消弧線圈接地系統斷線故障電壓異常分析

陳偉

現階段，隨著社會的發展，人們對電力的要求也越來越高，科技發展也越來越迅速。對變電站電壓進行監視并將其控制在正常允許的偏移范圍內，對于調控人員來說是一項重要的日常工作。實際上，許多異常情況，例如電氣設備的一、二次故障等都可能造成電網三相電壓異常，調控人員只有正確區分這些異常情況，才能正確判斷故障種類，加快對電壓異常的處理速度，防止事故進一步擴大。

消弧線圈;接地系統;斷線故障電壓異常分析

引言

10kV架空配電線路容易發生由耐張桿弓子線斷線，絕緣導線遭受雷擊等原因造成的斷線故障。當配電網為小電流接地系統時，線路斷線故障將導致母線電壓異常。斷線時各相電壓異常主要原因是中性點電壓出現偏移。隨著電纜化率提高，接地電流不斷增大，我國城區10kV配電網大多采用消弧線圈接地。在中性點經消弧線圈接地系統中，斷線故障時中性點偏移電壓相比不接地系統增大數倍，相角也有偏移。分析了中性點不接地系統10kV配電線路斷線故障時電壓，但未考慮消弧線圈諧振接地對中性點電壓偏移的影響。在分析中性點不接地系統單相斷線和兩相斷線電壓異常分析的基礎上，結合一起10kV斷線實例計算各電壓偏移情況，分析消弧線圈接線系統斷線時各相電壓偏移原因和規律。

1分析消弧線圈方式的安全瓶頸

因為消弧線圈方式發生單相接地故障時不跳閘，可以帶著故障系統運行兩個小時，這是基于電網大多數這種故障是瞬時性故障，加入自動跟蹤消弧線圈可較好控制殘流，可使大多數瞬時性故障恢復，這對提高供電可靠性是非常有益的，另外消弧線圈接地方式可有效限制鐵磁諧振過電壓。自動跟蹤消弧線圈只能消除瞬時性接地故障，若發生配電網單相斷線接地，或人身觸電造成單相接地故障時，由于不能及時斷開電源會對人身安全構成極大的威脅。國內每年都發生多起配電網單相斷線接地，或人身觸電接地造成的人身傷亡事故。造成人身安全事故的原因雖然有違章操作、雷擊斷線或其他諸多因素，但主要技術原因則是由消弧線圈接地方式造成的，因為1）發生單相接地故障時系統不跳閘，人體不能立刻脫離電源;2）接地選線困難不能及時找到并切除故障線路;3）故障點處電壓高，流經人體本身的電流比較大，嚴重威脅人身安全。2010年湖南韶陽地區隆回縣發生一起10kv導線雷擊斷線并落地造成4人傷亡事故。2010年廣州供電局叢化分局發生一起10kv導線雷擊斷線并落地造成2人3命的人身傷亡事故（女的懷孕）;2015年廣東某供電公司員工登桿誤操作造成人身單相接地且持續電弧較長時間的嚴重傷亡事故。國內每年都有多起由于單相接地造成的人身傷亡事故，有些還造成群傷事故，其原因則是消弧線圈接地方式本身的技術缺陷造成的，也就是說這種接地方式存在嚴重的安全瓶頸，這在以人為本的時代是不相適應的。

2消弧線圈的作用

消弧線圈的作用機理是在電網發生單相接地故障后，故障點流過的電容電流增加，消弧線圈則為體系提供電感電流做到補償的效果，讓故障點電流降低至10安培以下，是防止弧光過零后重燃的有效方式，減少高幅值過電壓出現的概率。消弧線圈是由一個鐵質金屬實心的可調電感線圈組成。在發生電網瞬間單相接地故障時，接地電流在消弧線圈的作用下呈現為電感電流，使該電流逆著電容電流的傳送方向傳送，從而把接地電流，轉換為較小的數值甚至為零，達到防止電弧重燃、合理的降低過電壓值的目的。從而解決了接地處電弧導致的電路不能正常運轉的問題以及該問題對電力體系造成的一系列危害，避免了系統故障的發生，還對繼電保護和斷路器動作提前預防，很大程度上提升了電力體系的供電穩定性。

3消弧線圈接地系統斷線故障電壓優化措施

3.1消弧線圈的并列運行

現在建設單位內部的總降壓變電站，為保證供電的安全可靠性多采用單母線分段式，每段母線上都設有一臺消弧線圈。當母線并列運行時，應考慮消弧線圈并列的問題。當母線存在多個接地點時，根據諧波分量展開式，3次諧波電流就可以多個中性點形成的連接通道。發生故障時，當補償電網中的自振頻率和諧波中的某一頻率相同時，就會出現諧振現象。2臺消弧線圈同時工作時還要考慮，消弧線圈的從屬關系，如果沒有從屬關系將出現連續不斷的調整。另外，企業電網規定，“單個配電網內不允許出現多個接地點”。所以，當母線并列運行時應退出1個消弧線圈，單消弧線圈運行。

3.2消弧線圈方式瞬時性故障的處理問題

這種方式的最大優勢就在于能使瞬時性故障恢復，提升供電的可靠性，但這必須滿足消弧線圈補償后的殘流小于熄弧臨界值，如不能滿足該條件則無法使電網發生的瞬時性單相接地故障恢復，如前所述，這種方式在此故障發生時殘流中有電感的電流與電容的電流的差值，又有諧波電流和阻性電流，我們所能控制的只有電容電流和電感電流的差值，對于諧波電流和阻性電流由于缺少檢測是未知的。當諧波電流和阻性電流較大時，即使我們把電容電流和電感電流的差值控制在10A以內，但是如果諧波電流和阻性電流較大，疊加以后仍可使故障點的殘流大于熄弧臨界值，而無法使瞬時性接地電弧在一定的時間內可靠熄滅。特別是當電網電容電流較大，接近消弧線圈接地方式的容量上限時由于位移電壓的限制而不得不把殘流放大，還有采用有載開關調頻方式時，由于受有載開關的檔位所限，而造成殘流不易精確控制時，更容易使故障點的殘流大于熄弧臨界值而無法使瞬時性故障電弧在一定的時間內可靠熄弧。

3.3消弧線圈和消弧消諧柜同時運行

由于目前很多PT柜成套出產時，柜體都裝有消弧消諧裝置和小電流選線裝置，這樣在新建配電室時就會出現中心點經消弧線圈接地的企業電網內消弧消諧柜同時運行的情況。消弧線圈和消弧消諧柜這2種裝置的作用相同，但消弧原理和判斷依據不同。企業電網中，對地電容電流較小符合消弧線圈電容要求時，應將消弧消諧柜處于檢測位置不運行;當對地電容電流較大時，應將消弧消諧柜改正為運行狀態，為消弧線圈的運行提供后備的補充，以實現能用消弧線圈消弧時消弧消諧裝置不動作、不能時消弧消諧裝置動作。同時運行時應考慮消弧線圈的運行模式、自動調節判斷依據等，以與消弧消諧裝置配合使用。另外需注意，目前消弧消諧柜運行時常出現故障相判斷錯誤，接地電流過大融管爆炸，導致事故擴大化。所以，消弧線圈和消弧消諧柜同時運行時，還應考慮消弧消諧柜本身質量的問題。

結語

在無消弧線圈補償時，單相斷線故障導致故障相電壓升高，正常相電壓降低，兩相斷線時故障相電壓升高正常相電壓降低。在有消弧線圈過補償時，單線斷線時故障相超前相電壓升高，其余兩相電壓基本不變，兩相斷線時正常相電壓升高，其余兩相電壓基本不變。在發生斷線故障時依據各相電壓變化情況并結合消弧線圈運行情況綜合判斷故障相，為故障查找定位提供可靠依據。線路單相斷線又可細分為斷線后兩側均不接地、斷口電源側接地、斷口負荷側接地、兩側均接地，每種情況的電壓變化情況都不相同。相對于單相接地，線路發生單相斷線的情況較為少見，兩類故障發生時都可能會發“母線單相接地”“消弧線圈動作”等信號，因此需結合電流電壓情況進行判斷。當線路發生單相斷線不接地故障時，電源側母線的相電壓由于中性點電壓的偏移會與故障前略有不同，負荷側母線的故障相電壓降低一半，非故障相電壓略有偏移。

參考文獻

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