弧光接地的危害及治理

劉紅日

（山東兗礦魯南化工有限公司，山東 棗莊）

弧光接地的危害及治理

劉紅日

（山東兗礦魯南化工有限公司，山東 棗莊）

本文詳細(xì)介紹了弧光接地的危害，目前國(guó)內(nèi)外為限制弧光接地過(guò)電壓所采取的措施，通常限制弧光接地的方法以及所采取的方法存在的缺陷，重點(diǎn)介紹了我廠在動(dòng)力結(jié)構(gòu)調(diào)整中所采用的RZK智能消弧消諧裝置的結(jié)構(gòu)、功能和原理。對(duì)各部件功能及特性做了詳細(xì)的說(shuō)明，證實(shí)該裝置是新型智能消弧消諧及過(guò)電壓保護(hù)的首選設(shè)備，值得推廣和應(yīng)用。

弧光 過(guò)電壓 接地 消弧消諧

我們魯南化肥廠是一家有著近40年歷史的大型化工企業(yè)。目前我廠正在進(jìn)行原料及動(dòng)力結(jié)構(gòu)調(diào)整，在調(diào)整項(xiàng)目的實(shí)施中，在電氣設(shè)備的選擇上使用了不少高新技術(shù)。其中為了解決電網(wǎng)弧光接地產(chǎn)生長(zhǎng)時(shí)間過(guò)電壓的問(wèn)題，我們選用了RZX 消弧消諧選線及過(guò)電壓保護(hù)綜合裝置，對(duì)各類(lèi)過(guò)電壓進(jìn)行限制，以提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性及供電的可靠性，下面我就對(duì)間歇性弧光接地的危害、傳統(tǒng)消除方法及我們所選用設(shè)備的使用方面進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。

一、間歇性弧光接地的危害

我廠的6kV系統(tǒng)是非直接接地的電網(wǎng)，現(xiàn)有運(yùn)行規(guī)程規(guī)定，當(dāng)非直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，允許繼續(xù)運(yùn)行兩小時(shí)，如經(jīng)上級(jí)部門(mén)批準(zhǔn)，還可以延長(zhǎng)，但規(guī)程對(duì)于“單相接地故障”的概念未做明確界定，如果單相接地故障為金屬性直接接地，則故障相對(duì)地電壓降為零，其余兩健全相的對(duì)地電壓升高至線電壓前面已指出，我們所使用的電氣設(shè)備在正常情況下都能承受這種過(guò)電壓而不至于損壞。但是，如果單相接地故障為弧光接地，則其過(guò)電壓可達(dá) 3.5 倍正常運(yùn)行相電壓的峰值，在這樣高的過(guò)電壓持續(xù)作用下，勢(shì)必造成電氣設(shè)備絕緣的積累性損傷，在健全相的絕緣薄弱環(huán)節(jié)造成對(duì)地?fù)舸┻M(jìn)而引發(fā)相間短路事故。

隨著我廠生產(chǎn)能力的擴(kuò)展，設(shè)備的改造、項(xiàng)目的建設(shè)中大量使用了采取固體絕緣的電纜線路，由于固體絕緣擊穿的積累效應(yīng)，其內(nèi)部過(guò)電壓特別是電網(wǎng)發(fā)生單相間歇性弧光接地時(shí)產(chǎn)生的弧光接地過(guò)電壓及由此而激發(fā)的鐵磁諧振過(guò)電壓，已成為我廠電氣系統(tǒng)安全運(yùn)行的一大威脅，其中以單相弧光接地過(guò)電壓最為嚴(yán)重。

二、目前國(guó)內(nèi)外為限制弧光接地過(guò)電壓所采取的措施

1.為了解決弧光接地產(chǎn)生長(zhǎng)時(shí)間過(guò)電壓的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)以前大多采用消弧線圈補(bǔ)償或經(jīng)自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償式消弧線圈接地的方式。雖然可以有效降低故障點(diǎn)的殘流，有利于接地電弧的熄滅，也能避免因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間燃弧而導(dǎo)致的相間弧光短路，但是采用消弧線圈容易產(chǎn)生串聯(lián)諧振過(guò)電壓和虛幻接地現(xiàn)象，而且對(duì)小電流選線裝置影響較大，使其靈敏度降低甚至無(wú)法選線，況且由于電氣系統(tǒng)運(yùn)行方式的多樣化及弧光接地點(diǎn)的隨機(jī)性，消弧線圈要對(duì)電容電流進(jìn)行有效補(bǔ)償有很大的難度。消弧線圈補(bǔ)償?shù)囊矁H僅是工頻電容電流，而實(shí)際通過(guò)接地點(diǎn)的電流不僅有工頻電容電流，而且還包含有大量的高頻電流和阻性電流，嚴(yán)重時(shí)僅高頻電流和阻性電流就可以維持電弧的持續(xù)燃燒，這是消弧線圈根本無(wú)法解決的。

2.采用經(jīng)小電阻接地的方式，雖然抑制了弧光接地過(guò)電壓，克服了消弧線圈存在的問(wèn)題，但犧牲了對(duì)用戶供電的可靠性.當(dāng)這種系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，人為增加短路電流使斷路器速斷動(dòng)作，不論負(fù)荷性質(zhì)及重要性，一律切除故障線路而且也不能分辨出金屬性接地或弧光接地，使并不存在弧光接地過(guò)電壓危害的金屬性接地故障線路也被切除，擴(kuò)大了停電范圍和時(shí)間。同時(shí),由于加大了故障電流，對(duì)于弧光接地則加劇了故障點(diǎn)的燒損。

三、我們所選用的設(shè)備

我廠此次選用的是淄博瑞源電力設(shè)備廠生產(chǎn)的RZX智能消弧消諧選線及過(guò)電壓保護(hù)綜合裝置。該裝置針對(duì)消弧線圈的不足，設(shè)計(jì)原理新穎，功能完善，自動(dòng)化程度高，在安裝維護(hù)、可靠性、控制功能等方面均比消弧線圈有較大的提高。該裝置。利用智能控制、過(guò)電壓限制技術(shù)和單項(xiàng)開(kāi)關(guān)等組成一套自動(dòng)控制系統(tǒng)。采用瞬時(shí)改變系統(tǒng)參數(shù)和短接母線上的PT開(kāi)口三角繞組，消除諧振；采用限制故障相的恢復(fù)電壓幅值及恢復(fù)電壓的上升速度，消除弧光接地。

1、其主要功能

a.替代電壓互感器柜，并提供電壓檢測(cè)信號(hào)。

b.具有過(guò)電壓保護(hù)功能，能將大氣過(guò)電壓和操作過(guò)電壓限制到較低的電壓水平，保證了電網(wǎng)及電氣設(shè)備的絕緣安全，使因過(guò)電壓引起的事故大為減少。

c.替代消弧線圈，能夠快速消除間歇性弧光接地故障，抑制間歇性弧光接地過(guò)電壓，防止事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，降低線路的事故跳閘率。

d.能夠快速有效的限制并消除各種諧振過(guò)電壓，防止長(zhǎng)時(shí)間的諧振過(guò)電壓對(duì)系統(tǒng)絕緣結(jié)構(gòu)的加速老化，防止諧振過(guò)電壓對(duì)電網(wǎng)中設(shè)置的避雷器以及小感性負(fù)載的影響，增加系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性，延長(zhǎng)系統(tǒng)中設(shè)備的使用壽命。

e.能夠迅速準(zhǔn)確查找單相接地故障線路，對(duì)防止事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，減輕運(yùn)行和維護(hù)人員的工作量有重要意義。

f.具有PT切換功能。

2、該裝置的主要組成部分及功能。

a.三相組合式過(guò)電壓限制器 RSA ，起限制系統(tǒng)過(guò)電壓的作用，RSA 過(guò)電壓限制器是本裝置中限制各類(lèi)過(guò)電壓的第一元件，在本裝置接觸器未動(dòng)作之前將電壓限制在安全范圍以內(nèi)。

b.可分相控制的高壓真空接觸器 KA、KB、KC、KD

KA、KB、KC、KD 的作用是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生弧光接地過(guò)電壓時(shí)，使其由不穩(wěn)定的弧光接地迅速轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的金屬性直接接地，從而保護(hù)設(shè)備，使其不受損害。KA、KB、KC 是一組分相控制的單相真空交流接觸器，一端分別接至母線，另一端通過(guò)KD直接接地。正常運(yùn)行時(shí)，接觸器均處于斷開(kāi)狀態(tài)，受控制器 RZK 的控制而合閘。各相真空接觸器操作回路相互閉鎖，當(dāng)其中任一相合閘使該相母線接地后，其他兩相中任何一相不會(huì)再動(dòng)作。

c.智能控制器 RZK

智能控制器 RZK ，是本技術(shù)的核心部件。它根據(jù)PT 提供的 Uao、 Ubo、 Uco、 U △ 的信號(hào)來(lái)判定接地故障發(fā)生的相別及接地屬性（金屬性直接接地和弧光接地），按照預(yù)先設(shè)定的方式控制高壓真空接觸器動(dòng)作，RZK 智能控制器可同時(shí)完成對(duì)消弧、消諧和選線的綜合控制，有效地降低了設(shè)備的投資成本?？刂破魇怯汕度胧诫p CPU 組成，是整個(gè)綜合裝置測(cè)量、顯示、運(yùn)算、通信和執(zhí)行的中心處理機(jī)構(gòu)，智能化程度高抗干擾性能好，可靠性高。智能控制器采用二次電源技術(shù)，可抵御各種電磁干擾，所有的采集接口全部采用光 / 電隔離，可消除一次系統(tǒng)對(duì)控制器的干擾。

d.高能限壓器RV

限壓器是該裝置的主要部件。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生間歇性弧光接地時(shí)，真空接觸器立即將限壓器RV投入到故障相，由限壓器RV將故障相的最高電壓限制到額定相電壓的75%，使弧道的恢復(fù)電壓上升到該值時(shí)就不再上升。根據(jù)交流電弧理論知道，弧道在電流過(guò)零時(shí)將熄滅，能否消弧成功主要取決于電流過(guò)零后弧道的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度Ujf與加在弧道上的恢復(fù)電壓Uhf之間的相對(duì)關(guān)系，在故障相的恢復(fù)電壓上升到較高值時(shí)，如果Ujf＜Uhf，弧道將再次復(fù)燃。如此持續(xù)下去，就會(huì)形成穩(wěn)定的間歇性弧光接地，在本綜合裝置中由于限壓器RV的作用，使弧道的恢復(fù)電壓Uhf上升到設(shè)定值時(shí)不再上升，從而可靠消弧。

e. 多功能電容器

當(dāng)綜合裝置在進(jìn)行滅弧時(shí)，該電容與弧光接地弧道并聯(lián)，可以起到一定的分流作用，減少通過(guò)弧道的殘流，使電弧更容易熄滅。

此外，裝置還包括：帶有輔助二次繞組的電壓互感器 PT，用于本綜合裝置對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)；安裝于本綜合裝置與電網(wǎng)的連接端的隔離開(kāi)關(guān)，用于本綜合裝置在安裝和維修時(shí)的投切；用于起保護(hù)作用的熔斷器等部件。

3、簡(jiǎn)單工作原理

a.當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)， RZK 將對(duì) Uao、 Ubo、 Uco、 U △ 的三相信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，判斷接地相別和接地屬性，根據(jù)接地屬性 RZK 做出如下處理：

b.如果接地故障是穩(wěn)定的金屬性直接接地，則 RZK發(fā)出故障相別及接地屬性（金屬接地）的指示信號(hào)。同時(shí)，RZK 配有微機(jī)選線保護(hù)，由微機(jī)選線保護(hù)處理解決。

c.如果接地故障是不穩(wěn)定的間歇性弧光接地，則故障相接觸器合閘，投入高能限壓器和多功能電容器，進(jìn)行限壓消弧。如果接地故障是穩(wěn)定的間歇性弧光接地，則故障相接觸器和共用接觸器同時(shí)合閘，將接地故障轉(zhuǎn)化成金屬性直接接地，使故障消除。

d.故障相接觸器在動(dòng)作合閘投入高能限壓器和多功能電容器后， RZK 令接地的接觸器斷開(kāi)一次。若接觸器斷開(kāi)后再無(wú)弧光接地故障現(xiàn)象，說(shuō)明這一次接地故障是暫時(shí)性的，系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行， RZK 返回原始狀態(tài)。若接觸器斷開(kāi)后再次出現(xiàn)弧光接地故障，則 RZK認(rèn)定這一故障為永久性的弧光接地，此時(shí)再次指令相應(yīng)的故障相接觸器閉合，同時(shí)共用接觸器閉合， RZK將按照預(yù)先設(shè)定的程序發(fā)出警告信號(hào)，告知值班人員故障發(fā)生的相別；同時(shí) RZK 自配微機(jī)選線保護(hù)進(jìn)行選線處理。在接觸器斷開(kāi)接地點(diǎn)的過(guò)程中出現(xiàn)的短暫的過(guò)電壓，由 RSA 進(jìn)行限制。

e.接觸器第二次（連續(xù)的同一相）閉合接地后不再分開(kāi)，只有當(dāng)故障線路自動(dòng)或者人工切除后，由中控室或現(xiàn)場(chǎng)給 RZK 發(fā)送復(fù)位指令， RZK 收到復(fù)位指令后，讓接觸器斷開(kāi)，系統(tǒng)恢復(fù)正常，為以防止因 RZK誤判斷或誤接線引起的相間短路，本裝置加裝有高壓限流快速熔斷器。

由裝置的工作原理可知，限制過(guò)電壓的機(jī)理與電網(wǎng)對(duì)地電容電流的大小并無(wú)關(guān)系，其保護(hù)性能不隨電網(wǎng)運(yùn)行方式的改變而變化。我們相信系統(tǒng)加裝本裝置后，各類(lèi)相對(duì)地及相與相之間的過(guò)電壓均能被限制到較低的電壓水平，對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行安全威脅最大的單相弧光接地過(guò)電壓將被限制。該設(shè)備的使用必將大大加強(qiáng)我廠供電系統(tǒng)的穩(wěn)定。

[1]莫正康.《晶閘管變流技術(shù)》.機(jī)械工業(yè)出版社，1985.6.

[2]李剛.《現(xiàn)代測(cè)控電路》.高等教育出版社，2004.11.

[3]康華光.《模擬電子技術(shù)》.高等教育出版社，2002.6.

[4]何首賢.《供配電技術(shù)》.水利水電出版社，2005.2.

Hazard and control of arc grounding

Liu Hong ri
（Yankuang Lunan Chemical Co Ltd ）

This paper describes the arc grounding hazards. The current measure taken by the domestic and international is to restrict the over-voltage because of arc grounding , the normal nethods to limit the arc grounding as well as its defects.The focus is the introduction of RZK intelligent arc and resonant eliminating device’s structure, function and principle in our company’s feedstock and new power configuration adjustment project.Then it describes the functions and characteristics about various components,confirming that the device which is worthy of promotion and application is the best choice for a new intelligent arc and resonant eliminating device and overvoltage protection.

arc, overvoltage, grounding, arc and resonant elimination

TM862

A

T1672-8114(2013)06-042-04

劉紅日 ，山東日照人，現(xiàn)為山東兗礦魯南化工有限公司電氣工程師，車(chē)間副主任