消弧柜在变电站的应用

【摘要】单相弧接地过电压会损坏电气设备，形成短路事端，损害性极大。本消弧设备采用新型微控制器和电抗器投切能够精确有效地消除弧光接地过电压形成的损害，具有杰出的消弧、过电压及保护功能，使用远景广泛。

【关键词】消弧柜，变电站，应用

中图分类号：O434文献标识码： A

一、前言

随着经济城市化的完善，变电站中10kV出线逐步选用全电缆出线方式，体系对地电容电流在疾速增大，弧光接地过电压疑问也日益严重起来。为处理上述疑问，不少电网选用了消弧线圈接地方式，即在电网装设消弧线圈，当体系发作单相弧光接地时，使用消弧线圈发生的理性电流对毛病点电容过电流进行抵偿，使流经问题电流削减。

二、消弧柜及弧线圈

1、弧线圈

（一）、简介

常规的消弧线圈是试图通过在中性点串接电感线圈所提供的电感电流来补偿系统的对地电容电流，从而将系统的故障接地电流（包括弧光接地和金属接地）降下来，以利于电弧冷却熄灭。正因为如此，有的设计规范要求，当10千伏系统和35千伏系统对地电容电流分别大于30安和10安时，均要设计加装消弧线圈。

（二）、深入了解

中国电力科学研究院前院长许颖在《电力设备》DOC.2001VOl.2NO.4的《对消弧线圈“消除弧光接地过电压”的异议》这篇文章中指出：消弧线圈“降低了电网绝缘闪络（如雷电闪络）接地故障电流的建弧率”；“消弧线圈自动跟踪补偿或自动调谐使消弧线圈功能和应用上了一个新台阶，而消除过电压却是误导”。不仅如此，作者还指出：“消弧线圈降低了故障相恢复电压的速度，易于使故障相的重燃适在对地电压最大时发生，这又使过电压的数值增加。”这就是说，消弧线圈不仅不能消除过电压，反而会加大过电压数值。弧光接地本身必然伴有高频振荡过程发生，而“现行消弧线圈自动跟踪补偿或自动调谐是在工频下完成的，在高频振荡过程中，由于消弧线圈和电网电容两者频率特性相差悬殊，两者是不可能互相补偿或调谐的。”有时还恰恰相反，消弧线圈加剧了高频振荡过程，从而加大了系统的过电压数值，给电力设备的安全运行带来了更大的危害。

​2、消弧柜

（一）、简介

消弧及过电压保护装置柜的设计原理与消弧线圈却截然不同，该装置柜所捕捉的信号不是弧光接地电流本身，而是因弧光接地电流的产生在非故障相所引起的过电压。因此不论弧光接地电容电流的大小，该装置柜的多功能微机控制器一旦捕捉到系统中有弧光接地过电压的存在，就立即闭合故障相的单相真空接触器，将故障相的弧光接地转变为金属接地，此时故障相对地电压为零，而非故障相对地电压也只达到系统的额定线电压值，这是系统电气设备绝缘水平允许的，并且根据相关规程可以运行两小时。由此可见，该装置柜可以从根本上解决弧光接地过电压的问题。

（二）、深入了解

常规电力电缆的工频耐压值为电缆运行的相电压值乘以2.5倍，再加1000伏，从下述列表中可见，消弧线圈即使能够补偿正确，补偿后的接地电流达2安左右，也会使非故障相的对地电位升至3.2倍相电压。比如在10KV系统，若A相发生弧光接地，接地电流为50安，经过消弧线圈补偿，虽然接地电流可以降至2安左右，但B相和C相的对地电位仍可升至18.5KV，仍大于电缆的工频耐压值（15.4KV），从而会引发B相或C相电缆对地击穿，出现A相和B相或C相的异地异相通过接地的两相短路，造成整个电力系统的停电事故。

通过控制开关模块，使其通1.5秒后，断2分钟，交流电源的220V电压经过隔离变感应到滤波回路中，再由二次绕组感应到消弧线圈一次侧。由于感应到一次侧的电压值太大，影响消弧线圈的工作，于是在滤波回路中再串一电容(XC)，XC/XL大于10，使感应电压大部分集中在电容上，消弧线圈二次电感上的电压就会很低，感应到一次侧的电压值也就很低，通常在250V左右，不会对一次系统造成影响，同时满足消弧线圈正常工作的电压值。消弧线圈经过改造投运后，调谐装置间歇测得系统中性点电压在250V左右，满足装置正常需要的工作电压，装置能根据电容的变化自动调谐。

三、新型装置的工作原理

1、故障相经电抗器接地灭弧原理

消弧装置采集系统的三相电压、零序电压，通过比相、比幅计算判断系统运行状况，当判定单相接地发生，立即驱动故障相的开关Za闭合，将故障相通过电抗器接地，以钳制故障相电压，对系统出现的高幅值弧光接地起始的暂态过电压进行有效的限制，使弧光自动熄灭，从而达到消弧的效果，其动作不受接地电流大小的影响。同时电抗器接地后，对故障点的接地电流以旁路分流的方法进行泄能，因电抗器接地阻抗很小，绝大部分接地电流均通过电抗器，使故障点接地电流大大降低。

2、单相接地保护及选线原理

消弧装置具有四个可选时段（t1、t2、t3、t4），组成智能化单相接地保护：对于瞬时接地故障在线投/切电抗器消除，无需线路跳闸；对于永久接地故障，在线投电抗器的同时，准确选线并稳妥可靠地切除故障线路。

当装置判定单相接地发生，首先假定为瞬时故障，将故障相通过电抗器接地，延时t1退出电抗器，若故障消除，系统恢复正常。若故障仍存在，立刻再次闭合故障相开关，经延时t2，再分断。若故障仍存在，则判为永久性接地，此时装置有三种保护方式供选择：整定t4>馈线零序保护装置跳闸时间，由馈线零序保护装置动作跳开接地馈线；整定t4

3、消谐原理

铁磁谐振是由于系统中的电压互感器、变压器、消弧线圈等非线性电感受激而产生磁路饱和，引发持续的震荡。在正常运行条件下，电路的初始感抗大于容抗（ωL>1/ωC），电路不具备谐振条件，当电路受到扰动（如单相接地）电感电压升高使铁芯饱和时，感抗随之减小，当ωL=1/ωC时即满足谐振条件，在电感、电容两端形成过电压，并产生励磁涌流。通常的解决方法是在电压互感器的一次中性点或二次开口三角处加装消谐电阻，起限流消能的作用，但电阻的阻值和功率都是一定的，它们的消谐范围也就有限。

消弧装置当检测到谐振发生后，使一相母线通过电抗器接地，改变回路电感，远离谐振点，可靠消除谐振同时旁路励磁涌流，并限制过电压。

四、装置的综合对比优势

1、相较于消弧线圈保护的优势

可消除高阻接地的保护盲区，可使3U0>10V，消弧装置能可靠消弧，及准确选线，无需跟踪电容电流的变化；无需接地变、电抗器室等附加设备，降低了工程的造价，有效控制工程的建设成本。装置容量适应范围更宽，可兼容系统各种运行方式和变电站扩建的需要（10kV配置保护额定电流150A，相当于900kVAd的消弧线圈容量），大大节约工程成本。

2、相较于小电阻保护的优势

装置消除瞬时和短时接地故障无需跳闸，供电可靠性更高，接地电流小，对人身设备威胁低，对通信干扰小；对变电站的地网、出线耐火等级、自动化等指标要求较低，不需电阻室，工程的建设成本更经济。

五、结束语

随着消弧柜在变电站的应用的不断完善，消弧柜在在变电站的应用中的将会得到更多管理者的重视，在社会不断发展的背景下，在变电站的应用工作将会发挥着越来越重要的作用。

参考文献

[1]李福寿．消弧线圈自动调谐原理[M].上海：上海交通大学出版社，2003.

[2]黄万永．电力系统继电保护[M].北京：中国电力出版社，2007.

[3]张全员．变电运行现场技术问答[M].北京：中国电力出版社，2005.

[4]许颖.对消弧线圈“消除弧光接地过电压”的异议[J].电力设备，2001