淺談兩種消弧裝置

摘 要：不接地系統線路發生單相接地故障時將會產生弧光過電壓，極大的危害電網的安全穩定運行，現介紹兩種不同原理的消弧裝置的消弧防止過電壓的原理、及在現場運行中的故障處理。

關鍵詞：消弧；消弧線圈；過電壓

1 引言

隨著電網負荷的逐年增長及電纜出線的增多，系統的電容電流大幅度增大。在35kV、10kV不接地系統發生單相接地故障時故障點將產生間歇性電弧，當電容電流過大接地點電弧不能自行熄滅將產生弧光接地過電壓，從而使非故障相對地電壓極大增加。在電弧接地過電壓的作用下，可能導致絕緣損壞造成兩點或多點接地短路，使事故擴大。為此采取的措施是：（1）35kV、10kV電網電容電流超過10A就需要在中性點裝設消弧線圈，利用消弧線圈的感性電流補償接地故障時的容性電流，使接地故障電流減小，以致自動熄弧，減小過電壓保證繼續供電；（2）通過真空接觸器將接地相母線直接接地，使弧光接地轉化為金屬性接地從而起到滅弧較小過電壓的作用。

2 消弧線圈

2.1 消弧線圈的工作原理

圖1 中性點經消弧線圈接地配網單相接地故障示意圖

圖1為帶消弧補償的配網單相接地故障示意圖，圖中L為消弧線圈，R為阻尼電阻，K1為一次隔離開關，K2、K3為真空接觸器，Id為接地電流

其中Ic為配網系統對地的電容電流之和，IL為消弧線圈所補償的電感電流。

當此系統發生單相接地故障時流經故障點d的短路電流為此接地線路對應電壓等級電網的全部對地電容電流，如果此電容電流相當大就會在接地點產生間歇性電弧。消弧線圈為一可調的電感線圈，它提供一個與電容電流相位差為180°的電感電流，補償電容電流減小流經接地點的故障電流，來達到消弧的目的。

2.2 消弧線圈的三種補償方式

2.2.1 消弧線圈對電容電流的補償有三種不同的運行方式：

消弧線圈的作用是當發生單相接地故障后，提供一電感電流補償電容電流，使接地電流減小，使故障相接地電弧兩端的恢復電壓速度降低，達到熄滅電弧的目的。當消弧線圈正確調諧時，不僅可以有效的抑制過電壓的幅值，同時也最大限度的減小故障點熱破壞作用及接地電網的電壓。正確調諧，即電感電流接近或等于電容電流，工程上用脫諧度V來描述調諧程度

V=（Ic-IL）/Ic

（1）欠補償，當V>0時補償后電感電流小于電容電流，或者說補償的感抗ωL大于線路容抗1/3ωC0，電網以欠補償的方式運行；

（2）過補償，當V<0時補償后電感電流大于電容電流，或者說補償的感抗ωL小于于線路容抗1/3ωC0，電網以過補償的方式運行；

（3）全補償，當V=0時補償后電感電流等于電容電流，或者說補償的感抗ωL等于線路容抗1/3ωC0，電網以全補償的方式運行。

2.2.2 各運行方式的比較

消弧線圈產生的感性電流完全補償故障點的電容電流時，此種方式應為最理想的補償方式但是全補償將因發生串聯諧振而使消弧線圈感受到很高的電壓，損壞消弧線圈。若消弧線圈運行在欠補償的方式下，電網發生故障時容易出現數值很大的過電壓，在電網正常運行時如果三相不對稱度較大，還有可能出現數值很大的鐵磁諧振過電壓，危及一次設備的安全運行。采用過補償方式，不但可以滿足系統不斷擴大，電網對地電容隨之增大而需增加的補償容量要求，并且在過補償時流過接地點的為電感電流，熄弧后故障相電壓恢復速度較慢，接地電弧不易重燃。鑒于過補償方式的以上優點在35kV及10kV配網中消弧線圈普遍采用過補償方式。

2.3 固定補償及自動跟蹤補償消弧線圈

銀北局在110kV變電站中廣范采用人工調匝式固定補償的消弧線圈，此消弧線圈在這種較為簡單的電網中運行在過補償方式下，可有效的補償接地電容電流并使接地點流過電感電流，弧光熄滅后不易重燃。而且這種固定檔位的消弧線圈也較經濟，可降低變電站的造價。但是這種消弧線圈若運行在變動比較頻繁的復雜電網中時，當電網中發生了事故跳閘或重合等參數變化時脫諧度無法控制，以致往往運行在不允許地脫諧度下，造成中性點過電壓，三相電壓對稱遭到破壞危及電網的安全穩定運行。因此220kV變電站采用跟蹤電網電容電流自動調諧的消弧補償裝置，裝置自動跟蹤電網電容電流的變化，隨時調整消弧線圈的分接頭或二次繞組的電容組，使其保持在諧振點上，接近于全補償。

3 消弧過電壓保護裝置XHG

3.1 消弧過電壓設備在電纜線路中的應用

隨著城市電網架空線路的入地改造，電纜出線逐步增多，同架空線路不同的是電纜線路的分布電容遠大于架空線路即使加裝了消弧線圈，發生接地故障時流經故障點的電流接近為零但是不能完全補償仍有殘流，經武漢高壓研究所試驗表明，消弧線圈在電纜線路中不能有效的消弧防止過電壓。因此在電纜出線較多的變電站中采用一種新型的消弧過電壓保護設備XHG。

3.2 消弧過電壓設備XHG的工作原理

圖2 消弧過電壓裝置XHG工作原理圖

QF為一次隔離開關，PT為電壓互感器，FUR為高壓限流熔斷器，JZ為分相真空接觸器。

當系統發生單相接地時，微機控制器對來自電壓互感器的Uao、Ubo、Uco信號量進行計算處理，判斷接地相別和接地屬性：如果接地故障是穩定的金屬性直接接地，發出接地報警信號；如果接地故障是不穩定的間歇性弧光接地，則發出指令使故障相的真空接觸器動作，將故障相直接接地，這時系統由不穩定的弧光接地轉變成穩定的金屬性接地，故障點的弧光消失。真空接觸器動作接地數秒后微機控制器將真空接觸器斷開一次，如果真空接觸器斷開后再無弧光接地故障現象，說明這一接地故障是暫時性的，系統恢復正常運行，如果真空接觸器斷開后再次出現弧光接地故障則說明這一故障為永久性弧光接地，此時再次使真空接觸器閉合，微機控制器發出接地報警，告知值班人員進行人工選線切除故障線路。

3.3 消弧過電壓裝置的優點

（1）對系統設備的運行安全威脅最大的弧光接地過電壓被限制，并隨著故障相母線的直接接地而消失；（2）將母線過電壓限制在較低的水平，原本可能引發的鐵磁諧振過電壓的可能性大大減小；（3）其限制過電壓的功能較消弧線圈更完善；（4）其限制過電壓的機理與電網對地電容電流的大小無關，因而其保護性能不隨電網運行方式的改變而變化；（5）體積小，價格低廉，經濟性較好，可降低變電站造價。

4 結束語

消弧線圈對架空線路發生接地故障時熄滅電弧防止過電壓起到重要作用但也暴露出了些不足：（1）容易產生串聯諧振過電壓和虛幻接地現象；（2）發大了變壓器高壓側到低壓側的傳遞過電壓；（3）使小電流選線裝置靈敏性降低甚至無法選線；（4）用電感電流去抵消電容電流時，對于弧光接地時的高頻分量都無法抵消；（5）體積較大并且經濟性較差。而消弧過電壓裝置XHG作為一種新型的滅弧防止過電壓設備其在電纜出線發生單相接地故障時能起到良好的滅弧作用，有效的防止了由于過電壓造成的事故擴大和影響電網安全運行事故的發生。

參考文獻

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