諧振接地技術分析諧振接地技術分析 中性點經過消弧線圈接地的系統 也稱為諧振接地系統 系統中性點與大地之間接入 消弧線圈后 當發生單相接地故障時 接地處的接地電流就可以減少 消弧線圈是一個具 有鐵芯的電感線圈 線圈的電阻很小 電抗很大 消弧線圈的鐵芯留有間隙 填以絕緣紙 板 以避免飽和 它的線圈有分接頭可調整匝數 以改變其電抗的大小 1 中性點經消弧線圈接地的系統在正常工作時 中性點的電位為零 消弧線圈兩端沒有 電壓 所以沒有電流通過消弧線圈 當某一相發生金屬性接地時 消弧線圈中就會有電感 電流流過 補償了單相接地電流 如果適當選擇消弧線圈的匝數 就使消弧線圈的電感電 流和接地的對地電容電流大致的相等 就可使流過接地故障電流變得很小 從而減輕了電 弧的危害 2 中性點經消弧線圈接地的系統 如圖 2 1 所示 當發生一相完全接地時 其電壓的變 化和中性點不接地系統完全一樣 故障相對地的電壓變為零 非故障相對地電壓值升高到 倍 各相對地的絕緣水平是按照線電壓設計的 因為線電壓沒有變化 不影響用戶的工作 可以繼續運行 2 個小時 值班人員應盡快查找故障并且加以消除 3 消弧線圈的補償方法消弧線圈的補償方法 在單相接地故障時 根據消弧線圈產生的電感電流對容性的接地故障電流補償的程度 可分為三種補償方式 完全補償 欠補償和過補償 完全補償 I L I C 就是消弧線圈產生的電感電流剛好等于容性的接地電容電流 在接地故障處的電流等 于零 不會產生電弧 欠補償 I LIL I C C 就是由消弧線圈產生的電感電流略大于接地故障處流過的容性接地故障電流 在發生 完全接地故障時 接地處有大小為 I L I C 的感性電流流過 過補償時 流過接地故障處 的電流也不大 一般也要求補償到不會產生電弧為止 1 中性點經消弧線圈接地的系統在運行時 實際上都不采用完全補償的方式 也不采用欠 補償的方式 而采用過補償的方式 若采用完全補償的方式運行 在發生單相接地故障時 是一個諧振的系統 完好相的電容與消弧線圈的電感形成串聯諧振回路 串聯諧振也是電 壓諧振 諧振過電壓不但危及系統的對地絕緣 也對消弧線圈形成威脅 因此一般諧振系 統都不采用完全補償的運行方式 2 諧振系統接地在運行時 一般情況下也不采用欠補償的運行方式 而采用過補償運行 方式 因為若采用欠補償運行方式 當發生單相接地時 I L I C 這時若系統運行方式改 變 切除部分線路時整個電網的對地電容減少 容抗變大 IC 減小 便有可能滿足完全補 償的條件 從而產生諧振過電壓 采用過補償運行方式 雖切除部分線路使電容電流減少 了也不會產生諧振過電壓 只要選擇消弧線圈時留有一定的裕度 將來電網發展 對地電 容增加后 原來的消弧線圈還可以使用 3 但應該指出過補償方式下接地點將流過某一數值的電流 這種電流不能超過某一規定 值 否則故障點的電弧不能自動熄滅 一般采用過補償方式 補償后的殘余電流不超過 5 10A 運行經驗證明 各種電壓等級的電網 只要殘余電流不超過下表的允許值 接 地電弧就會自動熄滅 表 2 1 過補償時殘余電流的允許值 額定壓 10KV 6103560110 殘余電流極限值 A 30201053 如果系統中性點位移電壓過高 則單相接地時采用消弧線圈也難以滅弧 因此 要求 中性點經消弧線圈接地的系統在正常運行時中性點的位移電壓不得超過額定電壓的 15 這樣采用消弧線圈易于滅弧 4 4 自動跟蹤補償裝置 自動跟蹤補償裝置 1 目前 在諧振系統中 除了對消弧線圈合理調諧 正確動作和適當的運行維護外 還 采用了自動跟蹤補償裝置 它能夠避免人工調節消弧線圈的諸多麻煩 不會使電網的部分 活全部在調諧過程中暫時失去補償 能夠保持精確的精度 不僅提高了消弧線圈動作的成 功率 同時還能限制接地過電壓和諧振過電壓 2 自動補償裝置一般由驅動式消弧線圈和自動測控系統配套構成 自動完成跟蹤測量 和跟蹤補償 3 當補償電網的運行方式改變時 該裝置便自動跟蹤測量電網的電容電流 將消弧線圈 調諧到合理的補償狀態 或者當電網發生單相接地故障時 迅速將消弧線圈調諧到接近諧 振點的位置運行 使接地電弧瞬間熄滅 4 為了提高消弧線圈的動作成功率 并減輕運行人員的操作負擔 應優先選用自動跟蹤 補償的消弧線圈 雖然投資有所增加 但可以對運行人員帶來許多方便 而且還能顯著提 高電網的供電連續性 一 相接地電容電流的危害一 相接地電容電流的危害 中性點不接地的高壓電網中 單相接地電容電流的危害主要體現在以下四個方面 1 弧光接地過電壓的危害 當電容電流一旦過大 接地點電弧不能自行熄滅 當出現間歇性電弧接地時 產生弧 光接地過電壓 這種過電壓可達相電壓的 3 5 倍或更高 它遍布于整個電網中 并且持續 時間長 可達幾個小時 它不僅擊穿電網中的絕緣薄弱環節 而且對整個電網絕緣都有很 大的危害 2 造成接地點熱破壞及接地網電壓升高 單相接地電容電流過大 使接地點熱效應增大 對電纜等設備造成熱破壞 該電流流 入大地后由于接地電阻的原因 使整個接地網電壓升高 危害人身安全 3 交流雜散電流危害 電容電流流入大地后 在大地中形成雜散電流 該電流可能產生火花 引燃瓦斯爆炸 等 可能造成雷管先期放炮 并且腐蝕水管 氣管等 4 接地電弧引起瓦斯煤塵爆炸 二 消弧線圈的作用二 消弧線圈的作用 電網安裝消弧線圈后 發生單相接地時消弧線圈產生電感電流 該電感電流補償因單 相接地而形成的電容電流 使得接地電流減小 同時使得故障相恢復電壓速度減小 治理 電容電流過大所造成的危害 同時由于消弧線圈的嵌位作用 它可以有效的防止鐵磁諧振 過電壓的發生概率 三 消弧線圈接地方式存在的一些問題三 消弧線圈接地方式存在的一些問題 1 單相接地故障時 非故障相對地電壓升高到 3 相電壓以上 持續時間長 波及全 系統設備 可能引起第二點絕緣擊穿 引起事故擴大事故 2 消弧線圈不能補償諧波電流 有些城市電網諧波電流占的比例達 5 15 僅諧波 電流就可能遠大于 10A 仍然可能發生弧光接地過電壓 3 對于電容電流很大的配電網 如果通過補償要使單相接地故障電流 Ijd 10A 就必 須使系統保持較小的脫諧度 系統的脫諧度過小 對由于三相電容不對稱引起的中性點位 移電壓會產生較強的放大作用 使中性點電壓偏移超過規程允許值 10A 又可能引起間歇性弧光接地過電 壓 很難保證既使殘余接地電流 Ijd 10A 又保證中性點位移電壓不超過規程允許值這兩 個相互制約的條件 3 消弧線圈的調節范圍受到調節容量限制 調節容量與額定之比一般為 1 2 如按終 期要求選擇 工程初期系統電容電流小 消弧線圈的最小補償電流偏大 可能投不上 如 按工程初期的要求選擇 工程終期系統電容電流大 消弧線圈的最大補償電流又偏小 也 不能滿足合理補償的要求 4 在運行中 消弧線圈各分接頭的標稱電流和實際電流會出現較大誤差 運行中就發 生過由于實際電流與名牌電流誤差較大而導致諧振的現象 5 由于系統的運行方式及系統電壓經常變化 系統的電容電流經常變化 跟蹤補償困 難 目前的自動跟蹤補償裝置呈百花齊放的景象 實際運行考驗時間較短 運行情況還不 理想 而且價格高 結構復雜 維護量大 不適應無人值班變電站的要求 6 由于上述原因 中性點經消弧線圈接地僅能降低弧光接地過電壓的概率 不能消 除弧光接地過電壓 也不能降低弧光接地過電壓的幅值 弧光過電壓倍數也很高 7 尋找單相接地故障線路困難 目前許多小電流接地選線方法的選線成功率還不理想 往往還要采用試拉法 8 采用試拉法時 既造成非故障線路短時停電 又會引起操作過電壓 9 系統諧振過電壓高 諧振過電壓持續時間長并波及全系統設備 常造成 PT 燒壞 或 PT 熔斷器熔斷 武高所和廣州供電局在區莊變電站試驗中測得 1 2 分頻諧振過電壓達 2PU 測得由合閘操作激發的 3 次高頻諧振過電壓達 4PU 測得 A 相導線斷線并接地于負 荷側時 諧振過電壓值為 3 8PU 10 電纜排管或電纜隧道內的電纜發生單相接地時 不及時斷開故障線路 可能引起 火災 上海某 35KV 系統電纜就發生過單相接地一小時后引起火災 燒毀電纜隧道中 40 多 條電纜的重大事故 11 尋找故障線路時間較長 在帶接地故障運行期間 容易引起人身觸電事故 12 單相接地時 非故障相電壓升高至線電壓或更高 在不能及時檢出故障點的情況 下 無間隙金屬氧化物 MOA 避雷器長時間在線電壓下運行 容易損壞甚至爆炸 弧光 接地過電壓 諧振過電壓幅值高 持續時間長 MOA 由于動作負載問題 一般不要求 WGMOA 系統內過電壓 不能有效利用 MOA 的優良特性 不利于 MOA 在配電網的推廣 使用 四 四 以電纜線路為主的配電網的特點 以電纜線路為主的配電網的特點 1 單位長度的電纜線路的電容電流比架空線路電容電流大 10 幾倍 以電纜為主的城 市電網對地電容電流很大 2 電纜線路受外界環境條件 雷電 外力 樹木 大風等 影響小 瞬時接地故障很 少 接地故障一般都是永久性故障 3 電纜線路發生接地故障時 接地電弧為封閉性電弧 電弧不易自行熄滅 如不及 時跳閘 很容易造成相間短路 擴大事故 4 電纜為弱絕緣設備 例如 10kV 交聯聚乙稀電纜的一分鐘工頻耐壓為 28KV 而一般 10kV 配電設備的絕緣水平為 42kV 在消弧線圈接地系統中 由于查找故障點時 間較長 電纜長時間承受工頻或暫態過電壓作用 易發展成相間故障 造成一線或多線跳 閘 5 在電纜線路中 高頻振蕩電流幅值大衰減慢 高頻振蕩電流遠大于工頻電流 在工 頻電流過零時高頻振蕩電流仍然有很大的幅值 維持弧光燃燒取決于高頻振蕩電流衰減的 快慢和工頻電流 消弧線圈不能補償高頻振蕩電流 又由于在電纜線路中消弧線圈補償后 的殘流大 消弧線圈在電纜線路中不能消弧 五 五 PT 諧振諧振 1 PT 諧振 PT 諧振對于 yo yo 電磁式 PT 在正常情況下線路發生單相接地不會出現鐵磁諧振過 電壓 但在下列條件下 就可能引發鐵磁諧振 1 對于中性點不接地系統 當系統發生單相接地時 故障點流過電容電流 未接地的 兩相相電壓升高 3 倍 但是 一旦接地故障點消除 非接地相在接地故障期間已充的線電 壓電荷只能通過 PT 高壓線圈經其自身的接地點流入大地 在這一瞬間電壓突變過程中 PT 高壓線圈的非接地兩相的勵磁電流就要突然增大 甚至飽和 由此構成相間串聯諧振 2 系統發生鐵磁諧振 近年來 由于配電線路用戶 PT 電子控制電焊機 調速電機 等數量的增加 使得 10kV 配電系統的電氣參數發生了很大的變化 導致諧振的頻繁出現 在系統諧振時 PT 將產生過電壓使電流激增 此時除了造成一次側熔斷器熔斷外 還將導 致 PT 燒毀 個別情況下 還會引起避雷器 變壓器 斷路器的套管發生閃絡或爆炸 3 線路檢修 事先不向調度部門申請辦理停電手續 隨意帶負荷拉開分支線路隔離刀 閘或帶負荷拉開配電變壓器的高壓跌落開關 造成刀閘間弧光短路而引發諧振 4 當配電變壓器內部發生單相接地故障時 故障電流將通過抗電能力強的絕緣油對地 放電 也會產生不穩定的電弧激發電網諧振 5 運行人員送電操作程序不對 未拉開 PT 高壓側刀閘就直接帶 PT 向空母線送電 引 起 PT 鐵磁諧振 六 新型的消弧消諧及過電壓保護裝置 這里介紹一種新型的消弧消諧及過電壓保護裝置 SXH 安徽賽普電力保護有限公司專 利產品 此裝置原理如下 1 如果接地是穩定的金屬性接地 穩定性電阻接地或 TV 斷線故障 微機控制器發 出指示和告警信號 等待值班人員或微機選線裝置處理 2 如果接地故障是不穩定的間歇性弧光接地 則微機控制器判斷接地的相別 同時 發出指令使故障相的真空接觸器閉合 投入高能限壓器 限制故障相的弧道恢復電壓 吸 收接地引起的電磁能量 減緩系統振蕩 使弧道的介質恢復抗電強度 Ujf 大于弧道恢復電 壓 Uhf 使恢復電壓無法再次擊穿故障點 從而完成消弧 數秒后 令故障相的高壓真空 接觸器斷開 如果是短暫的弧光接地 系統恢復正常運行 如果接地故障時穩定的弧光接 地 控制器令故障相和接地的高壓真空接觸器 KD 同時閉合 使系統由穩定的弧光接地故 障快速轉變成穩定的金屬性接地 裝置認定此故障為永久性電弧接地故障 等待值班人員 或微機選線裝置處理 2 系統發生諧振時 微機控制器根據諧振類型進行不同的消諧 1 如果系統發生的諧振是分頻諧振 微機控制器瞬間短接 PT 的開口三角繞組 破壞 諧振參數 消除諧振 如果系統發生的諧振是工頻或高頻諧振 微機控制器在 PT 的開口 三角繞組接入大功率消諧電阻進行消諧 七 此裝置的優點 在中性點非有效接地電網中安裝此裝置后 可防止電氣設備的絕緣故障 并有如下優 點 1 能將各類過電壓限制到較低的電壓水平 使因過電壓引起的絕緣事故大為減少 2 其消弧和限制過電壓的機理與電網的電容電流大小無關 因而其保護性能不受電網 運行方式的改變和電網擴大的影響 3 可有效防止電氣設備的內絕緣因過電壓的多次或長時間作用出現累積性效應而降低 在 3 35KV 電力系統中 用電設備一般都是旋轉電機居多 如果不分穩定弧光接地故 障和短暫接地故障而直接令接觸器單相直接接地變為金屬性接地會引起保護差動跳閘 這 樣會造成停機 不利于生產 SXH 裝置能區分出短暫的弧光接地故障和長期穩定的弧光接 地故障 避免了不必要的麻煩 電網采用中性點經消弧線圈接地后有如下好處 電網采用中性點經消弧線圈接地后有如下好處 1 0ms 響應 電容電流