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关于消弧柜的应用论文 摘要：消弧及过电压保护装置（简称kwx）是为了迅速消除中性点非直接接地系统弧光接地给电器设备带来的危害而研制的最新专利技术产品装置主要由三相组合式过电压保护器dcb、可分相控制的高压真空接触器jz、微机控制器、高压限流熔断器组件fu及带有辅助二次绕组的电压互感器pt等组成 关键词：消弧过电压kwx限制措施 1、中性点非直接接地系统弧光接地过电压的危害 1.1弧光接地的产生 固体绝缘设备的增多降低了系统承受过电压的能力 随着我国电网的发展具有固体绝缘的电缆线路逐渐取代架空线路由于固体绝缘击穿的积累效应在34倍的内部过电压作用下局部放电会造成绝缘的积累性损伤 真空断路器的大量采用使操作过电压的概率大大提高 由于真空断路器很强的灭弧能力在电弧过零点之前被强行截断截流后电感中的磁能在向杂散电容充放电的振荡过程中产生过电压这种过电压主要产生在相间一般为额定相电压的34倍 内部过电压得不到有效限制使绝缘寿命大大降低 按照国标gb311.1的规定220kv及以下的系统以雷电过电压作为防护重点对于335kv的中压系统大多数场合还在采用传统的避雷器来限制过电压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而且避雷器接在相对地之间对发生在相与相之间的操作过电压根本起不到限制作用 在内部过电压的长期持续作用下聚乙烯交联电缆等固体绝缘设备的运行寿命大大降低形成绝缘的薄弱环节导致对地击穿 雷击、鸟害、断线、树枝等外力破坏以及阀式避雷器放电等是产生弧光接地的外部原因 1.2弧光接地过电压的产生 形成弧光接地过电压的基础是间歇性电弧当中性点非直接接地系统发生单相间歇性弧光接地（以下简称“弧光接地”）故障时由于电弧多次不断的熄灭和重燃导致系统对地电容上的电荷多次不断的积累和重新再分配在非故障相的电感电容回路上引起高频振荡过电压对于架空线路过电压幅值一般可达3.13.5倍相电压 以电缆线路为主的供电电网绝缘击穿或电弧重燃时过渡过程中的高频电流可达数百安培甚至上千安培高频电流过零点电弧熄灭的可能性大大提高电缆线路弧光接地时非故障相的过电压可达471倍 1.3弧光接地过电压的危害 高幅值的过电压加剧了电缆等固体绝缘的积累性破坏 对于中性点非直接接地系统我国现行规程笼统地规定允许带单相接地故障运行2小时并未区分是架空线路还是电缆线路也没有明确是弧光接地还是金属接地在高幅值的弧光接地过电压的持续作用下加剧了电缆等固体绝缘的积累性破坏最终在非故障相的绝缘薄弱环节造成对地击穿进而发展成为相间短路事故 弧光接地过电压导致烧pt或保险熔断 普通的电压互感器饱和点一般为1.61.8倍在弧光接地过电压作用下使电压互感器严重饱和激磁电流剧烈增加另一方面电压互感器饱和也很容易激发铁磁谐振导致电压互感器过载上述两种情况都将造成电压互感器烧毁或高压保险熔断 弧光接地过电压导致避雷器爆炸 弧光接地时过电压的能量由电源提供持续时间较长能量很大当过电压的能量超过避雷器所能承受的400a2ms的能量指标时就会造成避雷器的爆炸事故 2、弧光接地时电弧对故障点的破坏 2.1弧光接地时流过故障点的电弧电流 弧光接地或电弧重燃的瞬间已充电的相对地电容将要向故障点放电相当于rlc放电过程放电电流为： 过渡过程结束后流过故障点的电弧电流只剩下稳态的工频电容电流其有效值为： i=3u0c 瞬时值为： 流过故障点的综合电弧电流为： 2.2不同电网单相接地时的电弧电流 不难证明以电缆线路为主的电网和以架空线路为主的电网当发生单相电弧接地时电弧电流具有如下特征： 电缆线路的稳态工频电弧电流是架空线路的2550倍； 电缆线路的高频电弧电流是架空线路的十倍以上； 架空线路的接地电弧较长高频电弧电流衰减较快 2.3单相接地电弧电流对架空线路的破坏 由于高频电流较小且衰减较快发生单相接地时电弧电流对故障点的破坏程度主要取决于稳态的工频电容电流正因为这样几十年来人们一直把工频电容电流当作单相接地时的电弧电流 单相接地时的电弧电流对故障点的破坏主要表现在： 燃弧点的温度高达5000k以上将会烧伤导线甚至导致断线事故 若电弧不能很快熄灭则在风吹、电动力、热气流等因素的影响下将会发展成为相间弧光短路事故 2.4单相接地电弧电流对电缆线路的破坏 由于电缆线路的稳态工频电容电流比架空线路大很多而过渡过程中的高频电流更大电弧电流对故障点的破坏程度远比架空线路严重得多； 电缆线路的相间距离很短电弧燃烧时将直接破坏相间绝缘以致于在几分钟之内就会形成相间短路事故 3、我国限制弧光接地过电压的措施分析 3.1消弧线圈的作用 消弧线圈曾经对提高335kv架空线路供电可靠性起到了积极的作用 中性点非直接接地系统发生单相接地时三相电压是对称的仍然可以继续供电由于消弧线圈的电感电流补偿了电容电流使得故障点的电弧能够自行熄灭这就大大减小了因受风吹、电动力等影响而引起直接的相间弧光短路的可能性一旦电弧自行熄灭后架空线路的绝缘又可以完全恢复 消弧线圈对于以电缆线路为主的供电网络已不能继续发挥作用 随着城网改造的进行架空线路逐步被电缆线路取代中压电网中固体绝缘的设备逐年增多以及现有电缆线路随着运行时间的加长绝缘逐渐老化近几年来弧光接地过电压的问题越来越突出以至于电缆放炮等绝缘事故成为影响企业内部电网和供电电网安全运行的主要因素 几十年来人们误认为消弧线圈能够限制弧光接地过电压其实不然消弧线圈不仅不能抑制弧光接地过电压有时反而加大了过电压的幅值 从弧光接地过电压产生的整个过程来看与系统对地电容电流的大小并无关系有人曾经在系统对地电容电流为1.14.5a的情况下做过上千次试验结果每次都有弧光接地过电压产生消弧线圈无法将故障点的电弧电流降低到1.1a以下因此并不能抑制弧光接地过电压所以我国现行规程并不建议采用消弧线圈来抑制弧光接地过电压 正是由于消弧线圈的投入减少了故障点的电流加快了故障点绝缘的恢复使得在电压接近最大值的时候发生击穿的可能性以及在高频电流过零点击穿的可能性大大增加这都会导致过电压幅值的增加 如前所述电缆线路发生单相电弧接地时电弧电流以高频电流为主而消弧线圈只能补偿工频电流的9095%对于高频电流根本起不到补偿作用消弧线圈无法减轻高频电弧电流对故障点的破坏 与架空线路不同的是电缆线路等固体绝缘设备的绝缘水平低于架空线路一旦发生击穿其绝缘很难恢复而且故障的发展非常迅速这类设备对弧光接地过电压的承受能力远远低于架空线路大量的事故表明电路线路发生单相接地警报之后少则几秒钟多则十几分钟就已发展成为相间短路事故 消弧线圈正常运行时给系统带来的问题 a.消弧线圈与系统对地电容串联谐振产生虚幻接地或串联谐振过电压 可以证明是消弧线圈的投入放大了系统的不平衡电压ubp使系统中性点产生位移电压u0： u0=ubp 正是这一位移电压才导致接地保护误动作发出接地警报造成虚幻接地现象或者串联谐振过电压 b.消弧线圈与系统对地电容并联谐振产生传递过电压 变压器高压侧的对地过电压u01通过高低压绕组之间的耦合电容c12传递到低压侧使低压侧产生过电压u02.这一过电压取决于变压器低压侧对地阻抗z20与高低压绕组间耦合阻抗z12之间的分压比即传递系数k.等效电路如下图所示： 其中z12由高低压绕组之间的耦合电容c12构成z20由消弧线圈的电感l及系统对地电容c构成 u02=ku01 k=z20/（z20+z12） 由于正常时lc运行在谐振点附近变压器对地阻抗z20很大使得传递系数接近于1产生传递过电压 c.选线灵敏度降低甚至无法选线 中性点非直接接地系统发生单相接地故障时应尽快选出故障线路以便检查处理由于消弧线圈的补偿作用使故障点的电流减少相位发生变化必然会降低选线的灵敏度甚至使选线工作根本无法进行 3.2中性点经小电阻接地 正因为消弧线圈不但不能避免电缆事故在正常运行时还存在上述诸多问题我国北京、上海、广州等地区已逐步将中性点经消弧线圈接地改为经小电阻接地方式我国石油化工系统也提出了采用小电阻接地方式的建议 中性点经小电阻接地从根本上解决了消弧线圈正常运行中带来的问题缓解了弧光接地时的过电压但扩大了单相接地时的故障电流加剧了故障点的烧伤牺牲了对用户供电的可靠性对于用电企业被迫停电将会造成巨大的经济损失 3.3将电弧接地快速地转化为金属接地 为能有效抑制弧光接地过电压防止电缆事故的发生避免企业因被迫停电所带来的经济损失当发生单相电弧接地时应当在以下方面采取措施： 尽快熄灭电弧防止故障进一步发展； 尽快将过电压限制在安全水平避免固体绝缘的积累性破坏； 允许用户在完成转移负荷的倒闸操作之后再处理故障线路避免被迫停电 在中性点非直接接地系统中发生单相电弧接地时若能快速地转化为金属接地则可收到如下效果： 由于故障相直接与地网连接对地电压等于零工频电弧和高频电弧都将立即熄灭； 金属性接地后非故障相上的过电压立即稳定在倍系统中的设备可以在这个电压下安全运行； 由于电弧被熄灭过电压被限制在安全水平故障不会再继续发展为用户倒闸操作赢得了时间避免造成被迫停电 由于弧光接地的持续时间大大缩短过电压的能量降低到过电压保护器允许的400a2ms能量指标以内避免了过电压保护器爆炸事故； 由于母线过电压被限制在较低的水平可避免激发铁磁谐振过电压 3.4将故障相经氧化锌非线性电阻接地 由于氧化锌非线性电阻导通电压不为零装置动作后不能保证立即熄灭电弧电弧熄灭后也不能保证不重燃； 电弧一旦熄灭并不再重燃则系统电容电流将全部流过氧化锌非线性电阻若能容量按照1mj设计氧化锌非线性电阻也只能维持5秒钟仍不能避免被迫停电 4、结论 近几年来经过冶金、煤炭、石油、化工及供电等企业的数百台运行经验表明将单相电弧接地快速地转化为金属接地的办法在提高供电电网和企业内部电网的供电可靠性方面收到了较理想的效果受到用户的欢迎和认可 消弧及过电压保护装置（简称kwx）是为了迅速消除中性点非直接接地系统弧光接地给电器设备带来的危害而研制的最新专利技术产品装置主要由三相组合式过电压保护器dcb、可分相控制的高压真空接触器jz、微机控制器、高压限流熔断器组件fu及带有辅助