快速開關型消弧及過電壓保護裝置在6kV系統的應用

摘要：6kV系統供電采用的是中性點不接地系統，發生單相接地后，故障相對地電壓降低，非故障兩相的相電壓升高，但線電壓卻依然對稱，因而不影響對負荷的連續供電，系統可運行1～2 h，這是小電流接地系統的最大優點;但是當系統發生單相間歇性弧光接地故障時，由于電弧多次不斷的熄滅和重燃，導致系統對地電容上的電荷多次不斷的積累和重新再分配，在非故障相的電感—電容回路上引起高頻振蕩過電壓。

關鍵詞：消弧及過電壓保護裝置;中性點不接地系統;石化企業電網

一、前言

6kV系統供電采用的是中性點不接地系統，發生單相接地后，故障相對地電壓降低，非故障兩相的相電壓升高，但線電壓卻依然對稱，因而不影響對負荷的連續供電，系統可運行1～2 h，這是小電流接地系統的最大優點;但是當系統發生單相間歇性弧光接地故障時，由于電弧多次不斷的熄滅和重燃，導致系統對地電容上的電荷多次不斷的積累和重新再分配，在非故障相的電感—電容回路上引起高頻振蕩過電壓。6kV饋線以電纜線路為主，供電網絕緣擊穿的可能性大大提高（局部放電會造成絕緣的積累性損傷），對于電纜線路弧光接地時，經測試非故障相的過電壓可達4～7倍。最終在非故障相的絕緣薄弱環節造成對地擊穿，進而發展成為相間短路事故。這種電纜單相接地引發的電纜短路事故危害極大，可造成設備損壞和大面積晃電，致使裝置停車。消弧裝置能及時發現各線路的單相非金屬接地故障，將單相非金屬接地轉變為單相金屬直接接地，運行人員根據小電流裝置的選線情況，及時切除故障線路，保護電氣設備，并避免事故擴大。本文通過一起6kV線路的單相弧光接地事故案列分析該裝置在系統發生弧光接地時的動作情況。

二、快速開關型消弧及過電壓保護裝置簡介

某6kV變電站采用快速開關型消弧及過電壓保護裝置（消除弧光接地）+小電流選線裝置（用于饋線回路檢測）+流敏型消諧裝置（電壓互感器及熔絲安全）配置，當系統發生單相電弧接地時，在40ms之內將弧光接地快速地轉化為金屬接地，（其中故障相真空接觸器合閘時間小于10ms），并將接地點電弧電流減少到零，從而使弧光熄滅，系統過電壓被限制在相電壓值的√3倍以內，最大可能地防止間隙性弧光接地故障的發展。且在弧光發生的同時配有小電流選線裝置可以準確選出是哪一路饋線接地、開關柜號、接地時間、接地電流大小并將信號傳到電氣控制室，便于運行人員迅速排除故障。

三、事件經過

某日，6kV變電站后臺報警“I段6126消諧接地故障”、“I段6126消諧A相動作”、“I段6126小電流第一段故障”、“6112柜線路接地（14號）”、“I段6126消弧A相動作”、“I段6126消弧弧光接地”、“I段6126消弧A相動作”，現場檢查確認I段消弧柜A相接觸器吸合。空分一線6112對側倒方式停電后，接地故障消失。經檢查，空分一線對側6117柜（P-1/1）高壓柜電纜室側板滑落至避雷器A相樁頭處發生單相弧光接地。

3 消弧裝置動作情況分析

3.1 小電流選線裝置動作情況

查看小電流接地選線裝置歷史記錄，選線為14號線（化工一線），零序電流27.4A，達到選線動作值（零序電壓大于15V，零序電流大于5A），選線正確。

3.2 快速開關型消弧及過電壓保護裝置動作情況

通過故障錄波，我們可以看出18：04 6kV I段A相發生接地，經過4到5個波形（90ms左右）消弧柜A相動作，從波形圖上可以看出：消弧柜A相動作前6kV I段電壓值（UA：24V、UB：109V、UC：85V、UN：87V），達到消弧柜動作條件（接地相電壓大于5V為弧光接地小于5V為金屬接地，非接地相電壓大于85V，零序電壓大于50V），消弧柜正確動作。

18：49接地故障切除后，復位消弧柜控制器，A相接觸器斷開后經過120ms系統電壓恢復正常。18：58 系統發生諧振持續4s左右，由于6kV I段電壓值（UA：36V、UB：72V、UC：106V、UN：83V）未到達消弧柜動作條件非接地相電壓大于85V，消弧柜未動作。

3.3流敏型消諧裝置動作情況

查看免諧裝置歷史記錄，裝置動作兩次，一次動作在系統發生弧光接地時，一次發生在當系統接地消失后，流過PT一次中性點的涌流最大為88mA，經消諧裝置流敏電阻消耗，480ms后電壓正常。通過故障錄波可以看出兩次均達到動作值（開口電壓大于15V），均為正確動作。

本次單相弧光接地事故發生后，小電流選線及消弧及過電壓保護裝置動作正確，消弧裝置及時將弧光接地轉化為穩定的金屬接地，流敏型消諧裝置抑制了系統的諧振，未引發次生事故，保證了系統的安全穩定供電。

四、結束語

通過消弧及過電壓保護裝置的主動干預可以減少單相接地故障給電網運行帶來的不良影響，但我們還要積極改善設備的運行條件，及時消除設備缺陷，保持設備的清潔，提高設備的絕緣水平。同時，完善相關典型事故預案，還要提高運行人員的技術水平，縮短查找處理接地故障的時間。

參考文獻：

[1]《35kV變電站中性點接地方式研究》，中國電力出版社，2006

[2]《國家電網公司十八項電網重大反事故措施（修訂版）》國家電網公司，2012.

[3]唐濤，《發電廠與變電站自動化技術及其應用》中國電力出版社，2005

作者簡介：梅云峰（1982-），男，工程師，2007年畢業于西安石油大學電氣工程及其自動化，在烏石化熱電廠從事電氣相關工作。

中國石油烏魯木齊石化分公司熱電廠 新疆烏魯木齊 830019