消弧消谐选线过电压保护装置

长期以来，我国3～35KV(含66KV)的电网多采用中性点不接地的运行方式。此类电网在发生单相接地时，非故障相的对地电压将升高到线电压（UL），但系统的线电压保持不变，所以我国国家标准规定，3~35KV(66KV)的电网在发生单相接地故障后允许短时间带故障运行，因而这类电网的各类电气设备，如变压器、电压/电流互感器、断路器、线路等一次设备的对地绝缘水平，都应满足长期承受线电压而不损坏的要求。

传统观念认为:3~35KV(含66KV)电网属于中低压的变压配电网，此类电网中的内部过电压的绝对值不高，所以危及电网绝缘安全水平的主要因素不是内部过电压，而是大气过电压（即雷电过电压），因而长期以来采取的过电压保护措施仅是以防止大气过电压对设备的侵害。主要技术措施仅限于装设各类避雷器，避雷器的放电电压为相电压的4倍以上，按躲过内部过电压设计，因而仅对保护雷电侵害有效，对于内部过电压不起任何保护作用。

然而，运行经验证明，当这类电网发展到一定规模时，内部过电压，特别是电网发生单相间歇性弧光接地时产生的弧光接地过电压及特殊条件下产生的铁磁谐振过电压，已成为这类电网设备安全运行的一大威胁，其中以单相弧光接地过电压最为严重。

随着我国对城市及农村电网的大规模技术改造，城市、农村的配电网必定向电缆化发展，系统对地电容电流在逐渐增大，弧光接地过电压问题也日益严重起来。为了解决上述问题，不少电网采用了谐振接地方式，即在电网中性点装设消弧线圈，当系统发生单相弧光接地时，利用消弧线圈产生的感性电流对故障点电容电流进行补偿，使流经故障点残流减小，从而达到自然熄弧。运行经验表明，虽然消弧线圈对抑制间歇性弧光接地过电压有一定作用，但在使用中也发现消弧线圈存在的一些问题:

(1)由于电网运行方式的多样化及弧光接地点的随机性，消弧线圈要对电容电流进行有效补偿确有难度，且消弧线圈仅仅补偿了工频电容电流，而实际通过接地点的电流不仅有工频电容电流，而且包含大量的高频电流及阻性电流，严重时仅高频电流及阻性电流就可以维持电弧的持续燃烧。

(2)当电网发生断线、非全相、同杆线路的电容耦合等非接地故障，使电网的不对称电压升高，可能导致消弧线圈的自动调节控制器误判电网发生接地而动作，这时将会在电网中产生很高的中性点位移电压，造成系统中一相或两相电压升高很多，以致损坏电网中的其它设备。

(3)消弧线圈体积大，组件多，成本高，安装所占场地较大，运行维护复杂。

(4)随着电网的扩大，消弧线圈也要随之更换，不利于电网的远景规划。

目前国外对3～35KV电网采取中性点直接接地的方式，国内也有少数地区采取了经小电阻接地的方式，虽然抑制了弧光接地过电压，克服了消弧线圈存在的问题，但却牺牲了对用户供电的可靠性。这种系统发生单相接地时，人为增加短路电流使断路器动作，不论负荷性质及重要性，一律切除故障线路而且也不能分辨出金属性或弧光接地。使并不存在弧光接地过电压危害的金属性接地故障线路也被切除，扩大了停电范围和时间。由于加大了故障电流，对于弧光接地则加剧了故障点的烧损。

1.彼得生（W.Peterson)理论：故障点接地电弧在暂态高频振荡电流通过第一个零点时熄灭，此时非故障相上的自由电荷延对地电容重新分布，于是在各相上产生了位移电压Udv；此后每经过半个工频周波，接地电弧重燃一次，由于非故障相上积聚的自由电荷不断增多，位移电压逐步升高，非故障相的暂态过电压随着接地电弧的重燃次数的增多而增高。假定首次电弧发生在电压负最大开始，第一次过零熄弧时（经历5毫秒），非故障相暂态电压＋13/6Um，以Udv＝＋5/3Um为轴线正旋波变化；经过半个工频周期后（经历15毫秒），非故障相暂态过电压为-25/6Um，以Udv＝-25/9Um为轴线正旋波变化；再经过半个工频周期后（经历25毫秒），故障相达到负最大值时重燃，随着过零次数增加，过电压逐渐增大。由于相间电容的抑制作用，过电压最大到3.5Um。所以：如果消弧时间超过25ms，过电压已经发生。

2.瞬时性故障的统计

⒊从彼得生（W.Peterson)理论的过电压产生的时间和瞬时性故障的统计，得出结论：消弧时间必须小于25ms，否则将失去意义。

1.传统真空接触器--弹簧操动型：由弹簧储能、维持储能、合闸与合闸维持及分闸四个部分组成，结构过于复杂、制造工艺复杂、加工精度要求高，尽管成本很高，但产品的可靠性却不能完全保证，而且因为弹簧储能、维持储能需要过程时间，所以合闸速度大于80毫秒，甚至120毫秒。此弹簧操动型是其它厂家普遍采用的方式。

2.传统真空接触器--电磁操动型：要求用户配备专门的蓄电池组，合闸线圈消耗功率过大，电磁机构结构笨重，动作时间大于60毫秒。

★装置的基本功能及特点

1.能将系统的大气过电压和操作过电压限制到较低的电压水平，保证了电网及电气设备的绝缘安全。

2.装置动作速度快，，能快速消除间歇性弧光及稳定性弧光接地故障，抑制弧光接地过电压，防止事故进一步扩大，降低线路的事故跳闸率。

3.能够快速、有效地消除系统的谐振过电压，防止长时间谐振过电压对系统绝缘破坏，防止谐振过电压对电网中装设的避雷器及小感性负载的损伤。

4.装置动作后，允许160A的电容电流连续通过2小时，用户可以在完成转移负荷的倒闸操作之后再处理故障线路。

5.能够准确查找单相接地故障线路，对防止事故的进一步扩大，对减轻运行和维护人员的工作量有重要意义。

6.由装置的工作原理可知，其限制过电压的机理与电网对地电容电流的大小无关，因而其保护性能不随电网运行方式的改变而改变，大小电网均可使用，电网扩容也没有影响。

7.本装置中的电压互感器可以向计量仪表和继电保护等装置提供系统的电压信号，能够替代常规的PT柜。

8.能够测量系统的单相接地电容电流。

9.装置设备简单，体积小，安装、调试方便，适用于变电站，同样适用于发电厂的高压厂用电系统；适用于新建站，也适用于老电站的改造。