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關(guān)于消弧柜的應(yīng)用論文 摘要：消弧及過電壓保護(hù)裝置（簡(jiǎn)稱kwx）是為了迅速消除中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)弧光接地給電器設(shè)備帶來(lái)的危害而研制的最新專利技術(shù)產(chǎn)品裝置主要由三相組合式過電壓保護(hù)器dcb、可分相控制的高壓真空接觸器jz、微機(jī)控制器、高壓限流熔斷器組件fu及帶有輔助二次繞組的電壓互感器pt等組成 關(guān)鍵詞：消弧過電壓kwx限制措施 1、中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)弧光接地過電壓的危害 1.1弧光接地的產(chǎn)生 固體絕緣設(shè)備的增多降低了系統(tǒng)承受過電壓的能力 隨著我國(guó)電網(wǎng)的發(fā)展具有固體絕緣的電纜線路逐漸取代架空線路由于固體絕緣擊穿的積累效應(yīng)在34倍的內(nèi)部過電壓作用下局部放電會(huì)造成絕緣的積累性損傷 真空斷路器的大量采用使操作過電壓的概率大大提高 由于真空斷路器很強(qiáng)的滅弧能力在電弧過零點(diǎn)之前被強(qiáng)行截?cái)嘟亓骱箅姼兄械拇拍茉谙螂s散電容充放電的振蕩過程中產(chǎn)生過電壓這種過電壓主要產(chǎn)生在相間一般為額定相電壓的34倍 內(nèi)部過電壓得不到有效限制使絕緣壽命大大降低 按照國(guó)標(biāo)gb311.1的規(guī)定220kv及以下的系統(tǒng)以雷電過電壓作為防護(hù)重點(diǎn)對(duì)于335kv的中壓系統(tǒng)大多數(shù)場(chǎng)合還在采用傳統(tǒng)的避雷器來(lái)限制過電壓避雷器的放電電壓為相電壓的4倍以上按躲過內(nèi)部過電壓設(shè)計(jì)而且避雷器接在相對(duì)地之間對(duì)發(fā)生在相與相之間的操作過電壓根本起不到限制作用 在內(nèi)部過電壓的長(zhǎng)期持續(xù)作用下聚乙烯交聯(lián)電纜等固體絕緣設(shè)備的運(yùn)行壽命大大降低形成絕緣的薄弱環(huán)節(jié)導(dǎo)致對(duì)地?fù)舸?雷擊、鳥害、斷線、樹枝等外力破壞以及閥式避雷器放電等是產(chǎn)生弧光接地的外部原因 1.2弧光接地過電壓的產(chǎn)生 形成弧光接地過電壓的基礎(chǔ)是間歇性電弧當(dāng)中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相間歇性弧光接地（以下簡(jiǎn)稱“弧光接地”）故障時(shí)由于電弧多次不斷的熄滅和重燃導(dǎo)致系統(tǒng)對(duì)地電容上的電荷多次不斷的積累和重新再分配在非故障相的電感電容回路上引起高頻振蕩過電壓對(duì)于架空線路過電壓幅值一般可達(dá)3.13.5倍相電壓 以電纜線路為主的供電電網(wǎng)絕緣擊穿或電弧重燃時(shí)過渡過程中的高頻電流可達(dá)數(shù)百安培甚至上千安培高頻電流過零點(diǎn)電弧熄滅的可能性大大提高電纜線路弧光接地時(shí)非故障相的過電壓可達(dá)471倍 1.3弧光接地過電壓的危害 高幅值的過電壓加劇了電纜等固體絕緣的積累性破壞 對(duì)于中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)我國(guó)現(xiàn)行規(guī)程籠統(tǒng)地規(guī)定允許帶單相接地故障運(yùn)行2小時(shí)并未區(qū)分是架空線路還是電纜線路也沒有明確是弧光接地還是金屬接地在高幅值的弧光接地過電壓的持續(xù)作用下加劇了電纜等固體絕緣的積累性破壞最終在非故障相的絕緣薄弱環(huán)節(jié)造成對(duì)地?fù)舸┻M(jìn)而發(fā)展成為相間短路事故 弧光接地過電壓導(dǎo)致燒pt或保險(xiǎn)熔斷 普通的電壓互感器飽和點(diǎn)一般為1.61.8倍在弧光接地過電壓作用下使電壓互感器嚴(yán)重飽和激磁電流劇烈增加另一方面電壓互感器飽和也很容易激發(fā)鐵磁諧振導(dǎo)致電壓互感器過載上述兩種情況都將造成電壓互感器燒毀或高壓保險(xiǎn)熔斷 弧光接地過電壓導(dǎo)致避雷器爆炸 弧光接地時(shí)過電壓的能量由電源提供持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)能量很大當(dāng)過電壓的能量超過避雷器所能承受的400a2ms的能量指標(biāo)時(shí)就會(huì)造成避雷器的爆炸事故 2、弧光接地時(shí)電弧對(duì)故障點(diǎn)的破壞 2.1弧光接地時(shí)流過故障點(diǎn)的電弧電流 弧光接地或電弧重燃的瞬間已充電的相對(duì)地電容將要向故障點(diǎn)放電相當(dāng)于rlc放電過程放電電流為： 過渡過程結(jié)束后流過故障點(diǎn)的電弧電流只剩下穩(wěn)態(tài)的工頻電容電流其有效值為： i=3u0c 瞬時(shí)值為： 流過故障點(diǎn)的綜合電弧電流為： 2.2不同電網(wǎng)單相接地時(shí)的電弧電流 不難證明以電纜線路為主的電網(wǎng)和以架空線路為主的電網(wǎng)當(dāng)發(fā)生單相電弧接地時(shí)電弧電流具有如下特征： 電纜線路的穩(wěn)態(tài)工頻電弧電流是架空線路的2550倍； 電纜線路的高頻電弧電流是架空線路的十倍以上； 架空線路的接地電弧較長(zhǎng)高頻電弧電流衰減較快 2.3單相接地電弧電流對(duì)架空線路的破壞 由于高頻電流較小且衰減較快發(fā)生單相接地時(shí)電弧電流對(duì)故障點(diǎn)的破壞程度主要取決于穩(wěn)態(tài)的工頻電容電流正因?yàn)檫@樣幾十年來(lái)人們一直把工頻電容電流當(dāng)作單相接地時(shí)的電弧電流 單相接地時(shí)的電弧電流對(duì)故障點(diǎn)的破壞主要表現(xiàn)在： 燃弧點(diǎn)的溫度高達(dá)5000k以上將會(huì)燒傷導(dǎo)線甚至導(dǎo)致斷線事故 若電弧不能很快熄滅則在風(fēng)吹、電動(dòng)力、熱氣流等因素的影響下將會(huì)發(fā)展成為相間弧光短路事故 2.4單相接地電弧電流對(duì)電纜線路的破壞 由于電纜線路的穩(wěn)態(tài)工頻電容電流比架空線路大很多而過渡過程中的高頻電流更大電弧電流對(duì)故障點(diǎn)的破壞程度遠(yuǎn)比架空線路嚴(yán)重得多； 電纜線路的相間距離很短電弧燃燒時(shí)將直接破壞相間絕緣以致于在幾分鐘之內(nèi)就會(huì)形成相間短路事故 3、我國(guó)限制弧光接地過電壓的措施分析 3.1消弧線圈的作用 消弧線圈曾經(jīng)對(duì)提高335kv架空線路供電可靠性起到了積極的作用 中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)三相電壓是對(duì)稱的仍然可以繼續(xù)供電由于消弧線圈的電感電流補(bǔ)償了電容電流使得故障點(diǎn)的電弧能夠自行熄滅這就大大減小了因受風(fēng)吹、電動(dòng)力等影響而引起直接的相間弧光短路的可能性一旦電弧自行熄滅后架空線路的絕緣又可以完全恢復(fù) 消弧線圈對(duì)于以電纜線路為主的供電網(wǎng)絡(luò)已不能繼續(xù)發(fā)揮作用 隨著城網(wǎng)改造的進(jìn)行架空線路逐步被電纜線路取代中壓電網(wǎng)中固體絕緣的設(shè)備逐年增多以及現(xiàn)有電纜線路隨著運(yùn)行時(shí)間的加長(zhǎng)絕緣逐漸老化近幾年來(lái)弧光接地過電壓的問題越來(lái)越突出以至于電纜放炮等絕緣事故成為影響企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)和供電電網(wǎng)安全運(yùn)行的主要因素 幾十年來(lái)人們誤認(rèn)為消弧線圈能夠限制弧光接地過電壓其實(shí)不然消弧線圈不僅不能抑制弧光接地過電壓有時(shí)反而加大了過電壓的幅值 從弧光接地過電壓產(chǎn)生的整個(gè)過程來(lái)看與系統(tǒng)對(duì)地電容電流的大小并無(wú)關(guān)系有人曾經(jīng)在系統(tǒng)對(duì)地電容電流為1.14.5a的情況下做過上千次試驗(yàn)結(jié)果每次都有弧光接地過電壓產(chǎn)生消弧線圈無(wú)法將故障點(diǎn)的電弧電流降低到1.1a以下因此并不能抑制弧光接地過電壓所以我國(guó)現(xiàn)行規(guī)程并不建議采用消弧線圈來(lái)抑制弧光接地過電壓 正是由于消弧線圈的投入減少了故障點(diǎn)的電流加快了故障點(diǎn)絕緣的恢復(fù)使得在電壓接近最大值的時(shí)候發(fā)生擊穿的可能性以及在高頻電流過零點(diǎn)擊穿的可能性大大增加這都會(huì)導(dǎo)致過電壓幅值的增加 如前所述電纜線路發(fā)生單相電弧接地時(shí)電弧電流以高頻電流為主而消弧線圈只能補(bǔ)償工頻電流的9095%對(duì)于高頻電流根本起不到補(bǔ)償作用消弧線圈無(wú)法減輕高頻電弧電流對(duì)故障點(diǎn)的破壞 與架空線路不同的是電纜線路等固體絕緣設(shè)備的絕緣水平低于架空線路一旦發(fā)生擊穿其絕緣很難恢復(fù)而且故障的發(fā)展非常迅速這類設(shè)備對(duì)弧光接地過電壓的承受能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于架空線路大量的事故表明電路線路發(fā)生單相接地警報(bào)之后少則幾秒鐘多則十幾分鐘就已發(fā)展成為相間短路事故 消弧線圈正常運(yùn)行時(shí)給系統(tǒng)帶來(lái)的問題 a.消弧線圈與系統(tǒng)對(duì)地電容串聯(lián)諧振產(chǎn)生虛幻接地或串聯(lián)諧振過電壓 可以證明是消弧線圈的投入放大了系統(tǒng)的不平衡電壓ubp使系統(tǒng)中性點(diǎn)產(chǎn)生位移電壓u0： u0=ubp 正是這一位移電壓才導(dǎo)致接地保護(hù)誤動(dòng)作發(fā)出接地警報(bào)造成虛幻接地現(xiàn)象或者串聯(lián)諧振過電壓 b.消弧線圈與系統(tǒng)對(duì)地電容并聯(lián)諧振產(chǎn)生傳遞過電壓 變壓器高壓側(cè)的對(duì)地過電壓u01通過高低壓繞組之間的耦合電容c12傳遞到低壓側(cè)使低壓側(cè)產(chǎn)生過電壓u02.這一過電壓取決于變壓器低壓側(cè)對(duì)地阻抗z20與高低壓繞組間耦合阻抗z12之間的分壓比即傳遞系數(shù)k.等效電路如下圖所示： 其中z12由高低壓繞組之間的耦合電容c12構(gòu)成z20由消弧線圈的電感l(wèi)及系統(tǒng)對(duì)地電容c構(gòu)成 u02=ku01 k=z20/（z20+z12） 由于正常時(shí)lc運(yùn)行在諧振點(diǎn)附近變壓器對(duì)地阻抗z20很大使得傳遞系數(shù)接近于1產(chǎn)生傳遞過電壓 c.選線靈敏度降低甚至無(wú)法選線 中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)應(yīng)盡快選出故障線路以便檢查處理由于消弧線圈的補(bǔ)償作用使故障點(diǎn)的電流減少相位發(fā)生變化必然會(huì)降低選線的靈敏度甚至使選線工作根本無(wú)法進(jìn)行 3.2中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地 正因?yàn)橄【€圈不但不能避免電纜事故在正常運(yùn)行時(shí)還存在上述諸多問題我國(guó)北京、上海、廣州等地區(qū)已逐步將中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地改為經(jīng)小電阻接地方式我國(guó)石油化工系統(tǒng)也提出了采用小電阻接地方式的建議 中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地從根本上解決了消弧線圈正常運(yùn)行中帶來(lái)的問題緩解了弧光接地時(shí)的過電壓但擴(kuò)大了單相接地時(shí)的故障電流加劇了故障點(diǎn)的燒傷犧牲了對(duì)用戶供電的可靠性對(duì)于用電企業(yè)被迫停電將會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失 3.3將電弧接地快速地轉(zhuǎn)化為金屬接地 為能有效抑制弧光接地過電壓防止電纜事故的發(fā)生避免企業(yè)因被迫停電所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失當(dāng)發(fā)生單相電弧接地時(shí)應(yīng)當(dāng)在以下方面采取措施： 盡快熄滅電弧防止故障進(jìn)一步發(fā)展； 盡快將過電壓限制在安全水平避免固體絕緣的積累性破壞； 允許用戶在完成轉(zhuǎn)移負(fù)荷的倒閘操作之后再處理故障線路避免被迫停電 在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中發(fā)生單相電弧接地時(shí)若能快速地轉(zhuǎn)化為金屬接地則可收到如下效果： 由于故障相直接與地網(wǎng)連接對(duì)地電壓等于零工頻電弧和高頻電弧都將立即熄滅； 金屬性接地后非故障相上的過電壓立即穩(wěn)定在倍系統(tǒng)中的設(shè)備可以在這個(gè)電壓下安全運(yùn)行； 由于電弧被熄滅過電壓被限制在安全水平故障不會(huì)再繼續(xù)發(fā)展為用戶倒閘操作贏得了時(shí)間避免造成被迫停電 由于弧光接地的持續(xù)時(shí)間大大縮短過電壓的能量降低到過電壓保護(hù)器允許的400a2ms能量指標(biāo)以內(nèi)避免了過電壓保護(hù)器爆炸事故； 由于母線過電壓被限制在較低的水平可避免激發(fā)鐵磁諧振過電壓 3.4將故障相經(jīng)氧化鋅非線性電阻接地 由于氧化鋅非線性電阻導(dǎo)通電壓不為零裝置動(dòng)作后不能保證立即熄滅電弧電弧熄滅后也不能保證不重燃； 電弧一旦熄滅并不再重燃則系統(tǒng)電容電流將全部流過氧化鋅非線性電阻若能容量按照1mj設(shè)計(jì)氧化鋅非線性電阻也只能維持5秒鐘仍不能避免被迫停電 4、結(jié)論 近幾年來(lái)經(jīng)過冶金、煤炭、石油、化工及供電等企業(yè)的數(shù)百臺(tái)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明將單相電弧接地快速地轉(zhuǎn)化為金屬接地的辦法在提高供電電網(wǎng)和企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)的供電可靠性方面收到了較理想的效果受到用戶的歡迎和認(rèn)可 消弧及過電壓保護(hù)裝置（簡(jiǎn)稱kwx）是為了迅速消除中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)弧光接地給電器設(shè)備帶來(lái)的危害而研制的最新專利技術(shù)產(chǎn)品裝置主要由三相組合式過電壓保護(hù)器dcb、可分相控制的高壓真空接觸器jz、微機(jī)控制器、高壓限流熔斷器組件fu及帶有輔助