一种中性点不接地系统中接地故障时的消弧方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明电力系统过电压防护及保障供电可靠性技术领域，涉及一种中性点不接地 系统中接地故障时的消弧方法及装置，用于消除中性点不接地系统中范围广泛的瞬时或永 久单相接地故障产生的电弧。
【背景技术】
[0002] 我国电力行业标准DL/T620-1997《交流电气装置的过电压和绝缘配合》中规定， 3kV~10kV不直接连接发电机的系统和35kV，66kV系统，当单相接地故障电容电流不超过 下列数值时，应采用不接地方式；当超过下列数值又需在接地故障条件下运行时，应采用消 弧线圈接地方式：
[0003] A) 3kV~10kV钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路构成的系统和所有35kV，66kV系 统，10A。
[0004] B) 3kV~10kV非钢筋混凝土或非金属杆塔的架空线路构成的系统，当电压为3kV 和 6kV 时，30A ;10kV 时，20A。
[0005] C) 3kV~10kV电缆线路构成的系统，30A。
[0006]目前常用的是采用自动调节的小弧线圈，可分为预调式和随调式。
[0007] 预调式通常是通过实测系统的电容电流，根据电容电流的大小预先调整好消弧线 圈的匝数，以等待事故的发生。但其在正常运行中需要在消弧线圈处串接或并接一个电阻 器，以使系统获得一定的阻尼度，确保正常运行时中性点不平衡电压处在一个合理的水平， 即电压不能太高，而当事故发生时须及时将该电阻或短接或切除，以最大限度发挥消弧线 圈的作用和减少有功电流。
[0008] 随调式的调节方式与预调式不同，主要差别是随调式的调节是在事故发生时才开 始，正常运行中不会调整也无须调整。其调节的具体方法很多，如调容式、调感式、调气隙式 等等。
[0009] 还有一种消弧方法是消弧线圈加有源注入电流方式，即由消弧线圈补偿大部分故 障电流，再由有源装置补偿剩余部分电流，因此消弧线圈本身可以工作在谐振点以外，无需 考虑不平衡电压的放大问题。
[0010] 还有一种解决办法是采用电阻接地，目前采用较多的是小电阻接地。即当发生事 故时，使接地电流增大到继电保护能够动作切出故障。
[0011] 经消弧线圈接地本身存在的缺陷是：
[0012] 1)、预调式消弧线圈电流调节范围有限，不能平滑、无级调节、不能补偿谐波电流 和有功电流。接地点处残余电流不能为零、故障选线困难，不便于并联运行。在故障时如系 统运行方式再发生变化则不能进行调整，在调控不当时会与系统产生谐振振荡，以至于发 生设备损坏，事故扩大。
[0013] 2)、随调式如系机械开关投退电容器或电感器的调节方式则接地点处残余电流存 在级差，不能实现平滑、无级调节；不能补偿谐波电流和有功电流。如系晶闸管调节导通角 控制方式调节电容器或电感器的，虽能实现无级调节，但由于自身非线性而产生谐波电流， 也不能补偿谐波电流和有功电流、故障选线困难。如系通过偏磁或铁心气隙来调节电感量 的，则调节速度慢，有一定的非线性。同样存在故障选线困难。不便于并联运行。在故障时 如系统运行方式再发生变化则不能进行调整。
[0014] 3)、消弧线圈加注入电流式：在使用消弧线圈的同时再附加一套有源装置注入消 弧线圈所差电流或补偿谐波、有功电流。其问题是：消弧线圈有的问题它都存在，再就是设 备多、控制复杂，故障选线困难。不便于并联运行。在故障时如系统运行方式再发生变化则 不能进行调整。
[0015] 经电阻接地的缺陷是
[0016] 1)、跳闸率偏高，供电可靠性降低。
[0017] 2)、增加了断路器动作次数，缩短断路器运行寿命。
[0018] 3)、频繁跳闸影响对其他用户的供电，尤其是对一条线上带多用户的情况。造成不 良社会影响。
[0019] 4)、接地点故障电流大，易造成地电位、接触电势及跨步电压高，可造成人身伤害 等二次伤害事故。
[0020] 5)、接地点故障电流大易造成对通讯等弱电设备的损坏或干扰。
[0021] 不接地系统在发生单相接地后，产生的故障电流主要是电容电流和较小的阻性泄 漏电流。当该电流达到不能自动熄弧值后，可能形成不稳定接地电弧，使系统产生较高的弧 光过电压，从而损坏运行设备，造成电力系统或设备事故。为防止该类事故，常采用系统中 性点经消弧线圈的接地方式运行。这样，当系统发生单相接地后，消弧线圈会产生感性电流 来补偿掉故障中的容性电流，以使故障电流能小到可以自行熄弧的数值，从而电弧熄灭不 能产生弧光过电压，避免事故的发生。从实际运行经验看，确实也部分的达到了此目的。但 是，随着供电系统的增大，故障电流中除了基波电容电流很大外，其谐波电流及有功电流分 量也在增大，据实测，其能达到数十安培的水平，因此有可能不能自行熄弧。而消弧线圈只 能补偿基波成分的电容电流，不能补偿谐波电流及有功电流。同时，因不便于无级调节，在 某些运行方式下，会使故障点处的残流过大，也可能不能有效熄弧。据统计，只安装普通的 消弧线圈（手动调挡），故障率大约在40%左右；采用自动消弧线圈之后，故障率约在20% 左右。这表明，消弧功能仍有提升的空间。
[0022] 因此，有必要设计一种中性点不接地系统中接地故障时的消弧方法及装置。
【发明内容】
[0023] 本发明所要解决的技术问题是提供一种中性点不接地系统中接地故障时的消弧 方法及装置，该中性点不接地系统中接地故障时的消弧方法及装置易于实施，能有效针对 单相接地故障实施消弧。
[0024] 发明的技术解决方案如下：
[0025] -种中性点不接地系统中接地故障时的消弧方法，在中性点不接地系统中的中性 线上接有功率电源装置；通过功率电源装置输出补偿电压对系统的故障电流进行补偿，以 达到消弧目的；
[0026] 所述的功率电源装置的输出电压为：
[0028] ω为基波角频率；/e, /^分别为系统容性、阻性基波电流；|&为η次谐波电流；η为 谐波次数，η取大于1的整数【如2、3、4、……】；匕为中性点零序电压，L为功率电源系统 等效电感；该等效电感为输出变压器的短路阻抗和接地变压器的零序电抗之和。
[0029] η -般取5或7，也可以同时取5和7，若同时取5和7时，谐波电流就是5次谐波 电流和7次谐波电流之和。
[0030] 采用中性点注入三频法计算单相对地电容C:
[0031] 先通过功率电源装置分别向中性点依次注入3个电容电流W ?^3个电容电流幅 值相等，频率分别为ω?、ω2和ω3,从而得到3个对应的电压ΙΤ Μ其中i = 1，2,3 ;该3 个电压为功率电源装置输出的电压；
[0032] 则有
其中，Z，i=3U，。力， 〇i;i =1，2,3。单相电容电流的大小为1。1= coCTpUi为相电压，ω为基波角频率。
即电流按此公式计算。其中叫为&彳的峰值。
[0034] &为与中点电压同频率、同相位的电流向量的峰值，为一常数。该积分值求出的是 系数，也是复数。
[0035] ig为故障电流，即为故障接地相的电流；在确定故障相后，由故障相电流互感器测 得的电流即为故障电流。
[0036].的峰值为ihni，有：
[0038] 其中：ig(?t)为故障电流；谐波电流的相位由复数值确定，即由复数的实部和虚 部的比值确定。
[0039] 中性点处的零序电压通过电源装置自带的【即电源装置本身配备的】中性点电压 互感器进行测量，或通过系统电压互感器的开口三角进行测量。
[0040] 一种消弧装置，消弧装置为功率电源装置，功率电源装置采用线性受控电流源或 逆变电源装置，包括信号发生器、功率放大器及输出变压器；
[0041] 信号发生器产生单一的频率、幅值可变的