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消弧与消谐之间的区别与联系及工作原理

发布时间:2021-11-04浏览:1129次

      消弧和消谐的工作原理是不一样的。消弧是指当母线发生单相金属接地时消弧装置动作使金属接地通过消弧装置动作的真空接触器直接接地,有利于母线保护动作、这样可以避免谐波的产生。消谐主要是消除二次谐波以及高次谐波,有利于电网的安全运行。 正常运行时,消弧线圈中无电流通过。而当电网受到雷击或发生单相电弧性接地时,中性点电位将上升到相电压,这时流经消弧线圈的电感性电流与单相接地的电容性故障电流相互抵消,使故障电流得到补偿,补偿后的残余电流变得很小,不足以维持电弧,从而自行熄灭。这样,就可使接地迅速消除而不致引起过电压。 

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      消弧线圈主要是由带气隙的铁芯和套在铁芯上的绕组组成,它们被放在充满变压器油的油箱内。绕组的电阻很小,电抗很大。消弧线圈的电感可用改变接入绕组的匝数加以调节。在正常运行状态下,由于系统中性点的电压是三相不对称电压,数值很小,所以通过消弧线圈的电流也很小,电弧可能自动熄灭。 

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      一般采用过补偿方式,就是电感电流略大于电容电流。消弧线圈是一种带铁芯的电感线圈。它接于变压器(或发电机)的中性点与大地之间,构成消弧线圈接地系统。正常运行时,消弧线圈中无电流通过。而当电网受到雷击或发生单相电弧性接地时,中性点电位将上升到相电压,这时流经消弧线圈的电感性电流与单相接地的电容性故障电流相互抵消,使故障电流得到补偿,补偿后的残余电流变得很小,不足以维持电弧,从而自行熄灭。这样,就可使接地迅速消除而不致引起过电压。 

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      长期以来,我国6~35KV(含66KV)的电网大多采用中性点不接地的运行方式。此类运行方式的电网在发生单相接地时,故障相对地电压降为零,非故障相的对地电压将升高到线电压(UL),但系统的线电压维持不变。因此国家标准规定这类电网在发生单相接地故障后允许短时间(2小时)带故障运行,所以大大提高了该类电网的供电的可靠性。现有的运行规程规定:“中性点非有效接地系统发生单相接地故障后,允许运行两小时",但规程未对“单相接地故障"的概念加以明确界定。

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      如果单相接地故障为金属性接地,则故障相的电压降为零,其余两健全相对地电压升高至线电压,这类电网的电气设备在正常情况下都应能承受这种过电压而不损坏。但是,如果单相接地故障为弧光接地,则会在系统中产生高值达3.5倍相电压的过电压,这样高的过电压如果数小时作用于电网,势必会造成电气设备内绝缘的积累性损伤,如果在健全相的绝缘薄弱环节造成绝缘对地击穿,将会引发成相间短路的重大事故。

中性点不接地的高压电网中,单相接地电容电流的危害主要体现在以下四个方面:

 1)弧光接地过电压的危害

      当电容电流一旦过大,接地点电弧不能自行熄灭。当出现间歇性电弧接地时,产生弧光接地过电压,这种过电压可达相电压的3~5倍或更高,它遍布于整个电网中,并且持续时间长,可达几个小时,它不仅击穿电网中的绝缘薄弱环节,而且对整个电网绝缘都有很大的危害。

 2)造成接地点热破坏及接地网电压升高

      单相接地电容电流过大,使接地点热效应增大,对电缆等设备造成热破坏,该电流流入大地后由于接地电阻的原因,使整个接地网电压升高,危害人身安全。 

3)交流杂散电流危害

      电容电流流入大地后,在大地中形成杂散电流,该电流可能产生火花,引燃瓦斯爆炸等,可能造成先期放炮,并且腐蚀水管、气管等。 

4)接地电弧引起瓦斯煤尘爆炸 

消弧线圈的作用:

      电网安装消弧线圈后,发生单相接地时消弧线圈产生电感电流,该电感电流补偿因单相接地而形成的电容电流,使得接地电流减小,同时使得故障相恢复电压速度减小,治理电容电流过大所造成的危害。同时由于消弧线圈的嵌位作用,它可以有效的防止铁磁谐振过电压的发生概率。

      消弧线圈接地方式存在的一些问题:

      1)单相接地故障时,非故障相对地电压升高到3 相电压以上,持续时间长、波及全系统设备,可能引起第二点绝缘击穿,引起事故扩大事故。 

      2)消弧线圈不能补偿谐波电流,有些城市电网谐波电流占的比例达5%-15%,仅谐波电流就可能远大于10A,仍然可能发生弧光接地过电压。

      3)对于电容电流很大的配电网,如果通过补偿要使单相接地故障电流Ijd<10A,就必须使系统保持较小的脱谐度,系统的脱谐度过小,对由于三相电容不对称引起的中性点位移电压会产生较强的放大作用,使中性点电压偏移超过规程允许值(<15%Un),保护将发出接地故障信号。

      另外脱谐度太小,系统运行在接近谐振补偿状态,将给系统运行带来极大的潜在危险(谐振过电压);要保证中性点位移电压不超过规程允许值,就要增大脱谐度,然而,脱谐度过大,将导致残余接地电流太大(Ijd>10A),又可能引起间歇性弧光接地过电压。很难保证既使残余接地电流Ijd<10A,又保证中性点位移电压不超过规程允许值这两个相互制约的条件。

      4)消弧线圈的调节范围受到调节容量限制,调节容量与额定之比一般为1/2,如按终期要求选择,工程初期系统电容电流小,消弧线圈的小补偿电流偏大,可能投不上;如按工程初期的要求选择,工程终期系统电容电流大,消弧线圈的大补偿电流又偏小,也不能满足合理补偿的要求。

      5)在运行中,消弧线圈各分接头的标称电流和实际电流会出现较大误差,运行中就发生过由于实际电流与电流误差较大而导致谐振的现象。 

      6)由于系统的运行方式及系统电压经常变化,系统的电容电流经常变化,跟踪补偿困难。目前的自动跟踪补偿装置呈百花齐放的景象,实际运行考验时间较短,运行情况还不理想。而且价格高、结构复杂、维护量大,不适应无人值班变电站的要求。 

      7)由于上述原因,中性点经消弧线圈接地仅能降低弧光接地过电压的概率,不能消除弧光接地过电压,也不能降低弧光接地过电压的幅值,弧光过电压倍数也很高。 

      8)寻找单相接地故障线路困难,目前许多小电流接地选线方法的选线成功率还不理想,往往还要采用试拉法。

      9)采用试拉法时,既造成非故障线路短时停电,又会引起操作过电压。 

      10)系统谐振过电压高,谐振过电压持续时间长并波及全系统设备,常造成PT烧坏、或PT熔断器熔断。武高所和广州在区庄变电站试验中测得1/2分频谐振过电压达2PU ,测得由合闸操作激发的3次高频谐振过电压达4PU,测得A相导线断线并接地于负荷侧时,谐振过电压值为3.8PU。。

      11)电缆排管或电缆隧道内的电缆发生单相接地时,不及时断开故障线路,可能引起火灾,上海某35KV系统电缆就发生过单相接地一小时后引起火灾,烧毁电缆隧道中40多条电缆的重大事故。 

      12)寻找故障线路时间较长,在带接地故障运行期间,容易引起人身触电事故。 

      13)单相接地时,非故障相电压升高至线电压或更高,在不能及时检出故障点的情况下,无间隙金属氧化物(MOA)避雷器长时间在线电压下运行,容易损坏甚至爆炸。弧光接地过电压、谐振过电压幅值高、持续时间长,MOA由于动作负载问题,一般不要求WGMOA系统内过电压,不能有效利用MOA的优良特性,不利于MOA在配电网的推广使用。   

以电缆线路为主的配电网的特点:

      1)单位长度的电缆线路的电容电流比架空线路电容电流大10几倍,以电缆为主的城市电网对地电容电流很大。 

      2)电缆线路受外界环境条件(雷电、外力、树木、大风等)影响小,瞬时接地故障很少,接地故障一般都是性故障。 

      3)电缆线路发生接地故障时,接地电弧为封闭性电弧,电弧不易自行熄灭,如不及时跳闸,很容易造成相间短路,扩大事故。 

      4)电缆为弱绝缘设备。例如,10kV交联聚乙稀电缆的一分钟工频耐压为28KV ,而一般10kV 配电设备的绝缘水平为42kV 。在消弧线圈接地系统中,由于查找故障点时间较长,电缆长时间承受工频或暂态过电压作用,易发展成相间故障,造成一线或多线跳闸。 

      5)在电缆线路中,高频振荡电流幅值大衰减慢,高频振荡电流远大于工频电流,在工频电流过零时高频振荡电流仍然有很大的幅值,维持弧光燃烧取决于高频振荡电流衰减的快慢和工频电流,消弧线圈不能补偿高频振荡电流,又由于在电缆线路中消弧线圈补偿后的残流大,消弧线圈在电缆线路中不能消弧。   

PT谐振:

      (1)PT谐振 PT谐振对于yo/yo电磁式PT,在正常情况下线路发生单相接地不会出现铁磁谐振过电压,但在下列条件下,就可能引发铁磁谐振。 

      1)对于中性点不接地系统,当系统发生单相接地时,故障点流过电容电流,未接地的两相相电压升高3倍。但是,一旦接地故障点消除,非接地相在接地故障期间已充的线电压电荷只能通过PT高压线圈经其自身的接地点流入大地,在这一瞬间电压突变过程中,PT高压线圈的非接地两相的励磁电流就要突然增大,甚至饱和,由此构成相间串联谐振。

       2)系统发生铁磁谐振。近年来,由于配电线路用户PT、电子控制电焊机、调速电机等数量的增加,使得10kV配电系统的电气参数发生了很大的变化,导致谐振的频繁出现。在系统谐振时,PT将产生过电压使电流激增,此时除了造成一次侧熔断器熔断外,还将导致PT烧毁。个别情况下,还会引起避雷器、变压器、断路器的套管发生闪络或爆炸。

       3)线路检修,事先不向调度部门申请办理停电手续,随意带负荷拉开分支线路隔离刀闸或带负荷拉开配电变压器的高压跌落开关,造成刀闸间弧光短路而引发谐振。

       4)当配电变压器内部发生单相接地故障时,故障电流将通过抗电能力强的绝缘油对地放电,也会产生不稳定的电弧激发电网谐振。

       5)运行人员送电操作程序不对,未拉开PT高压侧刀闸就直接带PT向空母线送电,引起PT铁磁谐振。

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2.1 高度集成:

      集保护、测量、控制、监测、通讯、录波、事件记录等多种功能于一体。

2.2 弧光保护功能:

      搭配ARB5-S弧光传感器,通过保护装置之间的配合,可以方便实现弧光保护功能而不用增加其它任何成本,大大提升了产品性价比。实时监测环境光强,ARB5-S弧光传感器动作阈值可设,可根据不同场合设定不同动作值。

2.3 扩展功能:

      同一插槽位置可配置不同功能板件,很方便实现开入、开出等通道的扩展。

2.4 通讯功能:

      采用独立的ARM9通信处理器进行通讯管理,可提供1路RS485、2路以太网通讯接口、1路打印RS232接口和1路IRIG-B码对时接口;通讯协议支持IEC61850、modbus RTU、modbus TCP、IEC103,可实现遥测、遥信、遥控、保护定值设定及查询、装置工作状态、SOE事件记录、录波数据等传输功能。

2.5 自检功能:

      具备软、硬件实时自检、硬件配置自动识别与报警功能、光纤回路链路状态实时监测和断链报警功能。

2.6 可编程逻辑功能:

      各保护功能、继电器、开入量具有逻辑组态功能,用户可以现场根据需要来进行设定:保护动作出口和信号输出可自由整定、开入量可通过设定实现非电量保护功能和闭锁保护功能。

2.7 友好人机界面:

      大屏幕图形液晶显示,动态显示一次系统图、实时波形图、故障录波图、各种电气参数及保护信息,多语言菜单切换,操作快捷方便。

2.8 故障录波功能:

      采用COMTRADE标准录波格式,可记录20个录波报告,可将故障前、故障中、故障后的电流、电压、断路器状态和保护信息完整真实记录下来,为用户进行故障分析提供依据。

2.9 故障自动推画面功能:

      当保护动作或者有告警信息时,装置自动弹出画面,提示用户动作或者告警的保护。

2.10 调试接口:

      装置具有专门的以太网调试接口,通过配置软件,可以就地和远方实现程序升级、定值设定、故障分析,提高了用户的使用和维护方便性,提高了工作效率。

2.11 电磁兼容:

      装置强弱电严格分开,采取硬件、软件抗干扰措施,装置的抗干扰能力大大提高,对外电磁辐射满足相关标准。

2.12 全封闭机箱:

      采用全封闭半层4U标准机箱,机箱深度较小,既适合集中组屏安装,也可开关柜分散安装;独特机箱设计方便拼接。

03技术参数

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04保护配置表

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图例:

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05典型配置

5.1 同一配电房内柜体单排分布

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5.1.1 配置要点

(1)AH1总进线柜安装ARB5-M主控单元;

(2)每面柜子母线室安装ARB5-S弧光探头,连线距离不超过20米。

5.1.2 动作逻辑

(1)AH1电流+各母线弧光探头判据;

(2)跳总进线AH1断路器。

5.2 同一配电房内柜体面对面分布

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5.2.1 配置要点

(1)I段母线总进线柜1AH1柜安装ARB5-M主控单元;

(2)II段母线总进线柜2AH1安装ARB5-E扩展单元,通过光纤连接至I段主控单元;

(3)每面柜子母线室配置弧光探头;

I段母线探头距主控单元连线距离不超过20米;

II段母线探头距扩展单元连线距离不超过20米。

5.2.2 动作逻辑

(1)AH1总进线电流+分段电流+I段母线弧光判据,跳1AH1+分段开关;

(2)AH1总进线电流+分段电流+II段母线弧光判据,跳2AH1+分段开关。

5.3 弧光探头ARB5-S

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(1)弧光探头的检测范围是一个角度为120°,半径0.5m 的扇形区域,所以选择探头安装点时应充分考虑该要素,避免出现检测盲区。

(2)B点是母线室散热窗附近,在这个点位开孔安装弧光探头,塑料光纤在柜顶引至C点进入仪表室,再到达D点附近的经开关柜二次电缆穿线孔汇集至弧光保护(扩展)单元。

(3)也可按图中红色标注安装探头。

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母线室弧光探头安装

06其他

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(1)若需要对开关柜断路器室、电缆室都配置弧光探头时,建议安装位置如红色色圈标注;

(2)弧光保护跳闸出口和关联的弧光探头可灵活映射,配置保护方案。

 

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