微機消弧和選線裝置在電力系統中應用的探討

喻建冬，李付博，王振奇，賈 俊

（1. 洛鉬集團選礦三公司，河南 洛陽 471500；2. 洛鉬集團選礦二公司，河南 洛陽 471500）

1 概述

經濟的不斷發展和人民生活水平的不斷提高，電力系統的安全運行及供電可靠性顯得越來越重要。長期以來，我國3－35 kV的配電網大多采用中性點非直接接地運行方式。這種運行方式在單相接地時允許短時間帶故障運行，因而大大提高了系統的供電可靠性。但隨著城鄉電網的擴大及電纜出線增多，系統對地電容電流急劇增加，單相接地后流經故障點的電流較大，電弧不易熄滅，容易產生間歇性弧光接地過電壓，同時由于電磁式電壓互感器鐵芯飽和時容易引起諧振過電壓，導致事故跳閘率明顯上升。

根據生產需要，我公司10 kV電力系統在運行時采用中性點不接地方式運行，我們知道中性點不接地系統在發生單相接地時，系統的三相電壓平衡并不破壞，可以維持供電。但是其他兩相對地電壓將升高到故障相倍即線電壓，而電網中的電氣設備，如變壓器、電壓互感器、電流互感器、斷路器、電纜線路對地絕緣水平，雖能滿足長期承受線電壓作用的要求，但對于供電網中發生單相弧光性接地時故障就顯的較嚴重了。因為間歇性弧光可以造成最大峰值可達 3.5倍的相電壓峰值，這樣勢必造成固體絕緣的累積性損傷和絕緣薄弱環節即被損，使事故擴大，造成設備擊穿和短路等重大事故。同時由于線路中的弧光性過電壓，致使部分電壓互感器飽和，諧振和過載甚至燒毀。嚴重的還能造成避雷器爆炸，變壓器損壞及產生一定火災隱患，更為嚴重的可以誘發供電線路的大諧振，造成變壓器爆炸，使綜合保護嚴重受損，使變配電系統全面崩潰。

消除間歇性弧光接地故障和限制弧光接地過電壓的主要措施傳統上是在電網的中性點對地之間安裝消弧線圈。利用消弧線圈的補償作用，一方面減少單相接地時通過接地點的接地電流，使接地故障不至于迅速擴大，延長帶接地故障運行的時間；另一方面可以延緩恢復電壓的上升速度，利于熄弧。雖然消弧線圈具有補償電網的接地電容電流，減緩接地故障電流的破壞作用，降低故障相恢復電壓的上升速度，使電弧易于熄滅等優點；但存在著成本較高，占地面積大；選型、安裝、運行及維護較復雜；裝置自身故障率較高；限制過電壓能力較差；不能完全消除間歇性弧光接地；永久性接地故障點流過故障點的殘流仍然存在；接地選線準確率較低等缺點。

針對消弧線圈的不足，在建站時，我們選用了KWX型微機消弧及過電壓保護裝置，并且選用了DW2000J型小電流接地選線裝置來實現故障線路的選擇問題，通過實際運行，證實兩個裝置能夠很好配合，實現了解決消弧以及故障處理的問題，具有普遍使用性。

2 KWX微機消弧及過壓保護裝置原理圖及基本原理

KWX微機消弧及過壓保護裝置原理圖，見圖1。

主要組成：分相真空接觸器、DCB過電壓保護器、微機控制器、高能限壓限流器、電壓互感器、快速熔斷器、隔離開關、可變電抗器等。

KWX微機控制器通過PT始終對電網電壓和中性點電位進行監測，并實時自動測量系統的電容電流，KWX根據電網三相電壓幅值、相位、不平程度以及中性點位移電壓的幅值和相位等，自動判斷系統發生的故障性質，當電網系統發生單相接地時，KWX首先根據所監測到的數據，判斷相別及接地屬性，根據接地屬性，KWX做出如下處理：

（1）如果接地故障屬于穩定的金屬性接地，則KWX發出故障相別及接地屬性（金屬性接地）報警信號。

（2）如果接地故障屬于不穩定的間歇性弧光接地時，則除判斷相別及接地屬性并報警外，KWX控制器迅速發出指令，使故障相的高壓真空接觸器閉合，將可變電抗器投入，由可變電抗器將故障相的電流降低，使弧道電流限制在一定的范圍內，且可變電抗器吸收大部分的電弧激勵能量，降低殘流，使弧道的恢復電壓上升速度減緩，保證電弧的可靠熄滅。

（3）消諧功能的實現：通過對零序電壓幅值和相位的檢測，KWX控制器將限流電抗器投入系統中，由于限流電抗器的作用降低并限制了諧振電壓的諧振源，從而達到消諧的目的；同時控制器具有二次消諧功能，防止 PT鐵磁諧振對電網的沖擊，保護了PT的正常運行。

（4）DCB組合式過電壓保護裝置，由放電間隙和氧化鋅壓敏電阻組成，當系統發生短暫的雷電和各種操作過電壓時，由其限制并吸收。它具有很高的保護性能和可靠的穩定性，能承受較高值間的暫態過電壓而不損壞，在后續保護裝置動作前，對系統出現的弧光或諧振過電壓能進行一定的限制。在絕緣水平下降較大的情況下，能將過電壓限制得較低，由過電壓沖擊引起的單相接地、短路、諧振等事故就會越少。

（5）圖中設置的組合式過壓保護裝置分別跨接三相母線與地之間，RD1為限流式熔斷器，JZa－z為開關的常開觸頭，正常運行時三相觸頭相互閉鎖，當閉鎖失靈造成同時合兩相或三相的誤動作或外因造成兩相短路時，裝置中的限流熔斷器將迅速熔斷，切斷短路點并通過熔斷器撞針實現報警。

3 兩種裝置在實際運用中的效果

KWX微機消弧及過壓保護裝置和DW2000J型小電流接地微機選線裝置，同時監測電網，同時運行，但又獨立工作，互不干擾，最大限度的提高了消弧、過電壓保護及接地故障選線的質量，當出現接地問題時，KWX判斷是弧光接地還是金屬性接地，如果是金屬性接地，KWX報警并顯示故障相別，同時DW2000J在工作，判斷出故障相別及線路，等待電氣維修人員處理；當出現弧光接地時，KWX動作，消除弧光，并報警，同時DW2000J也在工作，判斷出故障相別及線路，等待電氣維修人員處理。實際運行表明，兩者的綜合運用，電網的接地問題得到有效解決，最大限度的保證電網及設備的安全、有效運行。并且兩種裝置都采用微機元件作為中央處理單元，且都是成套使用，配套設備先進，具有故障響應時間快、精度高、人機界面友好、調試簡單等特點。使用后大大方便了維修電工，減輕了維修電工的工作量，減少了故障查找時間，提高了工作效率。

在我公司10 kV電網運行近5 a中，出現接地故障，兩種裝置配合使用能快速消除故障，達到了預期目的。

處理問題實例：近日，A高壓開關站某一路出線為一600 kW高壓異步電動機帶動山特維克圓錐破碎機，在運行過程中，電機隨破碎機震動，由于在接線時螺絲沒固定好，連續的震動造成電機接線大幅松動，造成出現弧光接地現象，A站KWX微機消弧及過壓保護裝置迅速動作，但是由于弧光連續出現，造成連續消弧動作，維修人員在查看DW2000J型小電流接地微機選線裝置的報警信號后，快速確定故障線路，停機檢查，排除故障。

4 現有微機消弧和選線裝置在電力系統中應用的探討

筆者在寫此文時，查閱了大量資料，包括設計資料、論文、設備使用說明書、文獻以及網絡上設備使用單位對各種微機消弧和選線裝置的評價。電子技術和單片機技術的發展以及使用，使電網接地問題得到了有效的解決，但也存在一定的問題，如微機消弧裝置在應用過程中，出現接地現象，同級高壓開關站的微機消弧裝置也會動作，而有的高壓開關站未安裝微機消弧裝置和選線裝置，這給故障的處理帶來不小麻煩。在微機選線方面，選線原理提出了很多，但受故障特征多樣性、隨機性、不穩定性以及暫態量多變等多方面的影響，微機選線裝置設計單位往往選擇一種或幾種原理作為選線判據，綜合所有原理作為判據設計選線裝置，受配套設備、安裝質量、電網結構等多方面因素影響一般不采用。在選擇選線裝置時，要根據工廠電網實際情況選擇，以達到最佳效果，如我公司選擇的DW2000J型小電流接地微機選線裝置就能夠滿足本公司電網的運行需求。

5 結束語

KWX微機消弧及過壓保護裝置和DW2000J型小電流接地微機選線裝置的綜合運用，有效的解決了本單位10 kV電網接地問題，達到預期目的，保證了電網及設備的安全運行。隨著電子技術以及單片機技術的發展、配套檢測設備以及技術的發展、理論的不斷提出，電網接地問題必將得到更好的解決。

1 李潤先.中壓電網系統接地實用技術［M］.北京：中國電力出版社，2002

2 牟龍華、孟慶海.供配電安全技術［M］.北京：機械出版社，2003

3 丁書文.電力系統自動裝置原理［M］.北京：中國電力出版社，2007