電壓保護(hù)裝置

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長期以來，我國6～35KV(含66KV)的電網(wǎng)大多采用中性點(diǎn)不接地的運(yùn)行方式。此類運(yùn)行方式的電網(wǎng)在發(fā)生單相接地時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定這類電網(wǎng)在發(fā)生單相接地故障后允許短時(shí)間（2小時(shí)）帶故障運(yùn)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(yùn)行規(guī)程規(guī)定：“中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，允許運(yùn)行兩小時(shí)”，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(huì)在系統(tǒng)中產(chǎn)生最高值達(dá)3.5倍相電壓的過電壓，這樣高的過電壓如果數(shù)小時(shí)作用于電網(wǎng)，勢必會(huì)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?fù)舸瑢?huì)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(diǎn)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(gè)方面：

1．弧光接地過電壓的危害

當(dāng)電容電流一旦過大，接地點(diǎn)電弧不能自行熄滅。當(dāng)出現(xiàn)間歇性電弧接地時(shí)，產(chǎn)生弧光接地過電壓，這種過電壓可達(dá)相電壓的3~5倍或更高，它遍布于整個(gè)電網(wǎng)中，并且持續(xù)時(shí)間長，可達(dá)幾個(gè)小時(shí)，它不僅擊穿電網(wǎng)中的絕緣薄弱環(huán)節(jié)，而且對整個(gè)電網(wǎng)絕緣都有很大的危害。

2．造成接地點(diǎn)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(diǎn)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(gè)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(shí)消弧線圈產(chǎn)生電感電流，該電感電流補(bǔ)償因單相接地而形成的電容電流，使得接地電流減小，同時(shí)使得故障相恢復(fù)電壓速度減小，治理電容電流過大所造成的危害。同時(shí)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(shí)，非故障相對地電壓升高到3相電壓以上，持續(xù)時(shí)間長、波及全系統(tǒng)設(shè)備，可能引起第二點(diǎn)絕緣擊穿，引起事故擴(kuò)大事故。

2．消弧線圈不能補(bǔ)償諧波電流，有些城市電網(wǎng)諧波電流占的比例達(dá)5%-15%，僅諧波電流就可能遠(yuǎn)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(bǔ)償要使單相接地故障電流Ijd<10A，就必須使系統(tǒng)保持較小的脫諧度，系統(tǒng)的脫諧度過小，對由于三相電容不對稱引起的中性點(diǎn)位移電壓會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的放大作用，使中性點(diǎn)電壓偏移超過規(guī)程允許值(<15%Un)，保護(hù)將發(fā)出接地故障信號。另外脫諧度太小，系統(tǒng)運(yùn)行在接近諧振補(bǔ)償狀態(tài)，將給系統(tǒng)運(yùn)行帶來極大的潛在危險(xiǎn)（諧振過電壓）；要保證中性點(diǎn)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(dǎo)致殘余接地電流太大(Ijd>10A)，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Ijd<10A，又保證中性點(diǎn)位移電壓不超過規(guī)程允許值這兩個(gè)相互制約的條件。

3．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，消弧線圈的最小補(bǔ)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(bǔ)償電流又偏小，也不能滿足合理補(bǔ)償?shù)囊蟆?/p>

4．在運(yùn)行中，消弧線圈各分接頭的標(biāo)稱電流和實(shí)際電流會(huì)出現(xiàn)較大誤差，運(yùn)行中就發(fā)生過由于實(shí)際電流與名牌電流誤差較大而導(dǎo)致諧振的現(xiàn)象。

5．由于系統(tǒng)的運(yùn)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(bǔ)償困難。目前的自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償裝置呈百花齊放的景象，實(shí)際運(yùn)行考驗(yàn)時(shí)間較短，運(yùn)行情況還不理想。而且價(jià)格高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)量大，不適應(yīng)無人值班變電站的要求。

6．由于上述原因，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地僅能降低弧光接地過電壓的概率，不能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。

7．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?yán)ā?/p>

8．采用試?yán)〞r(shí)，既造成非故障線路短時(shí)停電，又會(huì)引起操作過電壓。

9．系統(tǒng)諧振過電壓高，諧振過電壓持續(xù)時(shí)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(yàn)中測得1/2分頻諧振過電壓達(dá)2PU

，測得由合閘操作激發(fā)的3次高頻諧振過電壓達(dá)4PU，測得A相導(dǎo)線斷線并接地于負(fù)荷側(cè)時(shí)，諧振過電壓值為3.8PU。。

10．電纜排管或電纜隧道內(nèi)的電纜發(fā)生單相接地時(shí)，不及時(shí)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(shí)后引起火災(zāi)，燒毀電纜隧道中40多條電纜的重大事故。

11．尋找故障線路時(shí)間較長，在帶接地故障運(yùn)行期間，容易引起人身觸電事故。

12．單相接地時(shí)，非故障相電壓升高至線電壓或更高，在不能及時(shí)檢出故障點(diǎn)的情況下，無間隙金屬氧化物（MOA）避雷器長時(shí)間在線電壓下運(yùn)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(shí)間長，MOA由于動(dòng)作負(fù)載問題，一般不要求WGMOA系統(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)的特點(diǎn)：

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(fēng)等）影響小，瞬時(shí)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(shí)，接地電弧為封閉性電弧，電弧不易自行熄滅，如不及時(shí)跳閘，很容易造成相間短路，擴(kuò)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(diǎn)時(shí)間較長，電纜長時(shí)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(yuǎn)大于工頻電流，在工頻電流過零時(shí)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(bǔ)償高頻振蕩電流，又由于在電纜線路中消弧線圈補(bǔ)償后的殘流大，消弧線圈在電纜線路中不能消弧。

五、PT諧振

1．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(huì)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(diǎn)不接地系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，故障點(diǎn)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(diǎn)消除，非接地相在接地故障期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(diǎn)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(lì)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(jī)、調(diào)速電機(jī)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(dǎo)致諧振的頻繁出現(xiàn)。在系統(tǒng)諧振時(shí)，PT將產(chǎn)生過電壓使電流激增，此時(shí)除了造成一次側(cè)熔斷器熔斷外，還將導(dǎo)致PT燒毀。個(gè)別情況下，還會(huì)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(fù)荷拉開分支線路隔離刀閘或帶負(fù)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(dāng)配電變壓器內(nèi)部發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障電流將通過抗電能力強(qiáng)的絕緣油對地放電，也會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定的電弧激發(fā)電網(wǎng)諧振。

(5)運(yùn)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(hù)裝置

這里介紹一種新型的消弧消諧及過電壓保護(hù)裝置SXH（安徽賽普電力保護(hù)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(jī)控制器發(fā)出指示和告警信號，等待值班人員或微機(jī)選線裝置處理。

（2）如果接地故障是不穩(wěn)定的間歇性弧光接地，則微機(jī)控制器判斷接地的相別，同時(shí)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(fù)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(fù)抗電強(qiáng)度Ujf大于弧道恢復(fù)電壓Uhf。使恢復(fù)電壓無法再次擊穿故障點(diǎn)，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(fù)正常運(yùn)行；如果接地故障時(shí)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(shí)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(rèn)定此故障為永久性電弧接地故障，等待值班人員或微機(jī)選線裝置處理。

2．系統(tǒng)發(fā)生諧振時(shí)，微機(jī)控制器根據(jù)諧振類型進(jìn)行不同的消諧：

(1)如果系統(tǒng)發(fā)生的諧振是分頻諧振，微機(jī)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(jī)控制器在PT的開口三角繞組接入大功率消諧電阻進(jìn)行消諧。

七．此裝置的優(yōu)點(diǎn)

在中性點(diǎn)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(diǎn)：

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(jī)理與電網(wǎng)的電容電流大小無關(guān)，因而其保護(hù)性能不受電網(wǎng)運(yùn)行方式的改變和電網(wǎng)擴(kuò)大的影響。

3．可有效防止電氣設(shè)備的內(nèi)絕緣因過電壓的多次或長時(shí)間作用出現(xiàn)累積性效應(yīng)而降低。

在3-35KV電力系統(tǒng)中，用電設(shè)備一般都是旋轉(zhuǎn)電機(jī)居多，如果不分穩(wěn)定弧光接地故障和短暫接地故障而直接令接觸器單相直接接地變?yōu)榻饘傩越拥貢?huì)引起保護(hù)差動(dòng)跳閘，這樣會(huì)造成停機(jī)，不利于生產(chǎn)。SXH裝置能區(qū)分出短暫的弧光接地故障和長期穩(wěn)定的弧光接地故障，避免了不必要的麻煩。