中壓系統(tǒng)電網(wǎng)保護(hù)裝置及方法

鄧海波

摘 要：經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步需要能源的支撐，電能是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要能源形式，建立安全、穩(wěn)定的電網(wǎng)系統(tǒng)是確保我國(guó)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵。中壓系統(tǒng)是電網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分，該部分在運(yùn)行中面臨的單相接地故障成為電氣設(shè)備正常運(yùn)行的極大隱患，若不采取有效的保護(hù)措施，可能會(huì)引發(fā)重大的安全事故，給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)極大的威脅。本文將對(duì)中壓系統(tǒng)電網(wǎng)保護(hù)裝置及保護(hù)方法進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，并對(duì)綜合智能化保護(hù)裝置的應(yīng)用前景做簡(jiǎn)單預(yù)測(cè)。

關(guān)鍵詞：中壓系統(tǒng)；保護(hù)裝置；弧光接地；高阻接地；諧振

1 概述

經(jīng)濟(jì)發(fā)展離不開(kāi)能源支持，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要依托的是電能，因此，加強(qiáng)建設(shè)和發(fā)展我國(guó)的電力系統(tǒng)，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供安全、穩(wěn)定的能源成為我國(guó)當(dāng)前面臨的主要任務(wù)。中壓配網(wǎng)是電力供應(yīng)的末端環(huán)節(jié)，其運(yùn)行的安全性關(guān)系到千家萬(wàn)戶(hù)的生命財(cái)產(chǎn)安全，如何采取有效的防護(hù)措施，加強(qiáng)中壓配網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性是本文要解決的主要問(wèn)題。

2 中壓系統(tǒng)電網(wǎng)故障及其保護(hù)

2.1 中壓電網(wǎng)故障

單相接地是電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中面臨的主要故障形式，幾乎達(dá)到了電網(wǎng)故障總數(shù)的60%以上。單相接地故障主要表現(xiàn)形式為弧光接地、高阻接地以及諧振。

2.1.1 弧光接地。弧光接地是危害最大的一種故障表現(xiàn)形式。中壓電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行方式是中性點(diǎn)不接地，當(dāng)接地電流超過(guò)5A時(shí)，單項(xiàng)接地電弧無(wú)法自行消滅，會(huì)產(chǎn)生極高的間歇性弧光過(guò)電壓，降低電器設(shè)備的絕緣性能，容易引發(fā)短路故障，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成火災(zāi)事故。隨著電纜在配網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用越來(lái)越多，接地電容電流逐漸增大，從而造成弧光接地故障的程度逐漸加深，加裝必要的消弧設(shè)備，很有必要。

2.1.2 高阻接地。高阻接地故障在單項(xiàng)接地中較為常見(jiàn)，該故障引發(fā)因素較多，如架空線路遇到樹(shù)枝掛碰造成斷路、電纜老化、電纜絕緣受潮都會(huì)表現(xiàn)出高阻接地故障。高阻接地故障表現(xiàn)形式多樣，接地電阻變化范圍大，不穩(wěn)定。

2.1.3 諧振。諧振是由于電力系統(tǒng)中電壓互感器、變壓器、消弧線圈等非線性電感受激產(chǎn)生磁路飽和，由此引發(fā)持續(xù)的震蕩；電路正常運(yùn)行時(shí)，電路初始感抗大于容抗，無(wú)諧振產(chǎn)生，當(dāng)電路發(fā)生故障或故障消除等突然變化時(shí)，感抗減小導(dǎo)致諧振產(chǎn)生，電感和電容兩側(cè)形成過(guò)電壓，對(duì)電器元件有損壞作用。諧振也是電網(wǎng)中常見(jiàn)的一種故障，尤其是在中壓電網(wǎng)中性點(diǎn)非有效接地電網(wǎng)中出現(xiàn)頻率較高。

2.2 中壓電網(wǎng)保護(hù)裝置及方法

2.2.1 消弧裝置及方法。當(dāng)前使用的消弧裝置有兩類(lèi)，一是將弧光接地轉(zhuǎn)為金屬接地的消弧裝置，另一類(lèi)是將孤光接地轉(zhuǎn)為通過(guò)ZnO（氧化鋅）接地的消弧裝置。前者工作原理是通過(guò)故障相接地開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟、閉合方式的改變，將弧光接地轉(zhuǎn)為金屬接地，從而達(dá)到熄弧的目的。該類(lèi)裝置對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊大，可靠性較差，在操作過(guò)程中引發(fā)的諧振可能會(huì)燒毀電壓互感器。后者工作原理是將ZnO閥片組并聯(lián)在故障相和地之間，利用其殘壓限制故障點(diǎn)相電壓，從而達(dá)到熄弧目的。該裝置無(wú)法消除電流超過(guò)5A的弧光接地故障，且承受能量有限，若時(shí)間過(guò)長(zhǎng)可能會(huì)引發(fā)爆炸。

電壓消弧法相對(duì)于以上兩種保護(hù)方法來(lái)說(shuō)具有一定的優(yōu)越性，該法不受接地電流的影響，且消弧徹底，方法簡(jiǎn)單。其工作原理如下：電網(wǎng)系統(tǒng)中出現(xiàn)單相弧光接地故障時(shí)，并聯(lián)在故障相母線和地之間的電抗器可將故障點(diǎn)兩側(cè)的電壓控制在安全范圍內(nèi)，使故障點(diǎn)兩側(cè)電壓小于弧隙抗電強(qiáng)度恢復(fù)的幅值，電弧重燃的機(jī)制被破壞，弧光接地故障得到控制；電抗器的投入可適當(dāng)延時(shí)3-5s，然后退出，確保弧隙抗電強(qiáng)度得到充分恢復(fù)，提高故障消除概率；延時(shí)后的保護(hù)裝置能確保系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生短路故障，又能避免瞬時(shí)故障造成的跳閘現(xiàn)象，提高了整個(gè)供電系統(tǒng)的可靠性。

2.2.2 高阻接地保護(hù)裝置及其方法。高阻接地保護(hù)裝置會(huì)存在誤判、誤動(dòng)或拒動(dòng)問(wèn)題，主要原因是高阻接地故障信息較弱和對(duì)故障認(rèn)知不足。不接地系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，是按照金屬接地對(duì)電壓進(jìn)行分析，此時(shí)接地相電壓為零，非接相電壓成為線電壓，中性點(diǎn)會(huì)偏移到接地點(diǎn)，零序電壓等于方向相反的故障前的相電壓。這就產(chǎn)生了“接地相是三相中電壓幅值最小的一相”的結(jié)論，接地保護(hù)裝置就以此結(jié)論為工作原理。而在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，以上結(jié)論只適用于接地電阻小于某臨界范圍內(nèi)，若接地電阻超過(guò)這個(gè)臨界值，接地相就不是電壓幅值最小的，若故障保護(hù)裝置以電壓為判斷依據(jù)，接地電壓的改變會(huì)導(dǎo)致保護(hù)裝置誤動(dòng)；若保護(hù)裝置以電流為判斷依據(jù)，則發(fā)生故障時(shí)電流太小會(huì)導(dǎo)致拒動(dòng)。保護(hù)裝置一旦出現(xiàn)誤動(dòng)或拒動(dòng)，就無(wú)法對(duì)電網(wǎng)形成有效保護(hù)。

2.2.3 消除諧振的裝置及方法。我國(guó)一次或二次消諧裝置是在電壓互感器的一次中性點(diǎn)或二次開(kāi)口三角處加電阻，該電阻的主要作用是消耗電能。這類(lèi)消諧裝置存在消諧死區(qū)，保護(hù)效果不理想，由于諧振而引發(fā)的電壓互感器燒毀故障、高壓熔管以及其他事故時(shí)有發(fā)生。

2.3 綜合智能保護(hù)裝置在中壓系統(tǒng)電網(wǎng)中的應(yīng)用

綜合智能保護(hù)裝置是利用微電子技術(shù)、多CPU技術(shù)、高速數(shù)據(jù)采集技術(shù)和處理技術(shù)、高電壓技術(shù)及其他專(zhuān)業(yè)判斷軟件制成的電網(wǎng)保護(hù)裝置，該裝置由微機(jī)控制器、電壓互感器、三只單項(xiàng)真空接觸器、隔離開(kāi)關(guān)、電抗器、柜體等部分組成。保護(hù)原理為：以微機(jī)控制器空電壓互感器和電流互感器的二次端檢測(cè)系統(tǒng)的三相電壓-頻率、零序電壓-頻率、零序電流的變化情況，對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行判斷，根據(jù)判斷結(jié)果發(fā)出報(bào)警指令和保護(hù)指令，該裝置在實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)中能對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)中的各項(xiàng)故障進(jìn)行及時(shí)、有效的報(bào)警和處理，有效地保障了電網(wǎng)中電氣設(shè)備的性能安全，具有較高的推廣價(jià)值。

3 結(jié)語(yǔ)

中壓電網(wǎng)是電力系統(tǒng)中重要組成部分，對(duì)于城市建設(shè)、農(nóng)村發(fā)展中的電力能源的傳輸具有重要影響。中壓系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)弧光接地、高阻接地、諧振接地等多種形式的故障，給電氣設(shè)備的安全運(yùn)行造成了不利影響，利用有效的保護(hù)裝置，消除以上故障對(duì)設(shè)備的影響，對(duì)于提高供電質(zhì)量具有積極意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫嘉寧.中壓電網(wǎng)系統(tǒng)消弧、消諧、單相接地故障綜合保護(hù)新方法及智能綜合保護(hù)裝置[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2007.

[2]盧雨翔.基于可靠性與經(jīng)濟(jì)性城市配電網(wǎng)規(guī)劃方法實(shí)踐與應(yīng)用[D].南昌大學(xué)，2014.

[3]于文濤，張明磊，楊玉柱.配電系統(tǒng)中低壓母線電弧光保護(hù)的工程應(yīng)用[J].安徽電力，2012（02）：42-44.

[4]王惠薔.變電站10kV母線保護(hù)方案研究[D].華南理工大學(xué)，2010.