谐振接地技术分析

谐振接地技术分析谐振接地技术分析 中性点经过消弧线圈接地的系统 也称为谐振接地系统 系统中性点与大地之间接入 消弧线圈后 当发生单相接地故障时 接地处的接地电流就可以减少 消弧线圈是一个具 有铁芯的电感线圈 线圈的电阻很小 电抗很大 消弧线圈的铁芯留有间隙 填以绝缘纸 板 以避免饱和 它的线圈有分接头可调整匝数 以改变其电抗的大小 1 中性点经消弧线圈接地的系统在正常工作时 中性点的电位为零 消弧线圈两端没有 电压 所以没有电流通过消弧线圈 当某一相发生金属性接地时 消弧线圈中就会有电感 电流流过 补偿了单相接地电流 如果适当选择消弧线圈的匝数 就使消弧线圈的电感电 流和接地的对地电容电流大致的相等 就可使流过接地故障电流变得很小 从而减轻了电 弧的危害 2 中性点经消弧线圈接地的系统 如图 2 1 所示 当发生一相完全接地时 其电压的变 化和中性点不接地系统完全一样 故障相对地的电压变为零 非故障相对地电压值升高到 倍 各相对地的绝缘水平是按照线电压设计的 因为线电压没有变化 不影响用户的工作 可以继续运行 2 个小时 值班人员应尽快查找故障并且加以消除 3 消弧线圈的补偿方法消弧线圈的补偿方法 在单相接地故障时 根据消弧线圈产生的电感电流对容性的接地故障电流补偿的程度 可分为三种补偿方式 完全补偿 欠补偿和过补偿 完全补偿 I L I C 就是消弧线圈产生的电感电流刚好等于容性的接地电容电流 在接地故障处的电流等 于零 不会产生电弧 欠补偿 I LIL I C C 就是由消弧线圈产生的电感电流略大于接地故障处流过的容性接地故障电流 在发生 完全接地故障时 接地处有大小为 I L I C 的感性电流流过 过补偿时 流过接地故障处 的电流也不大 一般也要求补偿到不会产生电弧为止 1 中性点经消弧线圈接地的系统在运行时 实际上都不采用完全补偿的方式 也不采用欠 补偿的方式 而采用过补偿的方式 若采用完全补偿的方式运行 在发生单相接地故障时 是一个谐振的系统 完好相的电容与消弧线圈的电感形成串联谐振回路 串联谐振也是电 压谐振 谐振过电压不但危及系统的对地绝缘 也对消弧线圈形成威胁 因此一般谐振系 统都不采用完全补偿的运行方式 2 谐振系统接地在运行时 一般情况下也不采用欠补偿的运行方式 而采用过补偿运行 方式 因为若采用欠补偿运行方式 当发生单相接地时 I L I C 这时若系统运行方式改 变 切除部分线路时整个电网的对地电容减少 容抗变大 IC 减小 便有可能满足完全补 偿的条件 从而产生谐振过电压 采用过补偿运行方式 虽切除部分线路使电容电流减少 了也不会产生谐振过电压 只要选择消弧线圈时留有一定的裕度 将来电网发展 对地电 容增加后 原来的消弧线圈还可以使用 3 但应该指出过补偿方式下接地点将流过某一数值的电流 这种电流不能超过某一规定 值 否则故障点的电弧不能自动熄灭 一般采用过补偿方式 补偿后的残余电流不超过 5 10A 运行经验证明 各种电压等级的电网 只要残余电流不超过下表的允许值 接 地电弧就会自动熄灭 表 2 1 过补偿时残余电流的允许值 额定压 10KV 6103560110 残余电流极限值 A 30201053 如果系统中性点位移电压过高 则单相接地时采用消弧线圈也难以灭弧 因此 要求 中性点经消弧线圈接地的系统在正常运行时中性点的位移电压不得超过额定电压的 15 这样采用消弧线圈易于灭弧 4 4 自动跟踪补偿装置 自动跟踪补偿装置 1 目前 在谐振系统中 除了对消弧线圈合理调谐 正确动作和适当的运行维护外 还 采用了自动跟踪补偿装置 它能够避免人工调节消弧线圈的诸多麻烦 不会使电网的部分 活全部在调谐过程中暂时失去补偿 能够保持精确的精度 不仅提高了消弧线圈动作的成 功率 同时还能限制接地过电压和谐振过电压 2 自动补偿装置一般由驱动式消弧线圈和自动测控系统配套构成 自动完成跟踪测量 和跟踪补偿 3 当补偿电网的运行方式改变时 该装置便自动跟踪测量电网的电容电流 将消弧线圈 调谐到合理的补偿状态 或者当电网发生单相接地故障时 迅速将消弧线圈调谐到接近谐 振点的位置运行 使接地电弧瞬间熄灭 4 为了提高消弧线圈的动作成功率 并减轻运行人员的操作负担 应优先选用自动跟踪 补偿的消弧线圈 虽然投资有所增加 但可以对运行人员带来许多方便 而且还能显著提 高电网的供电连续性 一 相接地电容电流的危害一 相接地电容电流的危害 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 可能造成雷管先期放炮 并且腐蚀水管 气管等 4 接地电弧引起瓦斯煤尘爆炸 二 消弧线圈的作用二 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 三 消弧线圈接地方式存在的一些问题三 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 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 3 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 消弧线圈的最小补偿电流偏大 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 消弧线圈的最大补偿电流又偏小 也 不能满足合理补偿的要求 4 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名牌电流误差较大而导致谐振的现象 5 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 6 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 7 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 8 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 9 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 武高所和广州供电局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 10 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 11 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 12 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 四 四 以电缆线路为主的配电网的特点 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 接地故障一般都是永久性故障 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 五 五 PT 谐振谐振 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 六 新型的消弧消谐及过电压保护装置 这里介绍一种新型的消弧消谐及过电压保护装置 SXH 安徽赛普电力保护有限公司专 利产品 此装置原理如下 1 如果接地是稳定的金属性接地 稳定性电阻接地或 TV 断线故障 微机控制器发 出指示和告警信号 等待值班人员或微机选线装置处理 2 如果接地故障是不稳定的间歇性弧光接地 则微机控制器判断接地的相别 同时 发出指令使故障相的真空接触器闭合 投入高能限压器 限制故障相的弧道恢复电压 吸 收接地引起的电磁能量 减缓系统振荡 使弧道的介质恢复抗电强度 Ujf 大于弧道恢复电 压 Uhf 使恢复电压无法再次击穿故障点 从而完成消弧 数秒后 令故障相的高压真空 接触器断开 如果是短暂的弧光接地 系统恢复正常运行 如果接地故障时稳定的弧光接 地 控制器令故障相和接地的高压真空接触器 KD 同时闭合 使系统由稳定的弧光接地故 障快速转变成稳定的金属性接地 装置认定此故障为永久性电弧接地故障 等待值班人员 或微机选线装置处理 2 系统发生谐振时 微机控制器根据谐振类型进行不同的消谐 1 如果系统发生的谐振是分频谐振 微机控制器瞬间短接 PT 的开口三角绕组 破坏 谐振参数 消除谐振 如果系统发生的谐振是工频或高频谐振 微机控制器在 PT 的开口 三角绕组接入大功率消谐电阻进行消谐 七 此装置的优点 在中性点非有效接地电网中安装此装置后 可防止电气设备的绝缘故障 并有如下优 点 1 能将各类过电压限制到较低的电压水平 使因过电压引起的绝缘事故大为减少 2 其消弧和限制过电压的机理与电网的电容电流大小无关 因而其保护性能不受电网 运行方式的改变和电网扩大的影响 3 可有效防止电气设备的内绝缘因过电压的多次或长时间作用出现累积性效应而降低 在 3 35KV 电力系统中 用电设备一般都是旋转电机居多 如果不分稳定弧光接地故 障和短暂接地故障而直接令接触器单相直接接地变为金属性接地会引起保护差动跳闸 这 样会造成停机 不利于生产 SXH 装置能区分出短暂的弧光接地故障和长期稳定的弧光接 地故障 避免了不必要的麻烦 电网采用中性点经消弧线圈接地后有如下好处 电网采用中性点经消弧线圈接地后有如下好处 1 0ms 响应 电容电流