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上傳時間：2014-03-28
1、中性點非直接接地系統(tǒng)弧光接地過電壓的危害
弧光接地過電壓又稱間歇性弧光接地電壓。當(dāng)中性點非直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相間歇性弧光接地（以下簡稱“弧光接地”）故障時，由于不穩(wěn)定的間歇性電弧多次不斷的熄滅和重燃，在故障相和非故障相的電感電容回路上會引起高頻振蕩過電壓，非故障相的過電壓幅值一般可達(dá)3.15~3.5倍相電壓。這種過電壓是由于系統(tǒng)對地電容上電荷多次不斷的積累和重新再分配形成的，是斷續(xù)的瞬間發(fā)生的且幅值較高的過電壓，對電力系統(tǒng)的設(shè)備危害極大，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
（1）隨著我國電網(wǎng)的發(fā)展，具有固體絕緣的電纜線路逐漸取代架空線路。由于固體絕緣擊穿的積累效應(yīng)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相弧光接地時，在3.5倍過電壓的持續(xù)作用下，造成電氣設(shè)備絕緣的積累損傷，在非故障相的絕緣薄弱五一節(jié)造成對地?fù)舸�，進(jìn)而發(fā)展成為相間短路事故。
（2）弧光接地過電壓使電壓互感器飽和，容易激發(fā)鐵磁諧振，導(dǎo)致過電壓或電壓互感器爆炸事故。
（3）弧光接地過電壓的能量由電源提供，持續(xù)時間較長，當(dāng)過電壓超過避雷器所能隨的400A 2ms能量時，就會造成避雷器的爆炸事故。
2、我國限制弧光接地過電壓的措施分析
國外3~35kv中等電壓等級的電力系統(tǒng)多為中性點直接接地或經(jīng)小電阻接地，弧光接地過電壓問題并不突出，一般不需要采取特殊的措施。我國3~35（66）kv中等電壓等級的電力系統(tǒng)，多為中性點非直接接地，弧光接地過電壓的幅值較高。由于建國初期多為架空線路，絕緣水平較高，且氣體絕緣是不可恢復(fù)的，弧光接地過電壓危害不大，因此并未特殊采取措施。這一電壓等級的避雷器，主要用于限制雷電過電壓，要求3.5倍以下的過電壓不動作。而弧光接地過電壓一般不超過3.5倍。避雷器對弧光接地過電壓根本不能限制。
隨著城網(wǎng)改造的進(jìn)行，架空線路逐步被電纜線路取代，中等電壓等級的電網(wǎng)中固體絕緣的設(shè)備逐年增多，以及現(xiàn)有電纜線路隨著運行時間的加長絕緣逐漸老化。近幾年來弧光接地過電壓的問題越來越突出，以至于電纜放炮等絕緣事故成為影響企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)和供電電網(wǎng)安全運行的主要因素。
消弧線圈曾經(jīng)對于提高3~66kv架空電網(wǎng)的供電可靠性方面，起了很大的作用。這是因為，中性點非直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，三相電壓是對稱的，仍然可以繼續(xù)供電。由于消弧線圈的電感電流補(bǔ)償了電容電流，使得故障點的電弧能夠自行熄滅，這就大大減小了因受風(fēng)吹、電動力等影響而引起直接的相間弧光短路的可能性。一旦電弧自行熄滅后，架空線路的絕緣又可以完全恢復(fù)。
正因為這樣，幾十年來人們誤認(rèn)為消弧線圈能夠限制弧光接地過電壓。其實不然，消弧線圈不僅不能抑制弧光接地過電壓，有時反而加大了過電壓的幅值。如前所述，弧光接地過電壓的產(chǎn)生是由于電弧過零點自行熄滅后，故障點對地絕緣開始恢復(fù)。另一方面，非故障相對地電容會向故障相對是電容充電，隨著故障相地地電容上電荷的積累，使故障相對地電壓逐漸升高。一旦對地電壓高于故障點對地絕緣水平時，就會發(fā)生重?fù)舸�，故障點對地電壓立即降為零。非故障相上也隨之迭中一個故障分量，迫使三相對地電容上電荷重新分配，致使非故障相產(chǎn)生過電壓。從弧光接地過電壓產(chǎn)生的整個過和來看，與系統(tǒng)對地電容電流的大小并無關(guān)系。有人曾經(jīng)在系統(tǒng)對地電容電流為1.1~4.5A的情況下做過上千次試驗，結(jié)果都有弧光接地過電壓產(chǎn)生。而消弧線圈僅僅降低了故障點的電容電流，這一電流在過零點熄弧 ，仍然不可避免地要發(fā)生電容上電荷的積累和再分配，因此并不能抑制弧光接地這電壓。所以，我國現(xiàn)行規(guī)程并不建議采用消弧線圈來抑制弧光接地過電壓，采用消弧或自動調(diào)諧的消弧線圈能夠消除弧光接地過電壓的說法，實屬誤導(dǎo)。正是由于消弧線圈的投入，減少了故障點的電流，加快了故障點絕緣的恢復(fù)，使得電壓接近最大值的時候發(fā)生擊穿的可能性以在高頻電流過零點擊穿的可能性大大增加。這都會導(dǎo)致過電壓幅值的增加。
與架空線路不同是，電纜線路等固體絕緣設(shè)備的絕緣的水平低于架空線路，一旦發(fā)生穿其絕緣很難恢復(fù)，而且故障的發(fā)展非常迅速，這類設(shè)備對弧光接地過電壓的承受能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于架光線路。大量的事故表明，電路線路發(fā)生單相接地警報之后，少則幾秒鐘多則十幾秒就已發(fā)展成為電纜相間短路事故。因此，對于電纜線路來說，消弧線路無法起到應(yīng)有的保護(hù)作用。不僅如此，消弧線圈在正常運行時還存在以下問題：
（1）消弧線圈與系統(tǒng)對地電容串聯(lián)諧振，產(chǎn)生虛幻接地或串聯(lián)諧振過電壓。
可以證明，是消弧線圈的投入，放大了系統(tǒng)的不平衡電壓Ubp，使系統(tǒng)中性點產(chǎn)生位移電壓U0：
U0=Ubp2
正是這一位移電壓，才導(dǎo)致接地保護(hù)誤動作發(fā)出接地警報，造成虛幻接地現(xiàn)象或者串聯(lián)諧振過電壓。
（2）消弧線圈與系統(tǒng)對地電容并聯(lián)諧振，產(chǎn)生傳遞過電壓。
變壓器高壓側(cè)的對地過電壓U01通過高低繞組之間的耦合電容C12傳遞到低壓側(cè)，使低壓側(cè)產(chǎn)生過電壓U02。這一過電壓取決于變壓器低壓側(cè)對地阻抗Z20與高低壓繞組間耦合阻抗Z12之間的分壓比，即傳遞系數(shù)K。等效電路如下圖所示：
其中，Z12由高低壓繞組之間的耦合電容C12構(gòu)成，Z20由消弧線圈的電感L及系統(tǒng)對地電容C構(gòu)成。
U02=K*U01
K=Z20/（Z20+Z12）
由于正常時LC運行在諧振點附近，變壓器對地阻抗Z20很大，使得傳遞系數(shù)接近于1，產(chǎn)生傳遞過電壓。
早期的東北電力系統(tǒng)就發(fā)生過因消弧線圈引起的傳遞過電壓，導(dǎo)致一些設(shè)備的絕緣的擊穿事故。
（3）選線靈敏度降低甚至無法選線。
中性點非直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障地，應(yīng)盡快選出故障線路，以便檢查處理�？梢圆捎米詣舆x線，也可以采用人工選線的方法進(jìn)行選線。由于消弧線圈的補(bǔ)償作用，使故障點的電流減少，相位發(fā)生變化，必然會降低選線的靈敏度，甚至使選線工作根本無法進(jìn)行。
（4）從理論上分析，消弧線圈抑制弧光接地過電壓是屬誤導(dǎo)。
發(fā)生金屬性接地或穩(wěn)定的弧光接地時，是以基波為主，在分析消弧線圈的作用時，可以使用穩(wěn)態(tài)正弦交流電路采用的相量分極方法。與金屬接地或穩(wěn)定的弧光接地不同，間歇性的弧光接地時產(chǎn)生的過電壓已不再是穩(wěn)態(tài)的正弦波，而以高次諧波為主。顯然，當(dāng)頻率增加是，對于電容電流是增加的，而電感電流是減少的，根本無法補(bǔ)償。
正因為消弧線圈在正常運行時存上上述諸多問題，我國北京、上海等地區(qū)已逐步將中性點經(jīng)消弧線圈接地改為經(jīng)小電阻接地方式，我國石油化工系統(tǒng)也提出了采用小電阻接地方式的建議。
中性點經(jīng)小電阻接地，從根本上解決了消弧線圈正常運行中帶來的問題，緩解了弧光接地時的過電壓，但擴(kuò)大了單相接地時的故障電流，加劇了故障點的燒傷，犧牲了對用戶供電的可靠性。
3、限制弧光接地過電壓的新技術(shù)
在中性點非直接接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相金屬性接地時，非故障相產(chǎn)生 倍的過電壓，系統(tǒng)中的設(shè)備可以在這個電壓安全運行。當(dāng)發(fā)生間歇性弧光接地時，非故障相上將產(chǎn)生3.15~3.5倍的過電壓，而如果接地電流在高頻過零點熄弧或在電壓接近最大值時發(fā)生擊穿，這一過電壓將會更高，曾經(jīng)記錄到超過8倍的過電壓。正是間歇性弧光接地引起的過電壓，才是設(shè)備絕緣的主要威脅之一。隨著電網(wǎng)的擴(kuò)大，系統(tǒng)對地電容不斷增加，故障點的電弧已不能自行熄滅，消弧線圈補(bǔ)償對于目前以電纜線路為主的供電網(wǎng)絡(luò)已不能繼續(xù)發(fā)揮作用，小電阻接地方式難免會犧牲對用戶供電的可靠性。也正因為這樣，多年以來人們一直為尋求適合我國國情的能有效抑制弧光接地過電壓的措施，以便提高中性點非直接接地系統(tǒng)的供電可靠性，做了大量的探索和研究，但效果并不理想。
我們的出發(fā)點是，系統(tǒng)發(fā)生單相金屬性接地過電壓只有 倍而且是穩(wěn)定，不會造成設(shè)備絕緣的積累損傷，如果將弧光接地迅速轉(zhuǎn)化為金屬性接地，就可以將弧光接地過電壓的能量降低到過電壓保護(hù)器允許的400A 2ms能量指標(biāo)以內(nèi)。合肥潛龍電力科技有限公司的消弧消諧技術(shù)就是在這種情況下形成的。智能型消弧消諧裝置（HQLXH），是為了迅速消除中性點非直接接地系統(tǒng)弧光接地給電器設(shè)備帶來的危害而研制高新技術(shù)產(chǎn)品。
HQLXH系列智能型消弧消諧裝置主要由HQLB系列大容量防爆過電壓保護(hù)器、可分相控制的高壓真空接觸器JZ、微機(jī)控制器ZK、高壓限流熔斷器FU及帶有輔助二次繞組的電壓互感器PT等組成。一旦系統(tǒng)發(fā)生單相間歇性弧光接地過電壓，微機(jī)控制器ZK立即判別故障類型與相別并向故障相的真空接觸器JZ發(fā)出動作指令、真空接觸器JZ在0.1s左右完成合閘動作，間歇性弧光接地隨之被轉(zhuǎn)化為金屬性接地，弧光接地過電壓消失。真空接觸器動作之前的過電壓由HQLB系列大容量防爆過電壓保護(hù)器限制在較低的數(shù)值。由于時間短，能量不超過HQLB允許的800A 2ms的能量指標(biāo)，仍可保證HQLB的安全。當(dāng)由于裝置故障、檢修調(diào)試人員誤線等原因造成裝置誤判斷，導(dǎo)致相間弧光短路時，F(xiàn)U可以在2ms之內(nèi)短路電流遠(yuǎn)沒有達(dá)到最大值時快速切除故障，不會造成任何后果，對系統(tǒng)的運行沒有影響。
運行實踐表明，當(dāng)中性點不接地系統(tǒng)加裝HQLXH系列智能型消弧消諧裝置后，可收到如下效果：
（1）弧光接地過電壓，開斷過電壓、及大氣過電壓等都可以被限制在較低的水平，而且相間保護(hù)性能相對地保護(hù)性能相同，更能有效地保護(hù)設(shè)備的相間絕緣。
（2）由于母線過電壓被限制在較低的水平，原本可能引發(fā)的鐵磁諧振過電壓的可能性大大減少。
（3）由裝置的工作原理可知，其限制過電壓的機(jī)理與電網(wǎng)對地電容電流的大小無關(guān)，因而其保護(hù)性能不隨電網(wǎng)運行方式的改變而變化。
（4）裝置結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，安裝、調(diào)試方便。其主要部件真空接觸器、微機(jī)控制器、過電壓保護(hù)器等平時幾乎不需要維護(hù)。
HQLXH系列智能型消弧消諧裝置，已在冶金、煤炭、石油、化工及供電等企業(yè)獲得推廣和應(yīng)用，在提高供電電網(wǎng)和企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)的供電可靠性方面，收到了較理想的效果，受到用戶的歡迎和認(rèn)可。
參考文獻(xiàn)
1、《電力系統(tǒng)過電壓》武漢水利電力大學(xué) 解廣潤
2、《電力技術(shù)》2001年12月第2卷第4期，“對消弧線圈‘消除弧光接地電壓’的異議”中國電力科學(xué)研究院 許穎
3、《電力系統(tǒng)運行操作和計算》東北電業(yè)管理局調(diào)度通信中心。
4、“石化企業(yè)6千夫配電網(wǎng)中性點接地方式探討”，中國石化工程建設(shè)公司 徐慧雯、劉寧。
5、“礦山電網(wǎng)近幾年過電壓事故的原因及改進(jìn)措施”，鞍鋼集團(tuán)鞍山礦業(yè)公司，段喜濤、譚宇海。
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