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消弧装置在6kV电网中的应用 (1)
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作者：山东华鲁恒升化工股份有限公司电仪 岳承，刘焕发 来源：赛尔电气应用 总第82期
摘要：通过对6kV配电系统过电压情况的分析，讨论消弧装置在6kv电网中的应用，保障供电系统安全运行。
关键词：过电压，消弧装置，弧光过电压，铁磁谐振
电力系统中普遍存在着过电压的情况，根据引发原因可归类为以下几种：谐振过电压、操作过电压和雷电过电压。其中谐振过电压在电网的正常运行中出现频率最高，危害性最大，谐振过电压一旦发生，往往造成电气设备的损坏和大面积的停电事故。由于谐振过电压作用时间较长，所引起谐振现象的原因又很多，因此在选择保护措施方面造成很大的困难。
目前我国3kV～10kV配电系统，大部分采用中性点不接地方式，实践证明中性点不接地方式在电网规模比较小，单相接地电容电流较小的情况下较适合，其优点是单相接地故障后，允许一定的时间继续运行，一般为2h不致引起供电中断，可以满足安全供电的要求。但是随着配电网的扩大，电缆线路的增多，电容电流亦大幅上升，单相接地时接地电弧不能自动熄灭，必然产生弧光过电压，产生的弧光过电压幅值高，持续时间长。间歇式弧光过电压的倍数将达到3.5倍相电压，稳定弧光接地长时间过电压，幅值可达到3倍左右，持续时间有时可达数十分钟左右。由于单相接地后，电弧不能自灭，致使电网中绝缘相对薄弱的地方放电击穿，逐步发展为相间短路造成设备损坏和停电事故，影响生产系统稳定运行。
我国电力设备过电压保护设计技术规程中规定3kV～10kV电力网，单相接地故障电流大于30A时，应装设消弧装置，其理由是此电流下电弧能自熄。实际上经试验结果证明，电缆与架空线混合电网，当接地电容电流大于11.75A时；交联聚乙烯电缆为5A时，电弧就不易熄灭，会产生弧光过电压，因此接地电容电流达到10A，就应装设消弧装置。
1 6kV配电系统过电压情况分析
1.1华鲁恒升化工公司供电系统为两路35kV进线，一路110kV进线,经变压器降压为6kV配电系统，采用中性点不接地方式运行，母线的绝缘监视，采用电压互感器的开口三角形并接电压继电器来实现。供电系统规模小时，接地电容电流很小，系统过压或有外部扰动时易产生由电压互感器铁芯饱和而引起的铁磁谐振过电压，烧断熔丝或毁坏电压互感器。6kV配电系统容量增加后，当发生单相接地故障时，会产生电弧间歇放电，其幅值很高，可达额定电压的3.8倍，致使PT保险熔断，电压互感器烧毁，绝缘薄弱的设备或线路被击穿造成设备损坏或线路停电。
1.2随着生产规模的不断扩大，设备的装备水平参差不齐，以及电力电缆的大量使用，使接地电容电流剧增。试验表明，接地电容电流大于10A时电弧不易熄灭，有可能产生固定的或间歇性的弧光过电压，这种过电压的波及面广，对系统中的绝缘薄弱环节造成威胁，一次故障往往几处设备损坏。而我公司的接地电容电流达32A左右，接地电弧不能熄灭，要消灭电弧应安装消弧装置。
1.3华鲁恒升化工公司的供电系统由110kV、35kV降至6kV进行配电，由于110kV电网为限制单相接地短路电流的需要，大部分终端站的110kV变压器采用中性点不接地运行方式，而我公司的31500kVA主变就采用间隙接地方式。这样当110kV电网出现异常运行情况时，有可能在中性点上产生过电压，通过变压器的耦合电容传递到6kV侧，造成低压侧避雷器爆炸和套管闪络击穿事故。
关键词：过电压，消弧装置，弧光过电压，铁磁谐振
电力系统中普遍存在着过电压的情况，根据引发原因可归类为以下几种：谐振过电压、操作过电压和雷电过电压。其中谐振过电压在电网的正常运行中出现频率最高，危害性最大，谐振过电压一旦发生，往往造成电气设备的损坏和大面积的停电事故。由于谐振过电压作用时间较长，所引起谐振现象的原因又很多，因此在选择保护措施方面造成很大的困难。
目前我国3kV～10kV配电系统，大部分采用中性点不接地方式，实践证明中性点不接地方式在电网规模比较小，单相接地电容电流较小的情况下较适合，其优点是单相接地故障后，允许一定的时间继续运行，一般为2h不致引起供电中断，可以满足安全供电的要求。但是随着配电网的扩大，电缆线路的增多，电容电流亦大幅上升，单相接地时接地电弧不能自动熄灭，必然产生弧光过电压，产生的弧光过电压幅值高，持续时间长。间歇式弧光过电压的倍数将达到3.5倍相电压，稳定弧光接地长时间过电压，幅值可达到3倍左右，持续时间有时可达数十分钟左右。由于单相接地后，电弧不能自灭，致使电网中绝缘相对薄弱的地方放电击穿，逐步发展为相间短路造成设备损坏和停电事故，影响生产系统稳定运行。
我国电力设备过电压保护设计技术规程中规定3kV～10kV电力网，单相接地故障电流大于30A时，应装设消弧装置，其理由是此电流下电弧能自熄。实际上经试验结果证明，电缆与架空线混合电网，当接地电容电流大于11.75A时；交联聚乙烯电缆为5A时，电弧就不易熄灭，会产生弧光过电压，因此接地电容电流达到10A，就应装设消弧装置。
1 6kV配电系统过电压情况分析
1.1华鲁恒升化工公司供电系统为两路35kV进线，一路110kV进线,经变压器降压为6kV配电系统，采用中性点不接地方式运行，母线的绝缘监视，采用电压互感器的开口三角形并接电压继电器来实现。供电系统规模小时，接地电容电流很小，系统过压或有外部扰动时易产生由电压互感器铁芯饱和而引起的铁磁谐振过电压，烧断熔丝或毁坏电压互感器。6kV配电系统容量增加后，当发生单相接地故障时，会产生电弧间歇放电，其幅值很高，可达额定电压的3.8倍，致使PT保险熔断，电压互感器烧毁，绝缘薄弱的设备或线路被击穿造成设备损坏或线路停电。
1.2随着生产规模的不断扩大，设备的装备水平参差不齐，以及电力电缆的大量使用，使接地电容电流剧增。试验表明，接地电容电流大于10A时电弧不易熄灭，有可能产生固定的或间歇性的弧光过电压，这种过电压的波及面广，对系统中的绝缘薄弱环节造成威胁，一次故障往往几处设备损坏。而我公司的接地电容电流达32A左右，接地电弧不能熄灭，要消灭电弧应安装消弧装置。
1.3华鲁恒升化工公司的供电系统由110kV、35kV降至6kV进行配电，由于110kV电网为限制单相接地短路电流的需要，大部分终端站的110kV变压器采用中性点不接地运行方式，而我公司的31500kVA主变就采用间隙接地方式。这样当110kV电网出现异常运行情况时，有可能在中性点上产生过电压，通过变压器的耦合电容传递到6kV侧，造成低压侧避雷器爆炸和套管闪络击穿事故。
2 消弧置的应用
理论上，设备和线路的绝缘可完全承受多种过电压的侵袭，不致发生事故，但现场实际情况多种多样，设计规范的运用，设备的制造、安装、维护和使用，以及其它相关专业的施工对配电系统的不良影响，都会造成配电系统绝缘性能的降低，在系统发生过电压时，有可能导致绝缘击穿和设备损坏。
从上面分析可知，电容电流对配电系统安全运行有重大影响。在中性点不接地的电网中，由于对地电容电流的增大，单相接地后电容电流超过10A时电弧就不能自行熄灭，这必将带来一系列的问题。弧光过电压持续时间长时，有可能多次重燃击穿，引起相间短路而烧坏设备，而且能量很大，不能用普通的避雷器加以限制。
要消灭电弧，采用自动调谐原理的接地补偿装置，通过过补、全补和欠补的运行方式，可较好地解决此类问题。消弧装置的作用，一是补偿电网对地的电容电流使残流减少到最小值；二是大大降低了熄弧后恢复电压的上升速度，这样可保证电弧的自动熄灭和抑制重燃，从而减少了产生高幅值弧光接地过电压的几率。
消弧装置主要是由五大部分组成：接地变压器、电动式消弧线圈、微机控制部分、阻尼电阻部分、中性点专用外附TV和非线性电阻。如图1所示。
图1自动跟踪补偿消弧线圈装置
接地变压器是作为人为中性点接入消弧线圈，消弧线圈电流通过有载开关调节并实现远方自动控制，采用预调节方式，即在正常运行方式情况下，根据电网参数的变化利用微机控制自动跟踪和自动调谐，随时调节消弧线圈的分接头到最佳位置。通过测量位移电压和中性点电流与电压之间的相位，能够准确的计算、判断、发出指令自动进行调整。
由于在消弧线圈的一次回路中串入了大功率的阻尼电阻，降低了中性点谐振过电压的幅值，使之达到相电压的5%～10%。消弧线圈脱谐率达到±5%以内，接地时残流很小，保证在单相接地时有效地抑制弧光过电压的产生。非线性电阻的采用，对欠补偿下的断线过电压和传递过电压都有明显的抑制作用。
接地变压器采用Z型即ZNyn11连接的变压器。接地变压器的一次绕组作为工作绕组接入10kV母线侧，由于变压器高压侧采用Z型接线，每相绕组由两段组成，并分别位于不同相的铁心柱上，两段线圈反极性相连，零序阻抗非常小，空载损耗低，变压器容量可以100%被利用，并能够调节电网的不对称电压。二次绕组作为控制绕组由两个反向并接的可控硅短路，可控硅的导通角由0°～180°之间变化，使可控硅的等效阻抗在0～∝之间变化，工作绕组两端的等效阻抗在无穷大至变压器的短路阻抗之间变化，输出的补偿电流就可在零至额定值之间连续无级调节。可控硅工作在与电感串联的无电容电路中，其工况既无反峰电压的威胁，又无电流突变的冲击，因此可靠性得到保障。
3 结束语
在6kV配电系统加装自动调谐式的消弧限压装置，可有效限制弧光过电压、谐振过电压、操作过电压的发生，从而减少供电系统的故障率，降低电气跳闸次数，保证供电系统的安全稳定运行。
参考文献
[1]解广润.电力系统过电压，水利电力出版社
[2]方瑜.配电网过电压，中国电力出版社
[3]李涌志.消谐装置在70t超高功率电弧炉上的应用.重庆：电工技术，2004（4）
理论上，设备和线路的绝缘可完全承受多种过电压的侵袭，不致发生事故，但现场实际情况多种多样，设计规范的运用，设备的制造、安装、维护和使用，以及其它相关专业的施工对配电系统的不良影响，都会造成配电系统绝缘性能的降低，在系统发生过电压时，有可能导致绝缘击穿和设备损坏。
从上面分析可知，电容电流对配电系统安全运行有重大影响。在中性点不接地的电网中，由于对地电容电流的增大，单相接地后电容电流超过10A时电弧就不能自行熄灭，这必将带来一系列的问题。弧光过电压持续时间长时，有可能多次重燃击穿，引起相间短路而烧坏设备，而且能量很大，不能用普通的避雷器加以限制。
要消灭电弧，采用自动调谐原理的接地补偿装置，通过过补、全补和欠补的运行方式，可较好地解决此类问题。消弧装置的作用，一是补偿电网对地的电容电流使残流减少到最小值；二是大大降低了熄弧后恢复电压的上升速度，这样可保证电弧的自动熄灭和抑制重燃，从而减少了产生高幅值弧光接地过电压的几率。
消弧装置主要是由五大部分组成：接地变压器、电动式消弧线圈、微机控制部分、阻尼电阻部分、中性点专用外附TV和非线性电阻。如图1所示。
图1自动跟踪补偿消弧线圈装置
接地变压器是作为人为中性点接入消弧线圈，消弧线圈电流通过有载开关调节并实现远方自动控制，采用预调节方式，即在正常运行方式情况下，根据电网参数的变化利用微机控制自动跟踪和自动调谐，随时调节消弧线圈的分接头到最佳位置。通过测量位移电压和中性点电流与电压之间的相位，能够准确的计算、判断、发出指令自动进行调整。
由于在消弧线圈的一次回路中串入了大功率的阻尼电阻，降低了中性点谐振过电压的幅值，使之达到相电压的5%～10%。消弧线圈脱谐率达到±5%以内，接地时残流很小，保证在单相接地时有效地抑制弧光过电压的产生。非线性电阻的采用，对欠补偿下的断线过电压和传递过电压都有明显的抑制作用。
接地变压器采用Z型即ZNyn11连接的变压器。接地变压器的一次绕组作为工作绕组接入10kV母线侧，由于变压器高压侧采用Z型接线，每相绕组由两段组成，并分别位于不同相的铁心柱上，两段线圈反极性相连，零序阻抗非常小，空载损耗低，变压器容量可以100%被利用，并能够调节电网的不对称电压。二次绕组作为控制绕组由两个反向并接的可控硅短路，可控硅的导通角由0°～180°之间变化，使可控硅的等效阻抗在0～∝之间变化，工作绕组两端的等效阻抗在无穷大至变压器的短路阻抗之间变化，输出的补偿电流就可在零至额定值之间连续无级调节。可控硅工作在与电感串联的无电容电路中，其工况既无反峰电压的威胁，又无电流突变的冲击，因此可靠性得到保障。
3 结束语
在6kV配电系统加装自动调谐式的消弧限压装置，可有效限制弧光过电压、谐振过电压、操作过电压的发生，从而减少供电系统的故障率，降低电气跳闸次数，保证供电系统的安全稳定运行。
参考文献
[1]解广润.电力系统过电压，水利电力出版社
[2]方瑜.配电网过电压，中国电力出版社
[3]李涌志.消谐装置在70t超高功率电弧炉上的应用.重庆：电工技术，2004（4）