摘要：單相弧接地過電壓會損壞電氣設(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)大多采用中性點不接地的運行方式，此類電網(wǎng)在發(fā)生單相金屬性直接接地時，非故障相對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゜，對電動機等三相用電設(shè)備的運行影響較小，因而不影響對負荷的供電，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行二小時。中性點不接地運行方式可提高電網(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。實際運行經(jīng)驗表明，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)小時作用于電網(wǎng)，勢必會造成電氣設(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)造成絕緣對地擊穿，進而發(fā)展成為相間短路故障，造成開關(guān)跳閘，用電負荷失壓。在間歇性弧光接地暫態(tài)過程中，實際系統(tǒng)會形成多頻震蕩回路，不僅會產(chǎn)生高幅值的相對地過電壓，而且還可能出現(xiàn)高幅值的相間過電壓，使相間絕緣薄弱點損壞，進而發(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、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)對地電容電流在快速增大，弧光接地過電壓問題也日益嚴重起來。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，利用消弧線圈產(chǎn)生的感性電流對故障點電容過電流進行補償，使流經(jīng)故障點電流減少，從而達到自然熄弧。這種中性點經(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。實際運行經(jīng)驗證明，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)安全運行、甚至發(fā)生人畜傷亡以及火災(zāi)等嚴重事故仍時有發(fā)生。其原因有以下兩個方面：

　　一、消弧裝置必須實時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)運行方式的多樣化及弧光接地點的隨機性，使消弧線圈很難準(zhǔn)確對電容電流進行有效補償，有時弧光不能完全熄滅;二、消弧線圈僅僅補償了工頻電容電流，對高頻電流及阻性電流無補償作用，在嚴重時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)展及用電負荷的急劇增加，用戶對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)濟損失都越來越嚴重。

　　同時，隨著配電系統(tǒng)對地電容電流的增加，原消弧線圈容量可能存在不足，需對其進行擴容。在佛山電網(wǎng)變電站中，已對數(shù)十個站進行過消弧線圈增容改造。

　　新型消弧裝置針對以上問題而設(shè)計，消弧裝置將中性點非有效接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時、將相對地及相間過電壓限制在電網(wǎng)安全運行的范圍之內(nèi)，發(fā)出接地信號，使運行人員有充足的時間去處理故障，解決了各種過電壓對設(shè)備及電網(wǎng)安全運行的威脅，切實提高了電網(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，能迅速動作進行滅弧。

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

　　(2)單相接地保護及選線原理

　　消弧裝置具有四個可選時段(t1、t2、t3、t4)，組成智能化單相接地保護：對于瞬時接地故障在線投/切電抗器消除，無需線路跳閘;對于永久接地故障，在線投電抗器的同時，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，首先假定為瞬時故障，將故障相通過電抗器接地，延時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t2，再分斷。若故障仍存在，則判為永久性接地，此時裝置有三種保護方式供選擇：1)整定t4>饋線零序保護裝置跳閘時間，由饋線零序保護裝置動作跳開接地饋線;2)整定t4<饋線零序保護裝置跳閘時間，再次使故障相通過電抗器接地，進入t3長延時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(如單相接地)電感電壓升高使鐵芯飽和時，感抗隨之減小，當(dāng)ωL=1/ωC時即滿足諧振條件，在電感、電容兩端形成過電壓，并產(chǎn)生勵磁涌流。通常的解決方法是在電壓互感器的一次中性點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，遠離諧振點，可靠消除諧振同時旁路勵磁涌流，并限制過電壓。

　　3 裝置的綜合對比優(yōu)勢

　　1)相較于消弧線圈保護的優(yōu)勢

　　可消除高阻接地的保護盲區(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，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)各種運行方式和變電站擴建的需要(10kV配置保護額定電流150A，相當(dāng)于900kVAd的消弧線圈容量)，大大節(jié)約工程成本。

　　2)相較于小電阻保護的優(yōu)勢

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

　　4 結(jié)束語

　　在設(shè)計過程中，該類產(chǎn)品選型簡單、體積較小。實際運行中使用方便，設(shè)備維護量較小。在多個變電站的實際運行中，均能正確反映故障類型及可靠動作，大幅提了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行水平。可減少工程投資，占地小，節(jié)約建筑面積效果明顯，對提高供電的可靠性、建設(shè)綠色電網(wǎng)意義重大。

　　參考文獻

　　智光電氣消弧系統(tǒng)廠家資料 KD-XH消弧技術(shù)說明書

　　韓水 配電網(wǎng)無功優(yōu)化及無功補償裝置[M].北京：中國電力出版社，2003.

　　周恒琦 消弧及過電壓保護裝置的應(yīng)用實踐[J].中國有色冶金，2006

　　張方軍 周艷群.配電系統(tǒng)自動跟蹤補償裝置的研究[J].工礦自動化，2006