新型消弧装置在变电站中的应用

　　摘要：单相弧接地过电压会损坏电气设备，造成短路事故，危害性极大。本消弧装置采用新型微控制器和电抗器投切可以准确有效地消除弧光接地过电压造成的危害，具有良好的消弧、过电压及保护性能，应用前景广泛。

　　关键词：微控制器; TBP; 高压真空接触器; 分相阻容吸收器; 电压互感器

　　0 引言

　　在广东电网内，6~35kV的电网大多采用中性点不接地的运行方式，此类电网在发生单相金属性直接接地时，非故障相对地电压将升高到相电压，三相线电压幅值保持不变，相位差仍保持120゜，对电动机等三相用电设备的运行影响较小，因而不影响对负荷的供电，所以现行国家标准规定这类电网在发生单相故障后允许带故障运行二小时。中性点不接地运行方式可提高电网的供电可靠性。

　　目前在变电站中，大多使用消弧线圈、小电阻接地的消弧装置。实际运行经验表明，在发生单相接地故障后，如单相接地故障为金属性接地，则故障相的电压降为零，其余两健全相对地电压升高到线电压，用电设备在正常情况下都能承受这种过电压。但是，如果发生单相弧光间歇性接地，则会在系统中产生约3.5倍相电压峰值的过电压，这样高的电压如果数小时作用于电网，势必会造成电气设备、电力电缆内绝缘的积累性损伤，在健全相的绝缘薄弱环节造成绝缘对地击穿，进而发展成为相间短路故障，造成开关跳闸，用电负荷失压。在间歇性弧光接地暂态过程中，实际系统会形成多频震荡回路，不仅会产生高幅值的相对地过电压，而且还可能出现高幅值的相间过电压，使相间绝缘薄弱点损坏，进而发展成相间短路故障。

　　1 变电站采用消弧线圈接地方式的消弧效果

　　随着经济、城市化的发展，变电站中10kV出线逐渐采用全电缆出线方式，系统对地电容电流在快速增大，弧光接地过电压问题也日益严重起来。为解决上述问题，不少电网采用了消弧线圈接地方式，即在电网装设消弧线圈，当系统发生单相弧光接地时，利用消弧线圈产生的感性电流对故障点电容过电流进行补偿，使流经故障点电流减少，从而达到自然熄弧。这种中性点经消弧线圈接地的电网有一定的消弧作用，但存在很大的局限性。实际运行经验证明，装设消弧线圈或小电阻接地的电网，由单相弧光接地过电压造成的设备损坏、影响系统安全运行、甚至发生人畜伤亡以及火灾等严重事故仍时有发生。其原因有以下两个方面：

　　一、消弧装置必须实时追踪电容电流的变化来调节消弧线圈的感抗，但电网运行方式的多样化及弧光接地点的随机性，使消弧线圈很难准确对电容电流进行有效补偿，有时弧光不能完全熄灭;二、消弧线圈仅仅补偿了工频电容电流，对高频电流及阻性电流无补偿作用，在严重时仅高频电流及阻性电流就可以维持电弧的持续燃烧。随着电网的发展及用电负荷的急剧增加，用户对供电可靠性的要求越来越高，每次绝缘事故导致跳闸造成的危害及经济损失都越来越严重。

　　同时，随着配电系统对地电容电流的增加，原消弧线圈容量可能存在不足，需对其进行扩容。在佛山电网变电站中，已对数十个站进行过消弧线圈增容改造。

　　新型消弧装置针对以上问题而设计，消弧装置将中性点非有效接地电网发生单相接地故障时、将相对地及相间过电压限制在电网安全运行的范围之内，发出接地信号，使运行人员有充足的时间去处理故障，解决了各种过电压对设备及电网安全运行的威胁，切实提高了电网的供电可靠性。

　　2 新型装置的工作原理

　　(1)故障相经电抗器接地灭弧原理

　　消弧装置在供电网络发生单相接地时，能迅速动作进行灭弧。

　　消弧装置采集系统的三相电压、零序电压，通过比相、比幅计算判断系统运行状况，当判定单相接地发生，立即驱动故障相的开关Za闭合，将故障相通过电抗器接地，以钳制故障相电压，对系统出现的高幅值弧光接地起始的暂态过电压进行有效的限制，使弧光自动熄灭，从而达到消弧的效果，其动作不受接地电流大小的影响。同时电抗器接地后，对故障点的接地电流以旁路分流的方法进行泄能，因电抗器接地阻抗很小，绝大部分接地电流均通过电抗器，使故障点接地电流大大降低。

　　(2)单相接地保护及选线原理

　　消弧装置具有四个可选时段(t1、t2、t3、t4)，组成智能化单相接地保护：对于瞬时接地故障在线投/切电抗器消除，无需线路跳闸;对于永久接地故障，在线投电抗器的同时，准确选线并稳妥可靠地切除故障线路。

　　当装置判定单相接地发生，首先假定为瞬时故障，将故障相通过电抗器接地，延时t1退出电抗器，若故障消除，系统恢复正常。若故障仍存在，立刻再次闭合故障相开关，经延时t2，再分断。若故障仍存在，则判为永久性接地，此时装置有三种保护方式供选择：1)整定t4>馈线零序保护装置跳闸时间，由馈线零序保护装置动作跳开接地馈线;2)整定t4<馈线零序保护装置跳闸时间，再次使故障相通过电抗器接地，进入t3长延时未由装置的跳闸箱发跳闸命令切除故障线路后电抗器复归;3)不投跳闸压板，其余设定同2)，在t3时间内由人工切除古战线路。

　　(3)消谐原理

　　铁磁谐振是由于系统中的电压互感器、变压器、消弧线圈等非线性电感受激而产生磁路饱和，引发持续的震荡。在正常运行条件下，电路的初始感抗大于容抗(ωL>1/ωC)，电路不具备谐振条件，当电路受到扰动(如单相接地)电感电压升高使铁芯饱和时，感抗随之减小，当ωL=1/ωC时即满足谐振条件，在电感、电容两端形成过电压，并产生励磁涌流。通常的解决方法是在电压互感器的一次中性点或二次开口三角处加装消谐电阻，起限流消能的作用，但电阻的阻值和功率都是一定的，它们的消谐范围也就有限。

　　消弧装置当检测到谐振发生后，使一相母线通过电抗器接地，改变回路电感，远离谐振点，可靠消除谐振同时旁路励磁涌流，并限制过电压。

　　3 装置的综合对比优势

　　1)相较于消弧线圈保护的优势

　　可消除高阻接地的保护盲区，可使3U0>10V，消弧装置能可靠消弧，及准确选线，无需跟踪电容电流的变化;无需接地变、电抗器室等附加设备，降低了工程的造价，有效控制工程的建设成本。装置容量适应范围更宽，可兼容系统各种运行方式和变电站扩建的需要(10kV配置保护额定电流150A，相当于900kVAd的消弧线圈容量)，大大节约工程成本。

　　2)相较于小电阻保护的优势

　　装置消除瞬时和短时接地故障无需跳闸，供电可靠性更高，接地电流小，对人身设备威胁低，对通信干扰小;对变电站的地网、出线耐火等级、自动化等指标要求较低，不需电阻室，工程的建设成本更经济。

　　4 结束语

　　在设计过程中，该类产品选型简单、体积较小。实际运行中使用方便，设备维护量较小。在多个变电站的实际运行中，均能正确反映故障类型及可靠动作，大幅提了电力系统的安全稳定运行水平。可减少工程投资，占地小，节约建筑面积效果明显，对提高供电的可靠性、建设绿色电网意义重大。

　　参考文献

　　智光电气消弧系统厂家资料 KD-XH消弧技术说明书

　　韩水 配电网无功优化及无功补偿装置[M].北京：中国电力出版社，2003.

　　周恒琦 消弧及过电压保护装置的应用实践[J].中国有色冶金，2006

　　张方军 周艳群.配电系统自动跟踪补偿装置的研究[J].工矿自动化，2006

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文章名称： 新型消弧装置在变电站中的应用

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