中壓系統(tǒng)電網(wǎng)保護裝置及方法

鄧海波

摘 要：經(jīng)濟發(fā)展和社會進步需要能源的支撐，電能是促進經(jīng)濟發(fā)展的重要能源形式，建立安全、穩(wěn)定的電網(wǎng)系統(tǒng)是確保我國經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵。中壓系統(tǒng)是電網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分，該部分在運行中面臨的單相接地故障成為電氣設(shè)備正常運行的極大隱患，若不采取有效的保護措施，可能會引發(fā)重大的安全事故，給人們的生命財產(chǎn)安全帶來極大的威脅。本文將對中壓系統(tǒng)電網(wǎng)保護裝置及保護方法進行簡要介紹，并對綜合智能化保護裝置的應(yīng)用前景做簡單預(yù)測。

關(guān)鍵詞：中壓系統(tǒng)；保護裝置；弧光接地；高阻接地；諧振

1 概述

經(jīng)濟發(fā)展離不開能源支持，我國經(jīng)濟發(fā)展主要依托的是電能，因此，加強建設(shè)和發(fā)展我國的電力系統(tǒng)，為經(jīng)濟發(fā)展提供安全、穩(wěn)定的能源成為我國當(dāng)前面臨的主要任務(wù)。中壓配網(wǎng)是電力供應(yīng)的末端環(huán)節(jié)，其運行的安全性關(guān)系到千家萬戶的生命財產(chǎn)安全，如何采取有效的防護措施，加強中壓配網(wǎng)運行的安全性和穩(wěn)定性是本文要解決的主要問題。

2 中壓系統(tǒng)電網(wǎng)故障及其保護

2.1 中壓電網(wǎng)故障

單相接地是電網(wǎng)運行過程中面臨的主要故障形式，幾乎達到了電網(wǎng)故障總數(shù)的60%以上。單相接地故障主要表現(xiàn)形式為弧光接地、高阻接地以及諧振。

2.1.1 弧光接地?；」饨拥厥俏：ψ畲蟮囊环N故障表現(xiàn)形式。中壓電網(wǎng)系統(tǒng)運行方式是中性點不接地，當(dāng)接地電流超過5A時，單項接地電弧無法自行消滅，會產(chǎn)生極高的間歇性弧光過電壓，降低電器設(shè)備的絕緣性能，容易引發(fā)短路故障，嚴重時會造成火災(zāi)事故。隨著電纜在配網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用越來越多，接地電容電流逐漸增大，從而造成弧光接地故障的程度逐漸加深，加裝必要的消弧設(shè)備，很有必要。

2.1.2 高阻接地。高阻接地故障在單項接地中較為常見，該故障引發(fā)因素較多，如架空線路遇到樹枝掛碰造成斷路、電纜老化、電纜絕緣受潮都會表現(xiàn)出高阻接地故障。高阻接地故障表現(xiàn)形式多樣，接地電阻變化范圍大，不穩(wěn)定。

2.1.3 諧振。諧振是由于電力系統(tǒng)中電壓互感器、變壓器、消弧線圈等非線性電感受激產(chǎn)生磁路飽和，由此引發(fā)持續(xù)的震蕩；電路正常運行時，電路初始感抗大于容抗，無諧振產(chǎn)生，當(dāng)電路發(fā)生故障或故障消除等突然變化時，感抗減小導(dǎo)致諧振產(chǎn)生，電感和電容兩側(cè)形成過電壓，對電器元件有損壞作用。諧振也是電網(wǎng)中常見的一種故障，尤其是在中壓電網(wǎng)中性點非有效接地電網(wǎng)中出現(xiàn)頻率較高。

2.2 中壓電網(wǎng)保護裝置及方法

2.2.1 消弧裝置及方法。當(dāng)前使用的消弧裝置有兩類，一是將弧光接地轉(zhuǎn)為金屬接地的消弧裝置，另一類是將孤光接地轉(zhuǎn)為通過ZnO（氧化鋅）接地的消弧裝置。前者工作原理是通過故障相接地開關(guān)的開啟、閉合方式的改變，將弧光接地轉(zhuǎn)為金屬接地，從而達到熄弧的目的。該類裝置對電網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊大，可靠性較差，在操作過程中引發(fā)的諧振可能會燒毀電壓互感器。后者工作原理是將ZnO閥片組并聯(lián)在故障相和地之間，利用其殘壓限制故障點相電壓，從而達到熄弧目的。該裝置無法消除電流超過5A的弧光接地故障，且承受能量有限，若時間過長可能會引發(fā)爆炸。

電壓消弧法相對于以上兩種保護方法來說具有一定的優(yōu)越性，該法不受接地電流的影響，且消弧徹底，方法簡單。其工作原理如下：電網(wǎng)系統(tǒng)中出現(xiàn)單相弧光接地故障時，并聯(lián)在故障相母線和地之間的電抗器可將故障點兩側(cè)的電壓控制在安全范圍內(nèi)，使故障點兩側(cè)電壓小于弧隙抗電強度恢復(fù)的幅值，電弧重燃的機制被破壞，弧光接地故障得到控制；電抗器的投入可適當(dāng)延時3-5s，然后退出，確?；∠犊闺姀姸鹊玫匠浞只謴?fù)，提高故障消除概率；延時后的保護裝置能確保系統(tǒng)不會發(fā)生短路故障，又能避免瞬時故障造成的跳閘現(xiàn)象，提高了整個供電系統(tǒng)的可靠性。

2.2.2 高阻接地保護裝置及其方法。高阻接地保護裝置會存在誤判、誤動或拒動問題，主要原因是高阻接地故障信息較弱和對故障認知不足。不接地系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時，是按照金屬接地對電壓進行分析，此時接地相電壓為零，非接相電壓成為線電壓，中性點會偏移到接地點，零序電壓等于方向相反的故障前的相電壓。這就產(chǎn)生了“接地相是三相中電壓幅值最小的一相”的結(jié)論，接地保護裝置就以此結(jié)論為工作原理。而在實際運行過程中，以上結(jié)論只適用于接地電阻小于某臨界范圍內(nèi)，若接地電阻超過這個臨界值，接地相就不是電壓幅值最小的，若故障保護裝置以電壓為判斷依據(jù)，接地電壓的改變會導(dǎo)致保護裝置誤動；若保護裝置以電流為判斷依據(jù)，則發(fā)生故障時電流太小會導(dǎo)致拒動。保護裝置一旦出現(xiàn)誤動或拒動，就無法對電網(wǎng)形成有效保護。

2.2.3 消除諧振的裝置及方法。我國一次或二次消諧裝置是在電壓互感器的一次中性點或二次開口三角處加電阻，該電阻的主要作用是消耗電能。這類消諧裝置存在消諧死區(qū)，保護效果不理想，由于諧振而引發(fā)的電壓互感器燒毀故障、高壓熔管以及其他事故時有發(fā)生。

2.3 綜合智能保護裝置在中壓系統(tǒng)電網(wǎng)中的應(yīng)用

綜合智能保護裝置是利用微電子技術(shù)、多CPU技術(shù)、高速數(shù)據(jù)采集技術(shù)和處理技術(shù)、高電壓技術(shù)及其他專業(yè)判斷軟件制成的電網(wǎng)保護裝置，該裝置由微機控制器、電壓互感器、三只單項真空接觸器、隔離開關(guān)、電抗器、柜體等部分組成。保護原理為：以微機控制器空電壓互感器和電流互感器的二次端檢測系統(tǒng)的三相電壓-頻率、零序電壓-頻率、零序電流的變化情況，對電網(wǎng)系統(tǒng)的運行狀況進行判斷，根據(jù)判斷結(jié)果發(fā)出報警指令和保護指令，該裝置在實際運行試驗中能對電網(wǎng)系統(tǒng)中的各項故障進行及時、有效的報警和處理，有效地保障了電網(wǎng)中電氣設(shè)備的性能安全，具有較高的推廣價值。

3 結(jié)語

中壓電網(wǎng)是電力系統(tǒng)中重要組成部分，對于城市建設(shè)、農(nóng)村發(fā)展中的電力能源的傳輸具有重要影響。中壓系統(tǒng)運行過程中會出現(xiàn)弧光接地、高阻接地、諧振接地等多種形式的故障，給電氣設(shè)備的安全運行造成了不利影響，利用有效的保護裝置，消除以上故障對設(shè)備的影響，對于提高供電質(zhì)量具有積極意義。

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