消弧線圈和消弧消諧及過電壓保護裝置

1、消弧線圈和消弧消諧及過電壓保護裝置 長期以來，我國 6 35KV（含 66KV）的電網(wǎng)大多采用中性點不接地 的運行方式。此類運行方式的電網(wǎng)在發(fā)生單相接地時，故障相對地電 壓降為零，非故障相的對地電壓將升高到線電壓 （UL） ，但系統(tǒng)的線電 壓維持不變。因此國家標準規(guī)定這類電網(wǎng)在發(fā)生單相接地故障后允許 短時間 （2 小時）帶故障運行，所以大大提高了該類電網(wǎng)的供電的可靠 性。 現(xiàn)有的運行規(guī)程規(guī)定：“中性點非有效接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故 障后，允許運行兩小時”，但規(guī)程未對“單相接地故障”的概念加以 明確界定。如果單相接地故障為金屬性接地，則故障相的電壓降為 零，其余兩健全相對地電壓升高至線電壓，這類電

2、網(wǎng)的電氣設(shè)備在正 常情況下都應(yīng)能承受這種過電壓而不損壞。但是，如果單相接地故障 為弧光接地，則會在系統(tǒng)中產(chǎn)生最高值達 3.5 倍相電壓的過電壓，這 樣高的過電壓如果數(shù)小時作用于電網(wǎng)，勢必會造成電氣設(shè)備內(nèi)絕緣的 積累性損傷，如果在健全相的絕緣薄弱環(huán)節(jié)造成絕緣對地擊穿，將會 引發(fā)成相間短路的重大事故。 一、相接地電容電流的危害 中性點不接地的高壓電網(wǎng)中，單相接地電容電流的危害主要體現(xiàn) 在以下四個方面： 1. 弧光接地過電壓的危害 當電容電流一旦過大，接地點電弧不能自行熄滅。當出現(xiàn)間歇性 電弧接地時，產(chǎn)生弧光接地過電壓，這種過電壓可達相電壓的 35 倍 或更高，它遍布于整個電網(wǎng)中，并且持續(xù)時間長，可

3、達幾個小時，它 不僅擊穿電網(wǎng)中的絕緣薄弱環(huán)節(jié)，而且對整個電網(wǎng)絕緣都有很大的危 害。 2. 造成接地點熱破壞及接地網(wǎng)電壓升高 單相接地電容電流過大，使接地點熱效應(yīng)增大，對電纜等設(shè)備造 成熱破壞，該電流流入大地后由于接地電阻的原因，使整個接地網(wǎng)電 壓升高，危害人身安全。 3. 交流雜散電流危害 電容電流流入大地后，在大地中形成雜散電流，該電流可能產(chǎn)生 火花，引燃瓦斯爆炸等，可能造成雷管先期放炮，并且腐蝕水管、氣 管等。 4. 接地電弧引起瓦斯煤塵爆炸 二、消弧線圈的作用 電網(wǎng)安裝消弧線圈后，發(fā)生單相接地時消弧線圈產(chǎn)生電感電流， 該電感電流補償因單相接地而形成的電容電流，使得接地電流減小， 同時使得

4、故障相恢復電壓速度減小，治理電容電流過大所造成的危 害。同時由于消弧線圈的嵌位作用，它可以有效的防止鐵磁諧振過電 壓的發(fā)生概率。 三、消弧線圈接地方式存在的一些問題： 1. 單相接地故障時，非故障相對地電壓升高到 3 相電壓以上，持 續(xù)時間長、波及全系統(tǒng)設(shè)備，可能引起第二點絕緣擊穿，引起事故擴 大事故。 2. 消弧線圈不能補償諧波電流，有些城市電網(wǎng)諧波電流占的比例 達 5%-15%，僅諧波電流就可能遠大于 10A，仍然可能發(fā)生弧光接地過 電壓。 3. 對于電容電流很大的配電網(wǎng)，如果通過補償要使單相接地故障 電流 Ijd10A ，就必須使系統(tǒng)保持較小的脫諧度，系統(tǒng)的脫諧度過小， 對由于三相電容不

5、對稱引起的中性點位移電壓會產(chǎn)生較強的放大作 用，使中性點電壓偏移超過規(guī)程允許值 (15%Un)，保護將發(fā)出接地故障 信號。另外脫諧度太小，系統(tǒng)運行在接近諧振補償狀態(tài)，將給系統(tǒng)運 行帶來極大的潛在危險 ( 諧振過電壓 ); 要保證中性點位移電壓不超過規(guī) 程允許值，就要增大脫諧度，然而，脫諧度過大，將導致殘余接地電 流太大 (Ijd10A) ，又可能引起間歇性弧光接地過電壓。很難保證既使 殘余接地電流 Ijd10A ，又保證中性點位移電壓不超過規(guī)程允許值這兩 個相互制約的條件。 4. 消弧線圈的調(diào)節(jié)范圍受到調(diào)節(jié)容量限制，調(diào)節(jié)容量與額定之比 一般為 1/2 ，如按終期要求選擇，工程初期系統(tǒng)電容電流小

6、，消弧線圈 的最小補償電流偏大，可能投不上 ; 如按工程初期的要求選擇，工程終 期系統(tǒng)電容電流大，消弧線圈的最大補償電流又偏小，也不能滿足合 理補償?shù)囊蟆?5. 在運行中，消弧線圈各分接頭的標稱電流和實際電流會出現(xiàn)較 大誤差，運行中就發(fā)生過由于實際電流與名牌電流誤差較大而導致諧 振的現(xiàn)象。 6. 由于系統(tǒng)的運行方式及系統(tǒng)電壓經(jīng)常變化，系統(tǒng)的電容電流經(jīng) 常變化，跟蹤補償困難。目前的自動跟蹤補償裝置呈百花齊放的景 象，實際運行考驗時間較短，運行情況還不理想。而且價格高、結(jié)構(gòu) 復雜、維護量大，不適應(yīng)無人值班變電站的要求。 7. 由于上述原因，中性點經(jīng)消弧線圈接地僅能降低弧光接地過電 壓的概率，不能

7、消除弧光接地過電壓，也不能降低弧光接地過電壓的 幅值，弧光過電壓倍數(shù)也很高。 8. 尋找單相接地故障線路困難，目前許多小電流接地選線方法的 選線成功率還不理想，往往還要采用試拉法。 9. 采用試拉法時，既造成非故障線路短時停電，又會引起操作過 電壓。 10. 系統(tǒng)諧振過電壓高，諧振過電壓持續(xù)時間長并波及全系統(tǒng)設(shè) 備，常造成 PT燒壞、或 PT 熔斷器熔斷。武高所和廣州供電局在區(qū)莊 變電站試驗中測得 1/2 分頻諧振過電壓達 2PU，測得由合閘操作激發(fā)的 3 次高頻諧振過電壓達 4PU，測得 A 相導線斷線并接地于負荷側(cè)時，諧 振過電壓值為 3.8PU。 11. 電纜排管或電纜隧道內(nèi)的電纜發(fā)生單

8、相接地時，不及時斷開故 障線路，可能引起火災(zāi)，上海某 35KV系統(tǒng)電纜就發(fā)生過單相接地一小 時后引起火災(zāi)，燒毀電纜隧道中 40 多條電纜的重大事故。 12. 尋找故障線路時間較長，在帶接地故障運行期間，容易引起人 身觸電事故。 13. 單相接地時，非故障相電壓升高至線電壓或更高，在不能及時 檢出故障點的情況下，無間隙金屬氧化物 (MOA)避雷器長時間在線電壓 下運行，容易損壞甚至爆炸。弧光接地過電壓、諧振過電壓幅值高、 持續(xù)時間長， MOA由于動作負載問題，一般不要求 WGMO系A(chǔ)統(tǒng)內(nèi)過電 壓，不能有效利用 MOA的優(yōu)良特性，不利于 MOA在配電網(wǎng)的推廣使 用。 四、以電纜線路為主的配電網(wǎng)的特

9、點： 1. 單位長度的電纜線路的電容電流比架空線路電容電流大 10 幾 倍，以電纜為主的城市電網(wǎng)對地電容電流很大。 2. 電纜線路受外界環(huán)境條件 (雷電、外力、樹木、大風等 ) 影響 小，瞬時接地故障很少，接地故障一般都是永久性故障。 3. 電纜線路發(fā)生接地故障時，接地電弧為封閉性電弧，電弧不易 自行熄滅，如不及時跳閘，很容易造成相間短路，擴大事故。 4. 電纜為弱絕緣設(shè)備。例如， 10kV交聯(lián)聚乙稀電纜的一分鐘工頻 耐壓為 28KV，而一般 10kV 配電設(shè)備的絕緣水平為 42kV。在消弧線圈 接地系統(tǒng)中，由于查找故障點時間較長，電纜長時間承受工頻或暫態(tài) 過電壓作用，易發(fā)展成相間故障，造成一

10、線或多線跳閘。 5. 在電纜線路中，高頻振蕩電流幅值大衰減慢，高頻振蕩電流遠 大于工頻電流，在工頻電流過零時高頻振蕩電流仍然有很大的幅值， 維持弧光燃燒取決于高頻振蕩電流衰減的快慢和工頻電流，消弧線圈 不能補償高頻振蕩電流，又由于在電纜線路中消弧線圈補償后的殘流 大，消弧線圈在電纜線路中不能消弧。 五、PT諧振 PT諧振對于 yo/yo 電磁式 PT，在正常情況下線路發(fā)生單相接地不 會出現(xiàn)鐵磁諧振過電壓，但在下列條件下，就可能引發(fā)鐵磁諧振。 (1) 對于中性點不接地系統(tǒng)，當系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，故障點流過 電容電流，未接地的兩相相電壓升高 3 倍。但是，一旦接地故障點消 除，非接地相在接地故障期

11、間已充的線電壓電荷只能通過PT高壓線圈 經(jīng)其自身的接地點流入大地，在這一瞬間電壓突變過程中， PT高壓線 圈的非接地兩相的勵磁電流就要突然增大，甚至飽和，由此構(gòu)成相間 串聯(lián)諧振。 (2) 系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振。近年來，由于配電線路用戶 PT、電子控 制電焊機、調(diào)速電機等數(shù)量的增加，使得 10kV 配電系統(tǒng)的電氣參數(shù)發(fā) 生了很大的變化，導致諧振的頻繁出現(xiàn)。在系統(tǒng)諧振時， PT將產(chǎn)生過 電壓使電流激增，此時除了造成一次側(cè)熔斷器熔斷外，還將導致PT燒 毀。個別情況下，還會引起避雷器、變壓器、斷路器的套管發(fā)生閃絡(luò) 或爆炸。 (3) 線路檢修，事先不向調(diào)度部門申請辦理停電手續(xù)，隨意帶負荷 拉開分支線路隔離刀

12、閘或帶負荷拉開配電變壓器的高壓跌落開關(guān)，造 成刀閘間弧光短路而引發(fā)諧振。 (4) 當配電變壓器內(nèi)部發(fā)生單相接地故障時，故障電流將通過抗電 能力強的絕緣油對地放電，也會產(chǎn)生不穩(wěn)定的電弧激發(fā)電網(wǎng)諧振。 (5) 運行人員送電操作程序不對，未拉開 PT 高壓側(cè)刀閘就直接帶 PT向空母線送電，引起 PT鐵磁諧振。 六、新型的消弧消諧及過電壓保護裝置 這里介紹一種新型的消弧消諧及過電壓保護裝置 SxH(安徽賽普電 力保護有限公司專利產(chǎn)品 ) 此裝置原理如下： (1) 如果接地是穩(wěn)定的金屬性接地、穩(wěn)定性電阻接地或 TV斷線故 障，微機控制器發(fā)出指示和告警信號，等待值班人員或微機選線裝置 處理。 (2) 如果

13、接地故障是不穩(wěn)定的間歇性弧光接地，則微機控制器判斷 接地的相別，同時發(fā)出指令使故障相的真空接觸器閉合，投入高能限 壓器，限制故障相的弧道恢復電壓，吸收接地引起的電磁能量，減緩 系統(tǒng)振蕩，使弧道的介質(zhì)恢復抗電強度 Ujf 大于弧道恢復電壓 Uhf。使 恢復電壓無法再次擊穿故障點，從而完成消弧。數(shù)秒后，令故障相的 高壓真空接觸器斷開，如果是短暫的弧光接地，系統(tǒng)恢復正常運行 ; 如 果接地故障時穩(wěn)定的弧光接地，控制器令故障相和接地的高壓真空接 觸器 KD同時閉合，使系統(tǒng)由穩(wěn)定的弧光接地故障快速轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的金 屬性接地，裝置認定此故障為永久性電弧接地故障，等待值班人員或 微機選線裝置處理。 2.系統(tǒng)發(fā)生諧振時，微機控制器根據(jù)諧振類型進行不同的消諧： 如果系統(tǒng)發(fā)生的諧振是分頻諧振，微機控制器瞬間短接 PT 的開口 三角繞組，破壞諧振參數(shù)，消除諧振。如果系統(tǒng)發(fā)生的諧振是工頻或 高頻諧振，微機控制器在 PT的開口三角繞組接入大功率消諧電阻進行 消諧。 七. 此裝置的優(yōu)點 在中性點非有效接地電網(wǎng)中安裝此裝置后，可防止電氣設(shè)備的絕 緣故障，并有如下優(yōu)點： 1. 能將各類過電壓限制到較低的電壓水平，使因過電壓引起的絕 緣事故大為減少。 2. 其消弧和限制過電壓的機理與電網(wǎng)的電