中性點(diǎn)不接地6kV配電系統(tǒng)過電壓防范措施分析

黃見

摘 要：文章主要對(duì)中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式的6kV配電系統(tǒng)過電壓產(chǎn)生的原因進(jìn)行了介紹，重點(diǎn)分析了過電壓的防范措施，為有效消除中性點(diǎn)不接地的配電系統(tǒng)諧振提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：配電系統(tǒng)；過電壓；諧振；消諧

1 過電壓分析

在中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式的6kV配電系統(tǒng)中，內(nèi)部過電壓是普遍關(guān)心的問題。由于真空斷路器的廣泛采用，以及電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電壓互感器柜的增多，電纜的使用越來越多，使因開斷空載變壓器及高壓電動(dòng)機(jī)等電感負(fù)荷產(chǎn)生的操作過電壓和單相接地時(shí)電弧不能自熄形成的間歇性弧光接地過電壓越來越嚴(yán)重，成為電網(wǎng)及設(shè)備安全運(yùn)行的主要威脅。

1.1 弧光接地過電壓

采用中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式的6kV配電系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于故障點(diǎn)電弧不能自動(dòng)熄弧，從而發(fā)生電弧周期性的熄滅與重燃，出現(xiàn)間歇電弧，引起電網(wǎng)產(chǎn)生高頻振蕩，形成過電壓。而且過電壓持續(xù)的時(shí)間可以達(dá)到數(shù)十分鐘或更長(zhǎng)，波及范圍廣，對(duì)電氣設(shè)備危害嚴(yán)重。鐵磁諧振過電壓對(duì)電力設(shè)備的危害并不僅僅局限于互感器本身，它除了波及到相鄰的開關(guān)柜之外，更多的事故則是發(fā)生在備用的或處于斷開狀態(tài)的高壓開關(guān)設(shè)備上。因?yàn)橹C振發(fā)生時(shí)具有電壓幅值高、變化速度快且極易在斷口處出現(xiàn)反擊等特點(diǎn)。這種反擊電壓往往會(huì)超出額定電壓很多倍，這么高的沖擊電壓，大大超過了高壓開關(guān)設(shè)備的實(shí)際承受能力，特別是那些具有某些缺陷或絕緣環(huán)節(jié)不夠完善的高壓開關(guān)就會(huì)發(fā)生爆炸事故。這就是引起電氣設(shè)備爆炸事故的主要原因。

1.2 電感負(fù)荷產(chǎn)生的操作過電壓

由于真空斷路器分?jǐn)嗨俣瓤?、滅弧能力?qiáng)，在開斷電感負(fù)荷時(shí)有可能不是在電流經(jīng)過工頻零點(diǎn)時(shí)熄弧，而是在電流瞬時(shí)值為i時(shí)，被迫在極短的時(shí)間內(nèi)下降到零，從而產(chǎn)生截流過電壓和三相同時(shí)截流過電壓，另外開斷后還會(huì)產(chǎn)生高頻振蕩，使斷路器發(fā)生多次重燃過電壓，主要表現(xiàn)為相間過電壓，幅值最高可以達(dá)到3.5倍正常運(yùn)行電壓的相電壓的峰值，而相對(duì)地過電壓數(shù)值僅為相間過電壓的1/2左右。

2 過電壓防范措施

2.1 加裝二次微機(jī)消諧器和一次消諧裝置

微機(jī)消諧裝置將微機(jī)技術(shù)用于電網(wǎng)消諧，利用計(jì)算機(jī)快速、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)處理能力，通過對(duì)PT開口三角電壓的采集，對(duì)電網(wǎng)諧振時(shí)的各種頻率實(shí)現(xiàn)快速傅里葉成份分析，準(zhǔn)確地辨別出：?jiǎn)蜗嘟拥?、過渡過程和電網(wǎng)諧振。如果是諧振，計(jì)算機(jī)發(fā)出指令使消諧電路投入，實(shí)現(xiàn)快速消諧。微電腦諧振消除裝置的核心部件是單片微機(jī)，即中央處理器。由中央處理器來控制并聯(lián)在電壓互感器二次側(cè)開口三角繞組上的可控硅的運(yùn)行狀態(tài)。正常運(yùn)行情況下，電壓互感器開口三角繞組的零序電壓為零，或接近于零，這時(shí)可控硅處于阻斷狀態(tài)，對(duì)于電力系統(tǒng)不會(huì)造成任何影響。但是當(dāng)該電壓不為零時(shí)說明電網(wǎng)發(fā)生了故障或處于不對(duì)稱運(yùn)行狀態(tài)，這時(shí)中央處理器則會(huì)根據(jù)它采集到的零序電壓的大小和頻率的高低，進(jìn)行計(jì)算分析和判斷。如果是單相接地故障，那么消諧裝置便會(huì)給出接地故障報(bào)警并顯示；如果是系統(tǒng)諧振的話，則裝置在發(fā)出聲光信號(hào)的同時(shí)，啟動(dòng)執(zhí)行元件可控硅，使之瞬間短路進(jìn)行強(qiáng)阻尼，而諧振便會(huì)在這一強(qiáng)烈的阻尼下迅速消失。在6kV電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，母線上電壓互感器星形接線的PT一次繞組將成為該電網(wǎng)對(duì)地唯一金屬性通道。單相接地或消失時(shí)，電網(wǎng)對(duì)地電容通過PT一次繞組有一個(gè)充放電的過渡過程。安裝了一、二次消諧裝置可有效地解決以下4個(gè)問題：消除或阻尼PT非線性勵(lì)磁特性而引起的鐵磁諧振過電壓，這種諧振過電壓會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)相電壓不穩(wěn)定；能有效地抑制間隙性弧光接地時(shí)流過PT繞組的過電流，防止PT的燒毀；限制系統(tǒng)單相接地消失時(shí)在PT一次繞組回路中產(chǎn)生的涌流，這種涌流會(huì)損壞PT或使PT熔絲熔斷；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地后可較長(zhǎng)時(shí)間保護(hù)PT免受損壞。

2.2 加裝智能型接地補(bǔ)償裝置

在中性點(diǎn)不接地的6kV母線上加裝了智能型接地補(bǔ)償裝置，這種方法是利用微機(jī)技術(shù)，自動(dòng)控制電動(dòng)式消弧線圈，當(dāng)電網(wǎng)對(duì)地電容發(fā)生變化時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)消弧線圈的分頭，使之處于最佳值，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單項(xiàng)接地時(shí)，流過消弧電抗器的電流與對(duì)地電容電流相互抵消，使故障點(diǎn)的殘流限制在安全值以下，電弧熄滅。

2.3 加裝過電壓保護(hù)器

對(duì)容量較大主變壓器側(cè)和高壓電動(dòng)機(jī)側(cè)加裝四星形接法的過電壓保護(hù)器。這種接線方式可將相間過電壓大大降低，據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)測(cè)量與常規(guī)避雷器相比，相間過電壓下降了60%～70%，可靠地保護(hù)了設(shè)備。

3 案例分析

某套6kv配電系統(tǒng)每當(dāng)空投母線時(shí)（全部饋線斷開），系統(tǒng)都要發(fā)生諧振。配電系統(tǒng)在投入使用時(shí)未設(shè)計(jì)消諧裝置，為了消除諧振就臨時(shí)在電壓互感器三角形開口串接一個(gè)150W燈泡，投送空載母線時(shí)諧振被抑制，退出燈泡后系統(tǒng)也不再有諧振。后來加裝一臺(tái)微機(jī)型二次消諧裝置，諧振反倒無法消除。在多次實(shí)驗(yàn)中，只有兩次消除了諧振，消諧裝置上顯示諧振故障，一次頻率為25Hz，電壓11V，一次頻率150Hz，電壓72V，其余諧振都未消除，消諧裝置上報(bào)接地故障或過電壓故障，無頻率顯示，電壓顯示70-140之間。通過實(shí)驗(yàn)和分析，發(fā)現(xiàn)第一次安裝的消諧裝置不采集三相對(duì)地電壓，裝置判斷諧振的條件是電壓互感器三角形開口電壓和電壓頻率，當(dāng)電壓大于判斷值而電壓頻率為工頻時(shí)，裝置認(rèn)為接地故障或過電壓故障，不進(jìn)行消諧處理，第二次改用了帶檢測(cè)三相對(duì)地電壓的消諧裝置，諧振的判斷條件增加了三相對(duì)地電壓，當(dāng)電壓大于判斷值而電壓頻率為工頻時(shí)，還要有一相電壓為零，才判斷為接地故障，否則判斷為諧振，并進(jìn)行消諧處理。經(jīng)過改造后系統(tǒng)發(fā)生的諧振都能有效的消除。通過上述的試驗(yàn)和改造，我們認(rèn)為引起系統(tǒng)諧振的原因是母線在不帶負(fù)荷時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)的XC/XL比值接近引起諧振的條件值，在投送進(jìn)線開關(guān)時(shí)形成的操作過電壓，使電壓互感器感抗XL發(fā)生變化，XC/XL比值到達(dá)了引起諧振的條件值，而且基本上發(fā)生的是基波諧振。每次發(fā)生諧振時(shí)從保護(hù)裝置上得到的系統(tǒng)三相二次電壓分別為A相：17-19V，B相：80-85V，C相：77-87V，電壓互感器三角形開口電壓70V左右。三相電壓一相降低，二相升高，也符合基波諧振的特點(diǎn)。由此可見，操作過電壓引起的諧振比較普遍，而且在選擇二次微機(jī)消諧裝置要考慮具有判斷基波諧振能力的消諧裝置，避免誤判，從而達(dá)不到消諧的作用。

4 結(jié)語(yǔ)

在中性點(diǎn)不接地6kV配電系統(tǒng)中，內(nèi)部過電壓?jiǎn)栴}是工廠普遍關(guān)心的問題。其中因開斷空載變壓器及高壓電動(dòng)機(jī)等電感負(fù)荷產(chǎn)生的操作過電壓和單相接地時(shí)電弧不能自熄形成的間歇性弧光接地過電壓越來越嚴(yán)重，這兩種過電壓是6kV配電系統(tǒng)電氣設(shè)備的主要威脅，如何消除過電壓所導(dǎo)致的諧振，是值得相關(guān)工作者深入研究的問題。

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