圈、微机消谐装置、微机选线装置的功能集成于一体。（2）系统正常时中性点与主消弧线圈断开,对于从属的链式静止同步补偿器，由于其具有可控恒流源特性，可认为阻抗无穷大，系统正常运行时中性点不产生零序电流，因此基本无损耗，等同于不接地系统（事实上笔者认为为了减小损耗，中性点经电阻接地系统更应该在中性点与电阻器之间加接触器，当发生单相接地时才将电阻器投入）。当系统发生单相接地故障时，由于相同系统情况下本方案主消弧线圈容量比基于单相有源滤波技术的主消弧线圈容量小，而链式静止同步补偿器不通过变压器直接连接在系统中性点上，因此损耗也小的多。（3）由于链式静止同步补偿器具有可控恒流源特性，因此其输出不受中性点零序电压变动的影响，即使在较低的零序电压下，也能输出额定容量的无功。（4）链式静止同步补偿器主电路可采用冗余拓扑结构，冗余1个或2个链接单元,因此损坏1个或2个链接单元不影响满负荷运行。如果系统扩容变大，在原链式静止同步补偿器上增加链接单元（当然需要相应的修改控制系统）后可继续使用，这样大大减少了后续扩容改造投资。将来随着电力电子技术的发展（成本降低），也许我们可以取消主消弧线圈，单独采用链式静止同步补偿器接入系统中性点作为一种全新的接地方式。（5）链式静止同步补偿器具有优越的谐波输出特性，可以补偿单相接地电流中的高频分量。
三、结束语
本文主要从工程应用角度提出了中性点经消弧线圈接地的改进方案（主要是一次接线方案），要将其用于实际，还需综合运用电力电子技术、数字信号处理技术，自动控制等技术，经实践采用综合最优方案，才能最终形成一套比较完善的产品。
参考文献：
[1]《有源滤波装置及其应用研究综述》，李战鹰、任震、杨泽明著.
[2]《有源滤波技术及其应用》，胡铭、陈珩著.
[关键词]消弧线圈接地 有源滤波 链式静止同步补偿器
中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2008）1020018－01
中压供配电系统的中性点接地方式分为三种，即：中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经电阻接地。中性点不接地是一种传统的方式，当系统发生单相接地后还可以短时间运行。由于早期我国的电力系统比较落后，维护水平低，所以这种方式被大量采用。随着电力系统的不断发展以及技术的不断进步，中性点经消弧线圈接地和经电阻接地得到了广泛运用。中性点经电阻接地的主要优点是：能够可靠熄灭接地电弧电流（包括工频和高频电弧电流），抑制接地过电压。但是这是以牺牲供电可靠性为前提的，发生单相接地时须马上或短延时后切断故障回路，因此中性点经电阻接地方式一般用于工矿企业，其重要负荷大多为两路电缆电源，当一路电源切除后，可很快经开关倒换恢复供电。但是对于以架空线路为主或架空、电缆混合的系统，根据一般经验，还是以采用消弧线圈为宜。目前电力系统普遍采用自动跟踪的消弧线圈，它较好地解决了补偿工频电容电流的问题，但是不能补偿单相接地时的高频电容电流。随着技术的发展，特别是有源滤波技术、有源动态无功及谐波补偿技术的成熟，解决这个问题成为可能。下面笔者浅谈一下中性点经消弧线圈接地的改进措施。
一、采用有源滤波技术的主从式消弧线圈
采用单相有源滤波技术的主从式消弧线圈主要特点是：采用可自动调匝的主消弧线圈补偿大部分工频电流，采用有源滤波技术的从消弧线圈进行精确调节并补偿谐波电流。这种方式是消弧线圈技术的一大进步，解决了传统消弧线圈不能补偿高频电容电流的难题。
采用这种方式，在技术方案上可靠，但在工程应用上,笔者认为还有值得改进的地方，主要有以下三个方面：
（1）为保障补偿精度，从消弧线圈的补偿范围将覆盖主消弧线圈的所有档位。由于工矿企业配电回路倒换比较频繁，单相接地电容电流变动范围比较大，因此主消弧线圈的档位很多，从消弧线圈的容量也需要做得比较大。（2）主消弧线圈和从消弧线圈（通过变压器）直接接在系统中性点上，由于主消弧线圈采用自动跟踪形式，所以脱谐度不会太高，这样会放大中性点不平衡电压，对系统长期运行不利，同时会增大损耗。（3）由于系统运行方式（配电回路投切情况）不断变化需要频繁通过有载分接开关调节主消弧线圈。
二、采用有源动态无功及谐波补偿技术的消弧线圈
该消弧线圈仍然采用主从结构，不同的是主消弧线圈为不可调线圈，主消弧线圈与中性点之间加设一台单相接触器。从属部分是一台链式静止同步补偿器，取消了其与中性点之间的连接变压器。由于链式静止同步补偿器具有从额定容性无功到额定感性无功的连续输出能力，因此主消弧线圈和链式静止同步补偿器的容量可分别设计为需要的最大感性无功量的2/3和1/3。这样，经过对主消弧线圈的投入（切除）与链式静止同步补偿器的组合，可以得到从0~100%容量的感性无功。
这种消弧线圈的工作原理如下：
首先判断确认单相接地故障并选择故障回路，然后根据此时的系统电容电流确定主消弧线圈是否投入，当主消弧线圈投入（如果需要）后，在故障回路上检测到的是工频残流与单相接地电流谐波分量的叠加值,在链式静止同步补偿器上产生一个与之大小相等相位相反的电流，此时故障回路上检测到的是少量的残流，将此残流信号提供给控制器进行闭环控制，使故障回路的单相接地电流趋近于零。最后当单相接地故障消失或单相接地回路切除后，主消弧线圈及链式静止同步补偿器均退出运行。
采用这种方式应注意以下问题：
（1）由于正常运行时消弧线圈与中性点断开，因此系统电容电流可在母线PT的开口三角处通过信号注法测量。（2）为了准确反映经主消弧线圈补偿后接地残流（包括谐波分量），配电回路零序电流互感器必须线性化好，精度高。（3）单相接地选线必须快速准确可靠。
采用这种方式具有以下优点：（1）可以将消弧线圈、微机消谐装置、微机选线装置的功能集成于一体。（2）系统正常时中性点与主消弧线圈断开,对于从属的链式静止同步补偿器，由于其具有可控恒流源特性，可认为阻抗无穷大，系统正常运行时中性点不产生零序电流，因此基本无损耗，等同于不接地系统（事实上笔者认为为了减小损耗，中性点经电阻接地系统更应该在中性点与电阻器之间加接触器，当发生单相接地时才将电阻器投入）。当系统发生单相接地故障时，由于相同系统情况下本方案主消弧线圈容量比基于单相有源滤波技术的主消弧线圈容量小，而链式静止同步补偿器不通过变压器直接连接在系统中性点上，因此损耗也小的多。（3）由于链式静止同步补偿器具有可控恒流源特性，因此其输出不受中性点零序电压变动的影响，即使在较低的零序电压下，也能输出额定容量的无功。（4）链式静止同步补偿器主电路可采用冗余拓扑结构，冗余1个或2个链接单元,因此损坏1个或2个链接单元不影响满负荷运行。如果系统扩容变大，在原链式静止同步补偿器上增加链接单元（当然需要相应的修改控制系统）后可继续使用，这样大大减少了后续扩容改造投资。将来随着电力电子技术的发展（成本降低），也许我们可以取消主消弧线圈，单独采用链式静止同步补偿器接入系统中性点作为一种全新的接地方式。（5）链式静止同步补偿器具有优越的谐波输出特性，可以补偿单相接地电流中的高频分量。
三、结束语
本文主要从工程应用角度提出了中性点经消弧线圈接地的改进方案（主要是一次接线方案），要将其用于实际，还需综合运用电力电子技术、数字信号处理技术，自动控制等技术，经实践采用综合最优方案，才能最终形成一套比较完善的产品。
参考文献：
[1]《有源滤波装置及其应用研究综述》，李战鹰、任震、杨泽明著.
[2]《有源滤波技术及其应用》，胡铭、陈珩著.