中性點不接地6kV配電系統過電壓防范措施分析

黃見

摘 要：文章主要對中性點不接地運行方式的6kV配電系統過電壓產生的原因進行了介紹，重點分析了過電壓的防范措施，為有效消除中性點不接地的配電系統諧振提供實踐經驗。

關鍵詞：配電系統；過電壓；諧振；消諧

1 過電壓分析

在中性點不接地運行方式的6kV配電系統中，內部過電壓是普遍關心的問題。由于真空斷路器的廣泛采用，以及電網規模不斷擴大，電壓互感器柜的增多，電纜的使用越來越多，使因開斷空載變壓器及高壓電動機等電感負荷產生的操作過電壓和單相接地時電弧不能自熄形成的間歇性弧光接地過電壓越來越嚴重，成為電網及設備安全運行的主要威脅。

1.1 弧光接地過電壓

采用中性點不接地運行方式的6kV配電系統中，當發生單相接地故障時，由于故障點電弧不能自動熄弧，從而發生電弧周期性的熄滅與重燃，出現間歇電弧，引起電網產生高頻振蕩，形成過電壓。而且過電壓持續的時間可以達到數十分鐘或更長，波及范圍廣，對電氣設備危害嚴重。鐵磁諧振過電壓對電力設備的危害并不僅僅局限于互感器本身，它除了波及到相鄰的開關柜之外，更多的事故則是發生在備用的或處于斷開狀態的高壓開關設備上。因為諧振發生時具有電壓幅值高、變化速度快且極易在斷口處出現反擊等特點。這種反擊電壓往往會超出額定電壓很多倍，這么高的沖擊電壓，大大超過了高壓開關設備的實際承受能力，特別是那些具有某些缺陷或絕緣環節不夠完善的高壓開關就會發生爆炸事故。這就是引起電氣設備爆炸事故的主要原因。

1.2 電感負荷產生的操作過電壓

由于真空斷路器分斷速度快、滅弧能力強，在開斷電感負荷時有可能不是在電流經過工頻零點時熄弧，而是在電流瞬時值為i時，被迫在極短的時間內下降到零，從而產生截流過電壓和三相同時截流過電壓，另外開斷后還會產生高頻振蕩，使斷路器發生多次重燃過電壓，主要表現為相間過電壓，幅值最高可以達到3.5倍正常運行電壓的相電壓的峰值，而相對地過電壓數值僅為相間過電壓的1/2左右。

2 過電壓防范措施

2.1 加裝二次微機消諧器和一次消諧裝置

微機消諧裝置將微機技術用于電網消諧，利用計算機快速、準確的數據處理能力，通過對PT開口三角電壓的采集，對電網諧振時的各種頻率實現快速傅里葉成份分析，準確地辨別出：單相接地、過渡過程和電網諧振。如果是諧振，計算機發出指令使消諧電路投入，實現快速消諧。微電腦諧振消除裝置的核心部件是單片微機，即中央處理器。由中央處理器來控制并聯在電壓互感器二次側開口三角繞組上的可控硅的運行狀態。正常運行情況下，電壓互感器開口三角繞組的零序電壓為零，或接近于零，這時可控硅處于阻斷狀態，對于電力系統不會造成任何影響。但是當該電壓不為零時說明電網發生了故障或處于不對稱運行狀態，這時中央處理器則會根據它采集到的零序電壓的大小和頻率的高低，進行計算分析和判斷。如果是單相接地故障，那么消諧裝置便會給出接地故障報警并顯示；如果是系統諧振的話，則裝置在發出聲光信號的同時，啟動執行元件可控硅，使之瞬間短路進行強阻尼，而諧振便會在這一強烈的阻尼下迅速消失。在6kV電網中性點不接地系統中，母線上電壓互感器星形接線的PT一次繞組將成為該電網對地唯一金屬性通道。單相接地或消失時，電網對地電容通過PT一次繞組有一個充放電的過渡過程。安裝了一、二次消諧裝置可有效地解決以下4個問題：消除或阻尼PT非線性勵磁特性而引起的鐵磁諧振過電壓，這種諧振過電壓會導致系統相電壓不穩定；能有效地抑制間隙性弧光接地時流過PT繞組的過電流，防止PT的燒毀；限制系統單相接地消失時在PT一次繞組回路中產生的涌流，這種涌流會損壞PT或使PT熔絲熔斷；當系統發生單相接地后可較長時間保護PT免受損壞。

2.2 加裝智能型接地補償裝置

在中性點不接地的6kV母線上加裝了智能型接地補償裝置，這種方法是利用微機技術，自動控制電動式消弧線圈，當電網對地電容發生變化時，自動調節消弧線圈的分頭，使之處于最佳值，當電網發生單項接地時，流過消弧電抗器的電流與對地電容電流相互抵消，使故障點的殘流限制在安全值以下，電弧熄滅。

2.3 加裝過電壓保護器

對容量較大主變壓器側和高壓電動機側加裝四星形接法的過電壓保護器。這種接線方式可將相間過電壓大大降低，據有關數據測量與常規避雷器相比，相間過電壓下降了60%～70%，可靠地保護了設備。

3 案例分析

某套6kv配電系統每當空投母線時（全部饋線斷開），系統都要發生諧振。配電系統在投入使用時未設計消諧裝置，為了消除諧振就臨時在電壓互感器三角形開口串接一個150W燈泡，投送空載母線時諧振被抑制，退出燈泡后系統也不再有諧振。后來加裝一臺微機型二次消諧裝置，諧振反倒無法消除。在多次實驗中，只有兩次消除了諧振，消諧裝置上顯示諧振故障，一次頻率為25Hz，電壓11V，一次頻率150Hz，電壓72V，其余諧振都未消除，消諧裝置上報接地故障或過電壓故障，無頻率顯示，電壓顯示70-140之間。通過實驗和分析，發現第一次安裝的消諧裝置不采集三相對地電壓，裝置判斷諧振的條件是電壓互感器三角形開口電壓和電壓頻率，當電壓大于判斷值而電壓頻率為工頻時，裝置認為接地故障或過電壓故障，不進行消諧處理，第二次改用了帶檢測三相對地電壓的消諧裝置，諧振的判斷條件增加了三相對地電壓，當電壓大于判斷值而電壓頻率為工頻時，還要有一相電壓為零，才判斷為接地故障，否則判斷為諧振，并進行消諧處理。經過改造后系統發生的諧振都能有效的消除。通過上述的試驗和改造，我們認為引起系統諧振的原因是母線在不帶負荷時，系統內的XC/XL比值接近引起諧振的條件值，在投送進線開關時形成的操作過電壓，使電壓互感器感抗XL發生變化，XC/XL比值到達了引起諧振的條件值，而且基本上發生的是基波諧振。每次發生諧振時從保護裝置上得到的系統三相二次電壓分別為A相：17-19V，B相：80-85V，C相：77-87V，電壓互感器三角形開口電壓70V左右。三相電壓一相降低，二相升高，也符合基波諧振的特點。由此可見，操作過電壓引起的諧振比較普遍，而且在選擇二次微機消諧裝置要考慮具有判斷基波諧振能力的消諧裝置，避免誤判，從而達不到消諧的作用。

4 結語

在中性點不接地6kV配電系統中，內部過電壓問題是工廠普遍關心的問題。其中因開斷空載變壓器及高壓電動機等電感負荷產生的操作過電壓和單相接地時電弧不能自熄形成的間歇性弧光接地過電壓越來越嚴重，這兩種過電壓是6kV配電系統電氣設備的主要威脅，如何消除過電壓所導致的諧振，是值得相關工作者深入研究的問題。

參考文獻

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