微機(jī)消弧和選線裝置在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的探討

喻建冬，李付博，王振奇，賈 俊

（1. 洛鉬集團(tuán)選礦三公司，河南 洛陽(yáng) 471500；2. 洛鉬集團(tuán)選礦二公司，河南 洛陽(yáng) 471500）

1 概述

經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行及供電可靠性顯得越來(lái)越重要。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)3－35 kV的配電網(wǎng)大多采用中性點(diǎn)非直接接地運(yùn)行方式。這種運(yùn)行方式在單相接地時(shí)允許短時(shí)間帶故障運(yùn)行，因而大大提高了系統(tǒng)的供電可靠性。但隨著城鄉(xiāng)電網(wǎng)的擴(kuò)大及電纜出線增多，系統(tǒng)對(duì)地電容電流急劇增加，單相接地后流經(jīng)故障點(diǎn)的電流較大，電弧不易熄滅，容易產(chǎn)生間歇性弧光接地過(guò)電壓，同時(shí)由于電磁式電壓互感器鐵芯飽和時(shí)容易引起諧振過(guò)電壓，導(dǎo)致事故跳閘率明顯上升。

根據(jù)生產(chǎn)需要，我公司10 kV電力系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)采用中性點(diǎn)不接地方式運(yùn)行，我們知道中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地時(shí)，系統(tǒng)的三相電壓平衡并不破壞，可以維持供電。但是其他兩相對(duì)地電壓將升高到故障相倍即線電壓，而電網(wǎng)中的電氣設(shè)備，如變壓器、電壓互感器、電流互感器、斷路器、電纜線路對(duì)地絕緣水平，雖能滿足長(zhǎng)期承受線電壓作用的要求，但對(duì)于供電網(wǎng)中發(fā)生單相弧光性接地時(shí)故障就顯的較嚴(yán)重了。因?yàn)殚g歇性弧光可以造成最大峰值可達(dá) 3.5倍的相電壓峰值，這樣勢(shì)必造成固體絕緣的累積性損傷和絕緣薄弱環(huán)節(jié)即被損，使事故擴(kuò)大，造成設(shè)備擊穿和短路等重大事故。同時(shí)由于線路中的弧光性過(guò)電壓，致使部分電壓互感器飽和，諧振和過(guò)載甚至燒毀。嚴(yán)重的還能造成避雷器爆炸，變壓器損壞及產(chǎn)生一定火災(zāi)隱患，更為嚴(yán)重的可以誘發(fā)供電線路的大諧振，造成變壓器爆炸，使綜合保護(hù)嚴(yán)重受損，使變配電系統(tǒng)全面崩潰。

消除間歇性弧光接地故障和限制弧光接地過(guò)電壓的主要措施傳統(tǒng)上是在電網(wǎng)的中性點(diǎn)對(duì)地之間安裝消弧線圈。利用消弧線圈的補(bǔ)償作用，一方面減少單相接地時(shí)通過(guò)接地點(diǎn)的接地電流，使接地故障不至于迅速擴(kuò)大，延長(zhǎng)帶接地故障運(yùn)行的時(shí)間；另一方面可以延緩恢復(fù)電壓的上升速度，利于熄弧。雖然消弧線圈具有補(bǔ)償電網(wǎng)的接地電容電流，減緩接地故障電流的破壞作用，降低故障相恢復(fù)電壓的上升速度，使電弧易于熄滅等優(yōu)點(diǎn)；但存在著成本較高，占地面積大；選型、安裝、運(yùn)行及維護(hù)較復(fù)雜；裝置自身故障率較高；限制過(guò)電壓能力較差；不能完全消除間歇性弧光接地；永久性接地故障點(diǎn)流過(guò)故障點(diǎn)的殘流仍然存在；接地選線準(zhǔn)確率較低等缺點(diǎn)。

針對(duì)消弧線圈的不足，在建站時(shí)，我們選用了KWX型微機(jī)消弧及過(guò)電壓保護(hù)裝置，并且選用了DW2000J型小電流接地選線裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)故障線路的選擇問(wèn)題，通過(guò)實(shí)際運(yùn)行，證實(shí)兩個(gè)裝置能夠很好配合，實(shí)現(xiàn)了解決消弧以及故障處理的問(wèn)題，具有普遍使用性。

2 KWX微機(jī)消弧及過(guò)壓保護(hù)裝置原理圖及基本原理

KWX微機(jī)消弧及過(guò)壓保護(hù)裝置原理圖，見(jiàn)圖1。

主要組成：分相真空接觸器、DCB過(guò)電壓保護(hù)器、微機(jī)控制器、高能限壓限流器、電壓互感器、快速熔斷器、隔離開(kāi)關(guān)、可變電抗器等。

KWX微機(jī)控制器通過(guò)PT始終對(duì)電網(wǎng)電壓和中性點(diǎn)電位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并實(shí)時(shí)自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的電容電流，KWX根據(jù)電網(wǎng)三相電壓幅值、相位、不平程度以及中性點(diǎn)位移電壓的幅值和相位等，自動(dòng)判斷系統(tǒng)發(fā)生的故障性質(zhì)，當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，KWX首先根據(jù)所監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)，判斷相別及接地屬性，根據(jù)接地屬性，KWX做出如下處理：

（1）如果接地故障屬于穩(wěn)定的金屬性接地，則KWX發(fā)出故障相別及接地屬性（金屬性接地）報(bào)警信號(hào)。

（2）如果接地故障屬于不穩(wěn)定的間歇性弧光接地時(shí)，則除判斷相別及接地屬性并報(bào)警外，KWX控制器迅速發(fā)出指令，使故障相的高壓真空接觸器閉合，將可變電抗器投入，由可變電抗器將故障相的電流降低，使弧道電流限制在一定的范圍內(nèi)，且可變電抗器吸收大部分的電弧激勵(lì)能量，降低殘流，使弧道的恢復(fù)電壓上升速度減緩，保證電弧的可靠熄滅。

（3）消諧功能的實(shí)現(xiàn)：通過(guò)對(duì)零序電壓幅值和相位的檢測(cè)，KWX控制器將限流電抗器投入系統(tǒng)中，由于限流電抗器的作用降低并限制了諧振電壓的諧振源，從而達(dá)到消諧的目的；同時(shí)控制器具有二次消諧功能，防止 PT鐵磁諧振對(duì)電網(wǎng)的沖擊，保護(hù)了PT的正常運(yùn)行。

（4）DCB組合式過(guò)電壓保護(hù)裝置，由放電間隙和氧化鋅壓敏電阻組成，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短暫的雷電和各種操作過(guò)電壓時(shí)，由其限制并吸收。它具有很高的保護(hù)性能和可靠的穩(wěn)定性，能承受較高值間的暫態(tài)過(guò)電壓而不損壞，在后續(xù)保護(hù)裝置動(dòng)作前，對(duì)系統(tǒng)出現(xiàn)的弧光或諧振過(guò)電壓能進(jìn)行一定的限制。在絕緣水平下降較大的情況下，能將過(guò)電壓限制得較低，由過(guò)電壓沖擊引起的單相接地、短路、諧振等事故就會(huì)越少。

（5）圖中設(shè)置的組合式過(guò)壓保護(hù)裝置分別跨接三相母線與地之間，RD1為限流式熔斷器，JZa－z為開(kāi)關(guān)的常開(kāi)觸頭，正常運(yùn)行時(shí)三相觸頭相互閉鎖，當(dāng)閉鎖失靈造成同時(shí)合兩相或三相的誤動(dòng)作或外因造成兩相短路時(shí)，裝置中的限流熔斷器將迅速熔斷，切斷短路點(diǎn)并通過(guò)熔斷器撞針實(shí)現(xiàn)報(bào)警。

3 兩種裝置在實(shí)際運(yùn)用中的效果

KWX微機(jī)消弧及過(guò)壓保護(hù)裝置和DW2000J型小電流接地微機(jī)選線裝置，同時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)，同時(shí)運(yùn)行，但又獨(dú)立工作，互不干擾，最大限度的提高了消弧、過(guò)電壓保護(hù)及接地故障選線的質(zhì)量，當(dāng)出現(xiàn)接地問(wèn)題時(shí)，KWX判斷是弧光接地還是金屬性接地，如果是金屬性接地，KWX報(bào)警并顯示故障相別，同時(shí)DW2000J在工作，判斷出故障相別及線路，等待電氣維修人員處理；當(dāng)出現(xiàn)弧光接地時(shí)，KWX動(dòng)作，消除弧光，并報(bào)警，同時(shí)DW2000J也在工作，判斷出故障相別及線路，等待電氣維修人員處理。實(shí)際運(yùn)行表明，兩者的綜合運(yùn)用，電網(wǎng)的接地問(wèn)題得到有效解決，最大限度的保證電網(wǎng)及設(shè)備的安全、有效運(yùn)行。并且兩種裝置都采用微機(jī)元件作為中央處理單元，且都是成套使用，配套設(shè)備先進(jìn)，具有故障響應(yīng)時(shí)間快、精度高、人機(jī)界面友好、調(diào)試簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。使用后大大方便了維修電工，減輕了維修電工的工作量，減少了故障查找時(shí)間，提高了工作效率。

在我公司10 kV電網(wǎng)運(yùn)行近5 a中，出現(xiàn)接地故障，兩種裝置配合使用能快速消除故障，達(dá)到了預(yù)期目的。

處理問(wèn)題實(shí)例：近日，A高壓開(kāi)關(guān)站某一路出線為一600 kW高壓異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)山特維克圓錐破碎機(jī)，在運(yùn)行過(guò)程中，電機(jī)隨破碎機(jī)震動(dòng)，由于在接線時(shí)螺絲沒(méi)固定好，連續(xù)的震動(dòng)造成電機(jī)接線大幅松動(dòng)，造成出現(xiàn)弧光接地現(xiàn)象，A站KWX微機(jī)消弧及過(guò)壓保護(hù)裝置迅速動(dòng)作，但是由于弧光連續(xù)出現(xiàn)，造成連續(xù)消弧動(dòng)作，維修人員在查看DW2000J型小電流接地微機(jī)選線裝置的報(bào)警信號(hào)后，快速確定故障線路，停機(jī)檢查，排除故障。

4 現(xiàn)有微機(jī)消弧和選線裝置在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的探討

筆者在寫此文時(shí)，查閱了大量資料，包括設(shè)計(jì)資料、論文、設(shè)備使用說(shuō)明書、文獻(xiàn)以及網(wǎng)絡(luò)上設(shè)備使用單位對(duì)各種微機(jī)消弧和選線裝置的評(píng)價(jià)。電子技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及使用，使電網(wǎng)接地問(wèn)題得到了有效的解決，但也存在一定的問(wèn)題，如微機(jī)消弧裝置在應(yīng)用過(guò)程中，出現(xiàn)接地現(xiàn)象，同級(jí)高壓開(kāi)關(guān)站的微機(jī)消弧裝置也會(huì)動(dòng)作，而有的高壓開(kāi)關(guān)站未安裝微機(jī)消弧裝置和選線裝置，這給故障的處理帶來(lái)不小麻煩。在微機(jī)選線方面，選線原理提出了很多，但受故障特征多樣性、隨機(jī)性、不穩(wěn)定性以及暫態(tài)量多變等多方面的影響，微機(jī)選線裝置設(shè)計(jì)單位往往選擇一種或幾種原理作為選線判據(jù)，綜合所有原理作為判據(jù)設(shè)計(jì)選線裝置，受配套設(shè)備、安裝質(zhì)量、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等多方面因素影響一般不采用。在選擇選線裝置時(shí)，要根據(jù)工廠電網(wǎng)實(shí)際情況選擇，以達(dá)到最佳效果，如我公司選擇的DW2000J型小電流接地微機(jī)選線裝置就能夠滿足本公司電網(wǎng)的運(yùn)行需求。

5 結(jié)束語(yǔ)

KWX微機(jī)消弧及過(guò)壓保護(hù)裝置和DW2000J型小電流接地微機(jī)選線裝置的綜合運(yùn)用，有效的解決了本單位10 kV電網(wǎng)接地問(wèn)題，達(dá)到預(yù)期目的，保證了電網(wǎng)及設(shè)備的安全運(yùn)行。隨著電子技術(shù)以及單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展、配套檢測(cè)設(shè)備以及技術(shù)的發(fā)展、理論的不斷提出，電網(wǎng)接地問(wèn)題必將得到更好的解決。

1 李潤(rùn)先.中壓電網(wǎng)系統(tǒng)接地實(shí)用技術(shù)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2002

2 牟龍華、孟慶海.供配電安全技術(shù)［M］.北京：機(jī)械出版社，2003

3 丁書文.電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2007