沈煤集團(tuán)供電部 王 建

6kV供電系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)電壓?jiǎn)栴}的防治手段分析

沈煤集團(tuán)供電部 王 建

文中針對(duì)因電感負(fù)荷產(chǎn)生的操作過(guò)電壓和單相接地產(chǎn)生的接地過(guò)電壓，采取在電壓互感器上加裝一、二次消諧裝置，在6kV母線上加裝智能型接地補(bǔ)償裝置，在電動(dòng)機(jī)和變壓器側(cè)加裝過(guò)電壓保護(hù)器的措施，是較好的消除過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)威脅的有效方法。

6kV 供電系統(tǒng) 過(guò)電壓

一、過(guò)電壓分析

在中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式的6kV供電系統(tǒng)中，內(nèi)部過(guò)電壓是普遍關(guān)心的問(wèn)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(lái)越多，使因開(kāi)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(guò)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(guò)電壓越來(lái)越嚴(yán)重，成為電網(wǎng)及設(shè)備安全運(yùn)行的主要威脅。

1. 弧光接地過(guò)電壓

采用中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式的6kV供電系統(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(guò)電壓。而且過(guò)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。另外，由于電網(wǎng)中存在大量星形接線的電壓互感器，其一次繞組直接接地，成為電網(wǎng)對(duì)地電容電流、高次諧波電流的充放電途徑。當(dāng)線路接地時(shí)，電壓互感器的鐵心線圈相當(dāng)于與非故障線路對(duì)接電容并聯(lián)，構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，由于相對(duì)地電壓升高，有可能使得電壓互感器的鐵心出現(xiàn)飽和或接近飽和，阻抗變小，電路中出現(xiàn)容抗和阻抗相等的情況，產(chǎn)生鐵磁諧振過(guò)電壓，此時(shí)互感器一次側(cè)的電流最大，這樣有可能使電壓互感器的高壓側(cè)熔斷件熔斷，或者燒壞電壓互感器，以及電纜和避雷器爆炸等事故。以鐵磁諧振過(guò)電壓為例說(shuō)明這種過(guò)電壓的產(chǎn)生。

電壓互感器為星形接線，這種接線與電力線路對(duì)地的分布電容CO構(gòu)成的諧振回路完全符合LC并聯(lián)電路條件。因?yàn)樵谡Ｇ闆r下，電網(wǎng)的三相對(duì)稱運(yùn)行，電壓互感器的中性點(diǎn)的位移電壓為零；而當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生沖擊時(shí)，原本穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)被打破，這時(shí)可能使電網(wǎng)一相或二相的電壓升高，從而導(dǎo)致電壓互感器的中性點(diǎn)產(chǎn)生位移電壓。這時(shí)互感器鐵心的激磁電流將迅速增大并使之飽和，從而引起電流電壓波形畸變，產(chǎn)生諧波。當(dāng)線路較長(zhǎng)時(shí)CO很大，或互感器的電感很大時(shí)，會(huì)使諧振回路的自振頻率很低，這種情況下產(chǎn)生的諧振過(guò)電壓多屬于分次諧波諧振過(guò)電壓。

運(yùn)行實(shí)踐證明，鐵磁諧振過(guò)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(kāi)關(guān)柜之外，更多的事故則是發(fā)生在備用的或處于斷開(kāi)狀態(tài)的高壓開(kāi)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(guò)了高壓開(kāi)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(kāi)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。

2. 電感負(fù)荷產(chǎn)生的操作過(guò)電壓

由于真空斷路器分?jǐn)嗨俣瓤?、滅弧能力?qiáng)，在開(kāi)斷電感負(fù)荷時(shí)有可能不是在電流經(jīng)過(guò)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(guò)電壓和三相同時(shí)截流過(guò)電壓，另外開(kāi)斷后還會(huì)產(chǎn)生高頻振蕩，使斷路器發(fā)生多次重燃過(guò)電壓，主要表現(xiàn)為相間過(guò)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(guò)電壓數(shù)值僅為相間過(guò)電壓的1/2左右。

二、過(guò)電壓防范措施

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(guò)對(duì)PT開(kāi)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)蜗嘟拥亍⑦^(guò)渡過(guò)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(lái)控制并聯(lián)在電壓互感器二次側(cè)開(kāi)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(kāi)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(shuō)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6 kV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(guò)PT一次繞組有一個(gè)充放電的過(guò)渡過(guò)程。安裝了一、二次消諧裝置可有效地解決以下4個(gè)問(wèn)題：消除或阻尼PT非線性勵(lì)磁特性而引起的鐵磁諧振過(guò)電壓，這種諧振過(guò)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(guò)PT繞組的過(guò)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. 加裝智能型接地補(bǔ)償裝置

在中性點(diǎn)不接地的6 kV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(guò)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。

3. 加裝過(guò)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(guò)電壓保護(hù)器。這種接線方式可將相間過(guò)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(guò)電壓下降了60%～70%，可靠地保護(hù)了設(shè)備。

三、結(jié)語(yǔ)

在中性點(diǎn)不接地6 kV供電系統(tǒng)中，內(nèi)部過(guò)電壓?jiǎn)栴}是工廠普遍關(guān)心的問(wèn)題。其中因開(kāi)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(guò)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(guò)電壓越來(lái)越嚴(yán)重，這兩種過(guò)電壓是6kV供電系統(tǒng)電氣設(shè)備的主要威脅。

[1]DL/T 620—1997.交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合[S]

[2]劉志清.電網(wǎng)諧振過(guò)電壓的防治[J].農(nóng)村電氣化，2005(5)

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