摘要：單相弧接地過電壓會損壞電氣設備，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，應用前景廣泛。

　　關鍵詞：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

　　在廣東電網內，6~35kV的電網大多采用中性點不接地的運行方式，此類電網在發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備的運行影響較小，因而不影響對負荷的供電，所以現行國家標準規定這類電網在發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。實際運行經驗表明，在發生單相接地故障后，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，用電設備在正常情況下都能承受這種過電壓。但是，如果發生單相弧光間歇性接地，則會在系統中產生約3.5倍相電壓峰值的過電壓，這樣高的電壓如果數小時作用于電網，勢必會造成電氣設備、電力電纜內絕緣的積累性損傷，在健全相的絕緣薄弱環節造成絕緣對地擊穿，進而發展成為相間短路故障，造成開關跳閘，用電負荷失壓。在間歇性弧光接地暫態過程中，實際系統會形成多頻震蕩回路，不僅會產生高幅值的相對地過電壓，而且還可能出現高幅值的相間過電壓，使相間絕緣薄弱點損壞，進而發展成相間短路故障。

　　1 變電站采用消弧線圈接地方式的消弧效果

　　隨著經濟、城市化的發展，變電站中10kV出線逐漸采用全電纜出線方式，系統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，不少電網采用了消弧線圈接地方式，即在電網裝設消弧線圈，當系統發生單相弧光接地時，利用消弧線圈產生的感性電流對故障點電容過電流進行補償，使流經故障點電流減少，從而達到自然熄弧。這種中性點經消弧線圈接地的電網有一定的消弧作用，但存在很大的局限性。實際運行經驗證明，裝設消弧線圈或小電阻接地的電網，由單相弧光接地過電壓造成的設備損壞、影響系統安全運行、甚至發生人畜傷亡以及火災等嚴重事故仍時有發生。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節消弧線圈的感抗，但電網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燃燒。隨著電網的發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，每次絕緣事故導致跳閘造成的危害及經濟損失都越來越嚴重。

　　同時，隨著配電系統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。在佛山電網變電站中，已對數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計，消弧裝置將中性點非有效接地電網發生單相接地故障時、將相對地及相間過電壓限制在電網安全運行的范圍之內，發出接地信號，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備及電網安全運行的威脅，切實提高了電網的供電可靠性。

　　2 新型裝置的工作原理

　　(1)故障相經電抗器接地滅弧原理

　　消弧裝置在供電網絡發生單相接地時，能迅速動作進行滅弧。

　　消弧裝置采集系統的三相電壓、零序電壓，通過比相、比幅計算判斷系統運行狀況，當判定單相接地發生，立即驅動故障相的開關Za閉合，將故障相通過電抗器接地，以鉗制故障相電壓，對系統出現的高幅值弧光接地起始的暫態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，準確選線并穩妥可靠地切除故障線路。

　　當裝置判定單相接地發生，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，系統恢復正常。若故障仍存在，立刻再次閉合故障相開關，經延時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跳閘命令切除故障線路后電抗器復歸;3)不投跳閘壓板，其余設定同2)，在t3時間內由人工切除古戰線路。

　　(3)消諧原理

　　鐵磁諧振是由于系統中的電壓互感器、變壓器、消弧線圈等非線性電感受激而產生磁路飽和，引發持續的震蕩。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。

　　消弧裝置當檢測到諧振發生后，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 裝置的綜合對比優勢

　　1)相較于消弧線圈保護的優勢

　　可消除高阻接地的保護盲區，可使3U0>10V，消弧裝置能可靠消弧，及準確選線，無需跟蹤電容電流的變化;無需接地變、電抗器室等附加設備，降低了工程的造價，有效控制工程的建設成本。裝置容量適應范圍更寬，可兼容系統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，相當于900kVAd的消弧線圈容量)，大大節約工程成本。

　　2)相較于小電阻保護的優勢

　　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，對人身設備威脅低，對通信干擾小;對變電站的地網、出線耐火等級、自動化等指標要求較低，不需電阻室，工程的建設成本更經濟。

　　4 結束語

　　在設計過程中，該類產品選型簡單、體積較小。實際運行中使用方便，設備維護量較小。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，大幅提了電力系統的安全穩定運行水平。可減少工程投資，占地小，節約建筑面積效果明顯，對提高供電的可靠性、建設綠色電網意義重大。

　　參考文獻

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