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（IL=IC）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（IL<IC）就是由消弧线圈产生的电感电流略小于接地故障处流过的容性接地故障电流,在接地处仍有未补偿完的的容性接地故障电流IC—IL流过。产生电弧的情况由电流I=IC—IL的大小决定。电流I较小就不会产生稳定电弧，一般要求补偿到不会产生电弧为止。过补偿（IL>IC）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IL>IC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IL<IC，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/10KV6103560110残余电流极限值/A30201053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）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。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、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、PT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：0ms响应，电容电流全补偿，减少电缆放炮几率。用电感电流抵消接地点的电容电流，消弧线圈在全补偿时接地点残流<5A，可减少形成短路故障的几率。减小电缆损伤，提高电缆寿命。电网故障中，接地故障比率最大，在发生接地故障时，全补偿消弧线圈可使接地点损伤降低到最低，一些瞬间性接地故障可自恢复，提高了供电可靠性。减少形成电弧接地过电压的几率。当接地点残流较小时，接地点电弧容易熄灭，则形成间歇性接地的故障几率减小，可使接地形成过电压的几率降低，尤其采用预调节方式的消弧线圈，效果更为明显。理论分析和实践结果证明，若消弧线圈靠近谐振点运行，则可使接地电弧瞬间熄灭，避免振荡电荷的积累，同时降低故障相的恢复电压，能够抑制电弧接地过电压的幅值，避免间歇电弧接地过电压的产生。抑制电压互感器铁心饱和谐振过电压。采用预调节方式的消弧线圈，带有阻尼电阻，在电网产生扰动使PT饱和时，可吸收谐振能量