中性点不接地6kV配电系统过电压防范措施分析

 摘 要：文章主要对中性点不接地运行方式的6kV配电系统过电压产生的原因进行了介绍，重点分析了过电压的防范措施，为有效消除中性点不接地的配电系统谐振提供实践经验。

关键词：配电系统；过电压；谐振；消谐

1 过电压分析

在中性点不接地运行方式的6kV配电系统中，内部过电压是普遍关心的问题。由于真空断路器的广泛采用，以及电网规模不断扩大，电压互感器柜的增多，电缆的使用越来越多，使因开断空载变压器及高压电动机等电感负荷产生的操作过电压和单相接地时电弧不能自熄形成的间歇性弧光接地过电压越来越严重，成为电网及设备安全运行的主要威胁。

1.1 弧光接地过电压

采用中性点不接地运行方式的6kV配电系统中，当发生单相接地故障时，由于故障点电弧不能自动熄弧，从而发生电弧周期性的熄灭与重燃，出现间歇电弧，引起电网产生高频振荡，形成过电压。而且过电压持续的时间可以达到数十分钟或更长，波及范围广，对电气设备危害严重。铁磁谐振过电压对电力设备的危害并不仅仅局限于互感器本身，它除了波及到相邻的开关柜之外，更多的事故则是发生在备用的或处于断开状态的高压开关设备上。因为谐振发生时具有电压幅值高、变化速度快且极易在断口处出现反击等特点。这种反击电压往往会超出额定电压很多倍，这么高的冲击电压，大大超过了高压开关设备的实际承受能力，特别是那些具有某些缺陷或绝缘环节不够完善的高压开关就会发生爆炸事故。这就是引起电气设备爆炸事故的主要原因。

1.2 电感负荷产生的操作过电压

由于真空断路器分断速度快、灭弧能力强，在开断电感负荷时有可能不是在电流经过工频零点时熄弧，而是在电流瞬时值为i时，被迫在极短的时间内下降到零，从而产生截流过电压和三相同时截流过电压，另外开断后还会产生高频振荡，使断路器发生多次重燃过电压，主要表现为相间过电压，幅值最高可以达到3.5倍正常运行电压的相电压的峰值，而相对地过电压数值仅为相间过电压的1/2左右。

2 过电压防范措施

2.1 加装二次微机消谐器和一次消谐装置

微机消谐装置将微机技术用于电网消谐，利用计算机快速、准确的数据处理能力，通过对PT开口三角电压的采集，对电网谐振时的各种频率实现快速傅里叶成份分析，准确地辨别出：单相接地、过渡过程和电网谐振。如果是谐振，计算机发出指令使消谐电路投入，实现快速消谐。微电脑谐振消除装置的核心部件是单片微机，即中央处理器。由中央处理器来控制并联在电压互感器二次侧开口三角绕组上的可控硅的运行状态。正常运行情况下，电压互感器开口三角绕组的零序电压为零，或接近于零，这时可控硅处于阻断状态，对于电力系统不会造成任何影响。但是当该电压不为零时说明电网发生了故障或处于不对称运行状态，这时中央处理器则会根据它采集到的零序电压的大小和频率的高低，进行计算分析和判断。如果是单相接地故障，那么消谐装置便会给出接地故障报警并显示；如果是系统谐振的话，则装置在发出声光信号的同时，启动执行元件可控硅，使之瞬间短路进行强阻尼，而谐振便会在这一强烈的阻尼下迅速消失。在6kV电网中性点不接地系统中，母线上电压互感器星形接线的PT一次绕组将成为该电网对地唯一金属性通道。单相接地或消失时，电网对地电容通过PT一次绕组有一个充放电的过渡过程。安装了一、二次消谐装置可有效地解决以下4个问题：消除或阻尼PT非线性励磁特性而引起的铁磁谐振过电压，这种谐振过电压会导致系统相电压不稳定；能有效地抑制间隙性弧光接地时流过PT绕组的过电流，防止PT的烧毁；限制系统单相接地消失时在PT一次绕组回路中产生的涌流，这种涌流会损坏PT或使PT熔丝熔断；当系统发生单相接地后可较长时间保护PT免受损坏。

2.2 加装智能型接地补偿装置

在中性点不接地的6kV母线上加装了智能型接地补偿装置，这种方法是利用微机技术，自动控制电动式消弧线圈，当电网对地电容发生变化时，自动调节消弧线圈的分头，使之处于最佳值，当电网发生单项接地时，流过消弧电抗器的电流与对地电容电流相互抵消，使故障点的残流限制在安全值以下，电弧熄灭。

2.3 加装过电压保护器

对容量较大主变压器侧和高压电动机侧加装四星形接法的过电压保护器。这种接线方式可将相间过电压大大降低，据有关数据测量与常规避雷器相比，相间过电压下降了60%～70%，可靠地保护了设备。

3 案例分析

某套6kv配电系统每当空投母线时（全部馈线断开），系统都要发生谐振。配电系统在投入使用时未设计消谐装置，为了消除谐振就临时在电压互感器三角形开口串接一个150W灯泡，投送空载母线时谐振被抑制，退出灯泡后系统也不再有谐振。后来加装一台微机型二次消谐装置，谐振反倒无法消除。在多次实验中，只有两次消除了谐振，消谐装置上显示谐振故障，一次频率为25Hz，电压11V，一次频率150Hz，电压72V，其余谐振都未消除，消谐装置上报接地故障或过电压故障，无频率显示，电压显示70-140之间。通过实验和分析，发现第一次安装的消谐装置不采集三相对地电压，装置判断谐振的条件是电压互感器三角形开口电压和电压频率，当电压大于判断值而电压频率为工频时，装置认为接地故障或过电压故障，不进行消谐处理，第二次改用了带检测三相对地电压的消谐装置，谐振的判断条件增加了三相对地电压，当电压大于判断值而电压频率为工频时，还要有一相电压为零，才判断为接地故障，否则判断为谐振，并进行消谐处理。经过改造后系统发生的谐振都能有效的消除。通过上述的试验和改造，我们认为引起系统谐振的原因是母线在不带负荷时，系统内的XC/XL比值接近引起谐振的条件值，在投送进线开关时形成的操作过电压，使电压互感器感抗XL发生变化，XC/XL比值到达了引起谐振的条件值，而且基本上发生的是基波谐振。每次发生谐振时从保护装置上得到的系统三相二次电压分别为A相：17-19V，B相：80-85V，C相：77-87V，电压互感器三角形开口电压70V左右。三相电压一相降低，二相升高，也符合基波谐振的特点。由此可见，操作过电压引起的谐振比较普遍，而且在选择二次微机消谐装置要考虑具有判断基波谐振能力的消谐装置，避免误判，从而达不到消谐的作用。

4 结语

在中性点不接地6kV配电系统中，内部过电压问题是工厂普遍关心的问题。其中因开断空载变压器及高压电动机等电感负荷产生的操作过电压和单相接地时电弧不能自熄形成的间歇性弧光接地过电压越来越严重，这两种过电压是6kV配电系统电气设备的主要威胁，如何消除过电压所导致的谐振，是值得相关工作者深入研究的问题。

参考文献

[1] 任元会.工业与民用配电设计手册[M].北京：中国电力出版社， 2005.

[2] 符信勇，万军彪.消弧线圈在配电网的应用及其效果[J].江西电力， 2004（02）.