淺談10千伏用戶側消弧裝置的運行

隨著電力科技的發展，用戶側的設備對安全、可靠的要求越來越高。在10千伏配網系統中，隨著電纜線路的增多，單相接地故障電流明顯增大，另外單相接地運行造成非故障相電壓升高，這兩者都使設備絕緣遭到嚴重威脅。變電站10千伏母線消弧線圈并聯小電阻接地系統的建設有效地解決了上述問題，但在其投入運行之后，用戶側安裝的消弧裝置則顯得不合時宜，應該退出運行。

1 10kV電網消弧系統工作原理

1.1 接地變中性點經消弧線圈接地工作原理

10kV系統正常運行時，消弧線圈兩端沒有壓降，沒有電流。當系統發生單相接地故障時，接地相對地電壓近似于零，中性點對地電壓上升為相電壓，非故障兩相對地電壓均上升為線電壓。此時，消弧線圈在中性點電壓作用下流過電感電流，設定電感使與非故障相對地電容電流幅值近似，形成全補償，使接地故障點的接地電流近似為零，從而達到滅弧、防止故障發展擴大的效果。

1.2 接地變中性點經消弧線圈并聯小電阻接地工作原理

當系統采用消弧線圈并聯小電阻（下稱“消并小”）接地方式時，如前所述，在單相接地故障發生后一定時間內（一般設定為5秒），接地點電弧可由消弧線圈熄滅；當接地故障持續時間超過5秒，判定為永久性接地故障時，通過投切裝置投入小電阻，以啟動10千伏出線零序保護跳閘隔離故障點。這種中性點接地方式有以下優點：

圖1 消弧線圈補償原理圖

相比直接經小電阻接地方式，消并小方式供電可靠性高。小電阻直接接地方式對于瞬時單相接地故障以及永久單相接地故障均作用于跳閘。由于配網的運行環境較為復雜，瞬時單相接地頻繁發生且難以避免，小電阻接地方式使10kV線路頻繁動作跳閘于瞬時單相接地，使供電可靠性得不到保障。而消并小方式僅僅對永久性單相接地故障動作跳閘，對于瞬時單相接地，由于消弧線圈的作用使大部分接地電弧難以重燃，從而使接地故障消失，不中斷對用戶的供電，保持較高的供電可靠性。

相比單純的消弧線圈接地方式，消并小方式能快速隔離永久單相接地故障，使系統迅速恢復正常運行。傳統的單純消弧線圈接地方式對于永久接地故障只能進行接地告警發信，而不能通過10千伏出線零序保護直接動作跳閘，調度值班人員根據接地告警發信所持續的時間人為判斷永久故障，然后決定手動斷開10千伏出線站端開關，這個過程相對耗時較長，在此期間非故障相的對地過電壓對設備絕緣有一定的傷害。而消并小方式則能在永久接地故障發生后快速合閘投入小電阻（5秒），使10千伏出線零序保護動作跳閘隔離故障，避免單相接地長時間運行對系統造成的傷害。

圖2 消并小電氣圖

圖3 消并小工作邏輯圖

2 中性點非有效接地系統用戶側消弧裝置的原理

如圖4所示，用戶側的消弧裝置主要由分相控制的高壓真空接觸器構成。當裝置采樣的開口三角電壓升高越限而其中兩相電壓接近或超過線電壓值時，消弧控制器根據故障相對地電壓的變化判斷是弧光接地還是金屬接地。當發生單相弧光接地時，控制器對該相高壓真空接觸器開關發出合閘命令，使故障相直接接地（故障相對地電壓直接降為零），熄滅故障點的接地電弧，限制弧光接地過電壓，有效控制接地故障的繼續發展。

圖4 用戶側消弧裝置電氣圖

3 消并小接地方式系統的用戶側安裝消弧裝置的弊端

根據用戶側消弧裝置的工作原理，其僅適用于中性點非有效接地的10千伏系統。對于中性點消并小接地系統，由于其已經能很好地應對其整個10千伏系統的所有出線單相瞬時接地和永久接地這兩種情況，若再在某出線的用戶側安裝上述消弧裝置，則將使該10千伏系統的任何出線、任何一次、任何一點單相瞬時接地故障變成該用戶所在線路的永久接地故障，從而使該10千伏出線的零序保護動作跳閘，大大增加了故障跳閘停電的概率，起到畫蛇添足的作用。

4 結語

目前我局大部分變電站10千伏系統已完成消弧線圈并聯小電阻接地的改造建設并投入運行，總體運行效果良好。運行實踐證明，在消并小系統中，在10千伏專變用戶側安裝消弧裝置將明顯增加10千伏線路的故障跳閘概率，降低其供電可靠性。由于變電站消并小改造是大勢所趨，所以任何10千伏專變用戶均不應安裝消弧裝置，已經安裝投運的應盡快退出運行。