消弧線圈接地系統(tǒng)斷線故障電壓異常分析

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陳偉

現(xiàn)階段，隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)電力的要求也越來(lái)越高，科技發(fā)展也越來(lái)越迅速。對(duì)變電站電壓進(jìn)行監(jiān)視并將其操縱在正常允許的偏移范圍內(nèi)，對(duì)于調(diào)控人員來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)重要的日常工作。實(shí)際上，大量異常狀況，例如電氣設(shè)備的一、二次故障等都可能造成電網(wǎng)三相電壓異常，調(diào)控人員只有正確區(qū)分這些異常狀況，才能正確判斷故障種類，加快對(duì)電壓異常的處理速度，防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

消弧線圈;接地系統(tǒng);斷線故障電壓異常分析

引言

10kV架空配電線路簡(jiǎn)單發(fā)生由耐張桿弓子線斷線，絕緣導(dǎo)線遭遇雷擊等原因造成的斷線故障。當(dāng)配電網(wǎng)為小電流接地系統(tǒng)時(shí)，線路斷線故障將導(dǎo)致母線電壓異常。斷線時(shí)各相電壓異常主要原因是中性點(diǎn)電壓出現(xiàn)偏移。隨著電纜化率提高，接地電流不斷增大，我國(guó)城區(qū)10kV配電網(wǎng)大多采用消弧線圈接地。在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，斷線故障時(shí)中性點(diǎn)偏移電壓相比不接地系統(tǒng)增大數(shù)倍，相角也有偏移。分析了中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)10kV配電線路斷線故障時(shí)電壓，但未考慮消弧線圈諧振接地對(duì)中性點(diǎn)電壓偏移的影響。在分析中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相斷線和兩相斷線電壓異常分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合一起10kV斷線實(shí)例計(jì)算各電壓偏移狀況，分析消弧線圈接線系統(tǒng)斷線時(shí)各相電壓偏移原因和規(guī)律。

1分析消弧線圈方式的安全瓶頸

由于消弧線圈方式發(fā)生單相接地故障時(shí)不跳閘，可以帶著故障系統(tǒng)運(yùn)行兩個(gè)小時(shí)，這是基于電網(wǎng)大多數(shù)這種故障是瞬時(shí)性故障，參與自動(dòng)跟蹤消弧線圈可較好操縱殘流，可使大多數(shù)瞬時(shí)性故障恢復(fù)，這對(duì)提高供電可靠性是十分有益的，另外消弧線圈接地方式可有效限制鐵磁諧振過(guò)電壓。自動(dòng)跟蹤消弧線圈只能消除瞬時(shí)性接地故障，若發(fā)生配電網(wǎng)單相斷線接地，或人身觸電造成單相接地故障時(shí)，由于不能及時(shí)斷開(kāi)電源會(huì)對(duì)人身安全構(gòu)成極大的要挾。國(guó)內(nèi)每年都發(fā)生多起配電網(wǎng)單相斷線接地，或人身觸電接地造成的人身傷亡事故。造成人身安全事故的原因雖然有違章操作、雷擊斷線或其他諸多因素，但主要技術(shù)原因則是由消弧線圈接地方式造成的，由于1）發(fā)生單相接地故障時(shí)系統(tǒng)不跳閘，人體不能馬上脫離電源;2）接地選線困難不能及時(shí)找到并切除故障線路;3）故障點(diǎn)處電壓高，流經(jīng)人體本身的電流對(duì)比大，嚴(yán)重要挾人身安全。2022年湖南韶陽(yáng)地區(qū)隆回縣發(fā)生一起10kv導(dǎo)線雷擊斷線并落地造成4人傷亡事故。2022年廣州供電局叢化分局發(fā)生一起10kv導(dǎo)線雷擊斷線并落地造成2人3命的人身傷亡事故（女的懷孕）;2022年廣東某供電公司員工登桿誤操作造成人身單相接地且持續(xù)電弧較長(zhǎng)時(shí)間的嚴(yán)重傷亡事故。國(guó)內(nèi)每年都有多起由于單相接地造成的人身傷亡事故，有些還造成群傷事故，其原因則是消弧線圈接地方式本身的技術(shù)缺陷造成的，也就是說(shuō)這種接地方式存在嚴(yán)重的安全瓶頸，這在以人為本的時(shí)代是不相適應(yīng)的。

2消弧線圈的作用

消弧線圈的作用機(jī)理是在電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，故障點(diǎn)流過(guò)的電容電流增加，消弧線圈則為體系提供電感電流做到補(bǔ)償?shù)男Ч?，讓故障點(diǎn)電流降低至10安培以下，是防止弧光過(guò)零后重燃的有效方式，減少高幅值過(guò)電壓出現(xiàn)的概率。消弧線圈是由一個(gè)鐵質(zhì)金屬實(shí)心的可調(diào)電感線圈組成。在發(fā)生電網(wǎng)瞬間單相接地故障時(shí)，接地電流在消弧線圈的作用下浮現(xiàn)為電感電流，使該電流逆著電容電流的傳送方向傳送，從而把接地電流，轉(zhuǎn)換為較小的數(shù)值甚至為零，達(dá)到防止電弧重燃、合理的降低過(guò)電壓值的目的。從而解決了接地處電弧導(dǎo)致的電路不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)的問(wèn)題以及該問(wèn)題對(duì)電力體系造成的一系列危害，避免了系統(tǒng)故障的發(fā)生，還對(duì)繼電保護(hù)和斷路器動(dòng)作提前預(yù)防，很大程度上提升了電力體系的供電穩(wěn)定性。

3消弧線圈接地系統(tǒng)斷線故障電壓優(yōu)化措施

3.1消弧線圈的并列運(yùn)行

現(xiàn)在建設(shè)單位內(nèi)部的總降壓變電站，為保證供電的安全可靠性多采用單母線分段式，每段母線上都設(shè)有一臺(tái)消弧線圈。當(dāng)母線并列運(yùn)行時(shí)，應(yīng)考慮消弧線圈并列的問(wèn)題。當(dāng)母線存在多個(gè)接地點(diǎn)時(shí)，根據(jù)諧波分量展開(kāi)式，3次諧波電流就可以多個(gè)中性點(diǎn)形成的連接通道。發(fā)生故障時(shí)，當(dāng)補(bǔ)償電網(wǎng)中的自振頻率和諧波中的某一頻率一致時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)諧振現(xiàn)象。2臺(tái)消弧線圈同時(shí)工作時(shí)還要考慮，消弧線圈的附屬關(guān)系，假如沒(méi)有附屬關(guān)系將出現(xiàn)連續(xù)不斷的調(diào)整。另外，企業(yè)電網(wǎng)規(guī)定，“單個(gè)配電網(wǎng)內(nèi)不允許出現(xiàn)多個(gè)接地點(diǎn)〞。所以，當(dāng)母線并列運(yùn)行時(shí)應(yīng)退出1個(gè)消弧線圈，單消弧線圈運(yùn)行。

3.2消弧線圈方式瞬時(shí)性故障的處理問(wèn)題

這種方式的最大優(yōu)勢(shì)就在于能使瞬時(shí)性故障恢復(fù)，提升供電的可靠性，但這必需滿足消弧線圈補(bǔ)償后的殘流小于熄弧臨界值，如不能滿足該條件則無(wú)法使電網(wǎng)發(fā)生的瞬時(shí)性單相接地故障恢復(fù)，如前所述，這種方式在此故障發(fā)生時(shí)殘流中有電感的電流與電容的電流的差值，又有諧波電流和阻性電流，我們所能操縱的只有電容電流和電感電流的差值，對(duì)于諧波電流和阻性電流由于缺少檢測(cè)是未知的。當(dāng)諧波電流和阻性電流較大時(shí)，即使我們把電容電流和電感電流的差值操縱在10A以內(nèi)，但是假如諧波電流和阻性電流較大，疊加以后仍可使故障點(diǎn)的殘流大于熄弧臨界值，而無(wú)法使瞬時(shí)性接地電弧在一定的時(shí)間內(nèi)可靠熄滅。特別是當(dāng)電網(wǎng)電容電流較大，接近消弧線圈接地方式的容量上限時(shí)由于位移電壓的限制而不得不把殘流放大，還有采用有載開(kāi)關(guān)調(diào)頻方式時(shí)，由于受有載開(kāi)關(guān)的檔位所限，而造成殘流不易準(zhǔn)確操縱時(shí)，更簡(jiǎn)單使故障點(diǎn)的殘流大于熄弧臨界值而無(wú)法使瞬時(shí)性故障電弧在一定的時(shí)間內(nèi)可靠熄弧。

3.3消弧線圈和消弧消諧柜同時(shí)運(yùn)行

由于目前好多PT柜成套出產(chǎn)時(shí)，柜體都裝有消弧消諧裝置和小電流選線裝置，這樣在新建配電室時(shí)就會(huì)出現(xiàn)中心點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的企業(yè)電網(wǎng)內(nèi)消弧消諧柜同時(shí)運(yùn)行的狀況。消弧線圈和消弧消諧柜這2種裝置的作用一致，但消弧原理和判斷依據(jù)不同。企業(yè)電網(wǎng)中，對(duì)地電容電流較小符合消弧線圈電容要求時(shí)，應(yīng)將消弧消諧柜處于檢測(cè)位置不運(yùn)行;當(dāng)對(duì)地電容電流較大時(shí)，應(yīng)將消弧消諧柜改正為運(yùn)行狀態(tài)，為消弧線圈的運(yùn)行提供后備的補(bǔ)充，以實(shí)現(xiàn)能用消弧線圈消弧時(shí)消弧消諧裝置不動(dòng)作、不能時(shí)消弧消諧裝置動(dòng)作。同時(shí)運(yùn)行時(shí)應(yīng)考慮消弧線圈的運(yùn)行模式、自動(dòng)調(diào)理判斷依據(jù)等，以與消弧消諧裝置協(xié)同使用。另外需注意，目前消弧消諧柜運(yùn)行時(shí)常出現(xiàn)故障相判斷錯(cuò)誤，接地電流過(guò)大融管爆炸，導(dǎo)致事故擴(kuò)大化。所以，消弧線圈和消弧消諧柜同時(shí)運(yùn)行時(shí)，還應(yīng)考慮消弧消諧柜本身質(zhì)量的問(wèn)題。

結(jié)語(yǔ)

在無(wú)消弧線圈補(bǔ)償時(shí)，單相斷線故障導(dǎo)致故障相電壓升高，正常相電壓降低，兩相斷線時(shí)故障相電壓升高正常相電壓降低。在有消弧線圈過(guò)補(bǔ)償時(shí)，單線斷線時(shí)故障相超前相電壓升高，其余兩相電壓基本不變，兩相斷線時(shí)正常相電壓升高，其余兩相電壓基本不變。在發(fā)生斷線故障時(shí)依據(jù)各相電壓變化狀況并結(jié)合消弧線圈運(yùn)行狀況綜合判斷故障相，為故障查找定位提供可靠依據(jù)。線路單相斷線又可細(xì)分為斷線后兩側(cè)均不接地、斷口電源側(cè)接地、斷口負(fù)荷側(cè)接地、兩側(cè)均接地，每種狀況的電壓變化狀況都不