长期以来，我国6-10kV中压配电网都是采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式。
近年来随着中压配电网容量不断扩大，并且城市配电网大量采用电缆线路代替原来的架空线路，（电缆线路的对地电容约为架空线路的30倍）致使电网对地电容电流大大增加。当中性点不接地时，在接地点将通过全系统的对地电容电流，使非故障相的绝缘破坏进而造成相间短路，对电网造成很大的危害。在中性点经消弧线圈接地方式下，单相接地时通过接地点的总电流
为电感电流与全系统电容电流的向量和，即
，但因为电网的对地电容电流随电网运行方式的变化而变化，也受环境的影响，要很好地实现对地电容电流的补偿，消弧线圈的电感值应随电容电流的变化而调节，实现最佳补偿。?本文介绍的自动跟踪补偿装置可以实时根据测量值采用相应算法计算出电容电流，通过自动控制系统对消弧线圈进行调节，从而将接地残流降至安全范围以内。?
2装置的组成?
自动跟踪补偿消弧设备包括消弧线圈本体、控制系统两大部分，消弧线圈本体包括接地变压器，可调消弧线圈和串联电阻，控制部分由单片机及相关芯片组成。?
2.1消弧线圈部分?
消弧线圈部分由接地变压器、消弧线圈、串联电阻组成,如图1所示。?
一般情况下无消弧线圈的不接地系统发生单相接地短路时易引起其它故障，如相间短路等等，但在正常运行时的不平衡电压一般较小。在加装了消弧线圈以后，发生单相短路时接地电流减小，但在正常运行状态下的系统不平衡电压往往会增加。?
加装了消弧线圈后在正常运行状态下的系统不平衡电压（即中性点位移电压）为
别为电网三相对地电容。?
对于消弧线圈接地系统来说，一般要求的是脱谐度V越小越有利，但由公式（1）可见，加装了消弧线圈后随着脱谐度V的减小，中性点位移电压U??N?往往会增加，而且很可能会超出安全范围，因此需要加装串联电阻以减少正常状态下的中性点位移电压。?
当存在串联电阻时，在正常运行状态下电网的不平衡电压为?
式（2）中的3C?0为线路对地总电容，通过式（1）与式（2）的比较，可见通过接入适当阻值的串联电阻，可以将中性点位移控制在规定的15%的范围内，在系统发生单相接地时通过控制系统将串联电阻切除，以取得较好的补偿效果。串联电阻采用漆包镍铬电阻丝绕制而成，电阻值稳定。阻尼电阻太大会使正常运行中调节回路电流太小，不能满足微机输入信号要求，调节灵敏度降低，并且会增加接地残流。?
2.2自动控制系统硬软件设计?
2.2.1自动控制系统工作原理?
a） 中性点位移电压的监测?
在装置中根据UN的变化来判断是否有单相接地。当UN的变化超过一定数值ηU?时,控制系统会自动测量电容电流,然而UN的值受很多因素的影响（如绝缘泄漏的变化,式（1）中各参数的变化等等）,在本系统中采用以固定时间间隔采集,分析其变化量,根据测量值若确定其对地电容发生变化则测量电容电流。?
b） 电容电流的实时测量?
当根据UN的变化值判断发生单相接地时，要实时测量电容电流并据此调节消弧线圈，尽量实施完全补偿。在本装置中采用中性点位移电流相位角法测电容电流。在系统初始化时调节一次档位，根据测量值计算电容电流。在消弧线圈的初始档位测量此时的电流得 Ii,电流相位角为θi ,再调节一次档位测得此时的电流值Ii+1,电流相位角为θi+1,并测出相电压UΦ，Φ为调节一次档位后电流与电压的夹角。测得的两个相位角代入θ=θi+1-θi中算出两次的相位差［１］。系统中采用富氏短数据窗算法得到相位信号的值。为了实现精确计算，以下计算部分的程序均用C编写，并嵌套在汇编中。
?
根据输入量由公式（5）计算的电容电流[WTBX]I?[WTBZ]C?
由公式（6）计算脱谐度。?
c） 对地电容电流的补偿?
当确定为单相接地时，单片机控制系统会立即切除串联电阻，同时根据上面计算部分所得的电容电流值对消弧线圈的档位进行调节。然后再次测量电容电流，若此时计算所得的电容电流值，则继续调节消弧线圈，反复这个控制过程直至对地电容电流减小至5A以下。
2.2.2自动控制系统硬件结构（如图2所示）?
系统硬件结构主要由四个部分组成：?
a） 数据处理单元?
数据处理单元是微机保护装置的核心部分，其组成主要包括CPU、存储器、时钟电路等。在本系统中采用80C196KC。在此系统中196芯片与XILINX的9572芯片共同构成了系统的核心，并完成大部分的数据暂存、逻辑判断、时序分离和总线驱动等功能。存储器DS1644（RAM） 、27256（EPROM）用来存放程序、采样数据、中间运算结果和整定值的。采用EPROM来存放程序和整定值，用RAM来存放采样数据、中间运算结果等需要随时存取的数值。本系统中采用的DS1644为带有非易失SRAM的时钟芯片（包含有晶振和锂电池）,32K字节的RAM的最高的8字节是存放时间信息的，包括年、月、日、星期、小时、分、秒及控制位，其数据格式BCD码。系统中采用的watchdog芯片是X5043，具有可选看门狗溢出定时器，并且有4kbits的EEPROM。该EEPROM具有写保护功能，只有正确输入了写允许命令后才能被正确写入，一旦写操作动作完毕，大自动回复写保护，极大地提高了系统的可靠性。?
b） 模拟量采集单元?
模拟量采集单元是将电流互感器和电压互感器二次侧输出电流和电压的模拟量，转换成数据处理单元能够接受的数字量，其中包括信号调理、低通滤波、采样保持、A/D转换等几个部分。在本系统中采用AD7891芯片，该芯片具有多路开关和采样保持功能，是一个8通道12bits的数据采集系统，数据输出选择为并行输出，单通道转换时间为1.6μs，满足系统的采样速度要求。因为系统外部总线采用的是8位方式,但AD7891是12位并行输出的,其中有一个总线宽度转换问题,考虑到总线宽度频繁转换会带来一些负面影响,所以决定系统总线宽度不变，每次读AD7891时直接读入低8位，而将高4位放在CPLD中进行锁存，然后通过对另外一个地址的访问读出该4位（其中所用到的译码电路均由CPLD内部实现）。
c）开关量输出单元?
开关量输出单元主要是将微机处理后的输出量以需要的形式输出，以起到控制作用。因其可能会将外部干扰带入装置，所以继电器与微机系统需要经过光耦隔离，并采用独立的电源。系统中对开出量口的扩展功能集成在CPLD中，并挂在CPLD内部的地址/数据总线上。
d）通信单元?
键盘、显示器、并行口、串行口和打印机主要作为人机交流的接口，是操作人员控制和监测装?
置工作状态的桥梁。并且可以通过串行口与通讯管理机之间实现通讯。键盘直接接入CPU的P1口，作为外部中断。显示采用液晶显示模块MGLS12864T，显示屏点阵128×64点，可以实现文本、图形、文本图形合成方式显示。字体为8×8。LCM属于低速器件，CPU对它进行访问时要加入等待周期。装置采用MAXIM公司的RS-485光电隔离接口芯片MAX1480B。只要在逻辑侧提供单一+5V电源就可以通过DC/DC变换器为接口两侧提供电源，通信方式为半双工，传输速率可达到250kbps，并有传输速率限制电路，有过载保护。?
2.2.3自动控制系统主程序流程 （如图3所示）?
3结束语?
通过原理阐述及相关测试表明本装置能完成对中性点位移电压的监测以及电容电流的实时测量和补偿，使系统始终运行在最佳状态，在增强系统过电压能力的同时，大大减少了原有消弧线圈的调整操作，使运行安全可靠性进一步提高，也降低了运行和调度人员的工作强度。可以大大减少故障点工频无功电流，并且减少了单相接地故障发展为相间短路的几率。
