1．目的及意义

电网的安全可靠运行对社会经济发展至关重要，在配单网故障中，单相接地故障占大多数，约为故障总数的80%，因此正确处理单相接地故障对于电网安全运行而言非同小可。单相接地故障中的绝大多数为可自恢复的故障，故我国中压配电网广泛采用小电流接地运行，其中多采用中性点不接地方式运行。以往电网规模较小，发生单相接地故障危害较轻，且电弧大多能自然熄灭，由单相接地故障扩大成相间短路等事故可能性不大。但随着电网规模的扩大和复杂化及电力电缆的使用逐步增多，城市配电网的单相接地故障电流剧增，而过大的电容电流必定对电网安全运行产生负影响。首先，当电弧接地过电压的概率增加时，必将造成电缆或电气设备绝缘薄弱处击穿；其次，存在过大的接地电弧电流，瞬时性接地故障的消弧能力变差，故障点的电弧不易自熄，易产生故障过电压，引起多重事故，甚至造成大面积停电，危机电网安全，影响社会安定。于是，中性点经消弧线圈接地方式（又称谐振接地方式）应运而生。

消弧线圈是一个具有铁芯的可调电感线圈，接于变压器（或发电机）的中性点与大地之间。正常运行时，其中无电流通过，而当电气设备绝缘不足、外力破坏、运行人员误操作、内部过电压等任何原因引起的电网瞬间单相接地故障时，中性点电位将上升到相电压，接地电流通过消弧线圈呈电感电流，并与单相接地的电容性故障电流相互抵消，使故障电流得到补偿，补偿后的残余电流变得很小或等于零，从而消除接地处电弧及由此引起的各种危害，自动消除故障，不会引起继电器保护和断路器动作，大大提高了电力系统的可靠性；因接地电流与故障点的位置无关，残留很小，不足以维持电弧，接地故障电流可自行灭弧并减缓故障点恢复电压的上升速度，故使得接地故障迅速消除而不致引起过电压，有效地限制了电弧过电压的危害作用。因此，中性点经消弧线圈接地成为在配电网中广泛应用的主要接地方式之一。

残流中含有有功分量和谐波分量，有功分量包括对地绝缘电阻带来的有功消耗、系统电气设备造成的泄露电流以及消弧线圈并联电阻带来的有功消耗等；谐波分量主要电力系统中含有铁芯及整流元件的电气设备产生。而目前所有的自动跟踪补偿消弧线圈或人工调谐的消弧线圈均为无源装置，其只能补偿接地故障电流中的基波电容电流，不能对其阻性分量和谐波分量在内的残流进行全补偿，无法满足日益复杂的电力系统对安全运行的要求，这是消弧线圈原理存在的一个极大不足。因此，对于电网安全稳定运行来说，“零残流消弧线圈”的研究具有极其重要的理论和实际意义。（严格意义上，绝对的零残流是不存在的，只需保证残流足够小即可，例如实际中将残流限制在2A以下。提出这一说法主要是为了和传统的全补偿进行区分。）

早前国外曾出现一种类似于零残流的消弧线圈，由哈佛莱高压技术分部研制的自动消弧线圈加注入电流构成的宽频接地故障电流补偿装置，不仅可以补偿电容电流，而且能够补偿谐波电流和有功电流，使故障点的残流基本为零。既可以更快速地消灭接地电弧，又有效地抑制电弧接地过电压，限制暂态接触电压和跨步电压，把安全运行提到更高的水平。此后未见零残流消弧线圈的相关报道。

国内也曾学者对消弧线圈补偿接地电流的谐波分量及有功分量进行过研究。目前实现零残流有两种方法：第一种方法即在谐振接地系统接地相的滞后相接电容或超前相接电感，理论方面看来，该方法没有任何问题，但实际应用中会受到限制。首先需在电网一次侧施加能分相操作的开关及相应的电感或电容，而电感或电容的投入均在线电压（直接接地时）情况下进行时危险性增大。同时该方法相当于人为造成了两相经过渡电阻接地的故障，并且对接地电流中的谐波分量无补偿作用。第二种方法即有源注入的方案，因电力电子技术的快速发展，采用注入法以实现接地电流完全补偿（即零残流）的可行性有所提高。该方法基于有源逆变技术，并借鉴有源电力滤波器理念，理论上完全可行。但利用该方法实现零残流的前提是需先选出故障线路。而因选线技术不完善、存在的错选或漏选等情况会导致后续接地电流的估算及对有源逆变器的控制等工作朝着错误的方向前进。{title}

2. 研究的基本内容与方案

{title}

2.1研究目标

本文旨在研究配电网单相接地故障时的零残流消弧，重点解决传统消弧装置不能补偿有功残流、消弧效果有限及可靠性低的技术难题，以此满足日益复杂的电力系统对安全运行的要求。

2.2研究内容

（1）配电网单相接地故障消弧必要性分析

研究配单网系统及其单相接地的故障状况；分析配电网单相接地故障危害，阐述配电网单相接地故障消弧必要性。

（2）配电网单相接地故障零残流消弧的构成