摘要：?jiǎn)蜗嗷〗拥剡^電壓會(huì)損壞電氣設(shè)備，造成短路事故，危害性極大。本消弧裝置采用新型微控制器和電抗器投切可以準(zhǔn)確有效地消除弧光接地過電壓造成的危害，具有良好的消弧、過電壓及保護(hù)性能，應(yīng)用前景廣泛。

　　關(guān)鍵詞：微控制器; TBP; 高壓真空接觸器; 分相阻容吸收器; 電壓互感器

　　0 引言

　　在廣東電網(wǎng)內(nèi)，6~35kV的電網(wǎng)大多采用中性點(diǎn)不接地的運(yùn)行方式，此類電網(wǎng)在發(fā)生單相金屬性直接接地時(shí)，非故障相對(duì)地電壓將升高到相電壓，三相線電壓幅值保持不變，相位差仍保持120゜，對(duì)電動(dòng)機(jī)等三相用電設(shè)備的運(yùn)行影響較小，因而不影響對(duì)負(fù)荷的供電，所以現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定這類電網(wǎng)在發(fā)生單相故障后允許帶故障運(yùn)行二小時(shí)。中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式可提高電網(wǎng)的供電可靠性。

　　目前在變電站中，大多使用消弧線圈、小電阻接地的消弧裝置。實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在發(fā)生單相接地故障后，如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(duì)地電壓升高到線電壓，用電設(shè)備在正常情況下都能承受這種過電壓。但是，如果發(fā)生單相弧光間歇性接地，則會(huì)在系統(tǒng)中產(chǎn)生約3.5倍相電壓峰值的過電壓，這樣高的電壓如果數(shù)小時(shí)作用于電網(wǎng)，勢(shì)必會(huì)造成電氣設(shè)備、電力電纜內(nèi)絕緣的積累性損傷，在健全相的絕緣薄弱環(huán)節(jié)造成絕緣對(duì)地?fù)舸?，進(jìn)而發(fā)展成為相間短路故障，造成開關(guān)跳閘，用電負(fù)荷失壓。在間歇性弧光接地暫態(tài)過程中，實(shí)際系統(tǒng)會(huì)形成多頻震蕩回路，不僅會(huì)產(chǎn)生高幅值的相對(duì)地過電壓，而且還可能出現(xiàn)高幅值的相間過電壓，使相間絕緣薄弱點(diǎn)損壞，進(jìn)而發(fā)展成相間短路故障。

　　1 變電站采用消弧線圈接地方式的消弧效果

　　隨著經(jīng)濟(jì)、城市化的發(fā)展，變電站中10kV出線逐漸采用全電纜出線方式，系統(tǒng)對(duì)地電容電流在快速增大，弧光接地過電壓?jiǎn)栴}也日益嚴(yán)重起來。為解決上述問題，不少電網(wǎng)采用了消弧線圈接地方式，即在電網(wǎng)裝設(shè)消弧線圈，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相弧光接地時(shí)，利用消弧線圈產(chǎn)生的感性電流對(duì)故障點(diǎn)電容過電流進(jìn)行補(bǔ)償，使流經(jīng)故障點(diǎn)電流減少，從而達(dá)到自然熄弧。這種中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)有一定的消弧作用，但存在很大的局限性。實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，裝設(shè)消弧線圈或小電阻接地的電網(wǎng)，由單相弧光接地過電壓造成的設(shè)備損壞、影響系統(tǒng)安全運(yùn)行、甚至發(fā)生人畜傷亡以及火災(zāi)等嚴(yán)重事故仍時(shí)有發(fā)生。其原因有以下兩個(gè)方面：

　　一、消弧裝置必須實(shí)時(shí)追蹤電容電流的變化來調(diào)節(jié)消弧線圈的感抗，但電網(wǎng)運(yùn)行方式的多樣化及弧光接地點(diǎn)的隨機(jī)性，使消弧線圈很難準(zhǔn)確對(duì)電容電流進(jìn)行有效補(bǔ)償，有時(shí)弧光不能完全熄滅;二、消弧線圈僅僅補(bǔ)償了工頻電容電流，對(duì)高頻電流及阻性電流無補(bǔ)償作用，在嚴(yán)重時(shí)僅高頻電流及阻性電流就可以維持電弧的持續(xù)燃燒。隨著電網(wǎng)的發(fā)展及用電負(fù)荷的急劇增加，用戶對(duì)供電可靠性的要求越來越高，每次絕緣事故導(dǎo)致跳閘造成的危害及經(jīng)濟(jì)損失都越來越嚴(yán)重。

　　同時(shí)，隨著配電系統(tǒng)對(duì)地電容電流的增加，原消弧線圈容量可能存在不足，需對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)容。在佛山電網(wǎng)變電站中，已對(duì)數(shù)十個(gè)站進(jìn)行過消弧線圈增容改造。

　　新型消弧裝置針對(duì)以上問題而設(shè)計(jì)，消弧裝置將中性點(diǎn)非有效接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)、將相對(duì)地及相間過電壓限制在電網(wǎng)安全運(yùn)行的范圍之內(nèi)，發(fā)出接地信號(hào)，使運(yùn)行人員有充足的時(shí)間去處理故障，解決了各種過電壓對(duì)設(shè)備及電網(wǎng)安全運(yùn)行的威脅，切實(shí)提高了電網(wǎng)的供電可靠性。

　　2 新型裝置的工作原理

　　(1)故障相經(jīng)電抗器接地滅弧原理

　　消弧裝置在供電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生單相接地時(shí)，能迅速動(dòng)作進(jìn)行滅弧。

　　消弧裝置采集系統(tǒng)的三相電壓、零序電壓，通過比相、比幅計(jì)算判斷系統(tǒng)運(yùn)行狀況，當(dāng)判定單相接地發(fā)生，立即驅(qū)動(dòng)故障相的開關(guān)Za閉合，將故障相通過電抗器接地，以鉗制故障相電壓，對(duì)系統(tǒng)出現(xiàn)的高幅值弧光接地起始的暫態(tài)過電壓進(jìn)行有效的限制，使弧光自動(dòng)熄滅，從而達(dá)到消弧的效果，其動(dòng)作不受接地電流大小的影響。同時(shí)電抗器接地后，對(duì)故障點(diǎn)的接地電流以旁路分流的方法進(jìn)行泄能，因電抗器接地阻抗很小，絕大部分接地電流均通過電抗器，使故障點(diǎn)接地電流大大降低。

　　(2)單相接地保護(hù)及選線原理

　　消弧裝置具有四個(gè)可選時(shí)段(t1、t2、t3、t4)，組成智能化單相接地保護(hù)：對(duì)于瞬時(shí)接地故障在線投/切電抗器消除，無需線路跳閘;對(duì)于永久接地故障，在線投電抗器的同時(shí)，準(zhǔn)確選線并穩(wěn)妥可靠地切除故障線路。

　　當(dāng)裝置判定單相接地發(fā)生，首先假定為瞬時(shí)故障，將故障相通過電抗器接地，延時(shí)t1退出電抗器，若故障消除，系統(tǒng)恢復(fù)正常。若故障仍存在，立刻再次閉合故障相開關(guān)，經(jīng)延時(shí)t2，再分?jǐn)?。若故障仍存在，則判為永久性接地，此時(shí)裝置有三種保護(hù)方式供選擇：1)整定t4>饋線零序保護(hù)裝置跳閘時(shí)間，由饋線零序保護(hù)裝置動(dòng)作跳開接地饋線;2)整定t4<饋線零序保護(hù)裝置跳閘時(shí)間，再次使故障相通過電抗器接地，進(jìn)入t3長(zhǎng)延時(shí)未由裝置的跳閘箱發(fā)跳閘命令切除故障線路后電抗器復(fù)歸;3)不投跳閘壓板，其余設(shè)定同2)，在t3時(shí)間內(nèi)由人工切除古戰(zhàn)線路。

　　(3)消諧原理

　　鐵磁諧振是由于系統(tǒng)中的電壓互感器、變壓器、消弧線圈等非線性電感受激而產(chǎn)生磁路飽和，引發(fā)持續(xù)的震蕩。在正常運(yùn)行條件下，電路的初始感抗大于容抗(ωL>1/ωC)，電路不具備諧振條件，當(dāng)電路受到擾動(dòng)(如單相接地)電感電壓升高使鐵芯飽和時(shí)，感抗隨之減小，當(dāng)ωL=1/ωC時(shí)即滿足諧振條件，在電感、電容兩端形成過電壓，并產(chǎn)生勵(lì)磁涌流。通常的解決方法是在電壓互感器的一次中性點(diǎn)或二次開口三角處加裝消諧電阻，起限流消能的作用，但電阻的阻值和功率都是一定的，它們的消諧范圍也就有限。

　　消弧裝置當(dāng)檢測(cè)到諧振發(fā)生后，使一相母線通過電抗器接地，改變回路電感，遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)，可靠消除諧振同時(shí)旁路勵(lì)磁涌流，并限制過電壓。

　　3 裝置的綜合對(duì)比優(yōu)勢(shì)

　　1)相較于消弧線圈保護(hù)的優(yōu)勢(shì)

　　可消除高阻接地的保護(hù)盲區(qū)，可使3U0>10V，消弧裝置能可靠消弧，及準(zhǔn)確選線，無需跟蹤電容電流的變化;無需接地變、電抗器室等附加設(shè)備，降低了工程的造價(jià)，有效控制工程的建設(shè)成本。裝置容量適應(yīng)范圍更寬，可兼容系統(tǒng)各種運(yùn)行方式和變電站擴(kuò)建的需要(10kV配置保護(hù)額定電流150A，相當(dāng)于900kVAd的消弧線圈容量)，大大節(jié)約工程成本。

　　2)相較于小電阻保護(hù)的優(yōu)勢(shì)

　　裝置消除瞬時(shí)和短時(shí)接地故障無需跳閘，供電可靠性更高，接地電流小，對(duì)人身設(shè)備威脅低，對(duì)通信干擾小;對(duì)變電站的地網(wǎng)、出線耐火等級(jí)、自動(dòng)化等指標(biāo)要求較低，不需電阻室，工程的建設(shè)成本更經(jīng)濟(jì)。

　　4 結(jié)束語

　　在設(shè)計(jì)過程中，該類產(chǎn)品選型簡(jiǎn)單、體積較小。實(shí)際運(yùn)行中使用方便，設(shè)備維護(hù)量較小。在多個(gè)變電站的實(shí)際運(yùn)行中，均能正確反映故障類型及可靠動(dòng)作，大幅提了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行水平?？蓽p少工程投資，占地小，節(jié)約建筑面積效果明顯，對(duì)提高供電的可靠性、建設(shè)綠色電網(wǎng)意義重大。

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