消弧和消諧的工作原理詳解
消弧和消諧的工作原理是不一樣的。消弧是指當母線(xiàn)發(fā)生單相金屬接地時(shí)消弧裝置動(dòng)作使金屬接地通過(guò)消弧裝置動(dòng)作的真空接觸器直接接地,有利于母線(xiàn)保護動(dòng)作、這樣可以避免諧波的產(chǎn)生。消諧主要是消除二次諧波以及高次諧波,有利于電網(wǎng)的安全運行。 正常運行時(shí),消弧線(xiàn)圈中無(wú)電流通過(guò)。而當電網(wǎng)受到雷擊或發(fā)生單相電弧性接地時(shí),中性點(diǎn)電位將上升到相電壓,這時(shí)流經(jīng)消弧線(xiàn)圈的電感性電流與單相接地的電容性故障電流相互抵消,使故障電流得到補償,補償后的殘余電流變得很小,不足以維持電弧,從而自行熄滅。這樣,就可使接地迅速消除而不致引起過(guò)電壓。 消弧線(xiàn)圈主要是由帶氣隙的鐵芯和套在鐵芯上的繞組組成,它們被放在充滿(mǎn)變壓器油的油箱內。繞組的電阻很小,電抗很大。消弧線(xiàn)圈的電感可用改變接入繞組的匝數加以調節。在正常運行狀態(tài)下,由于系統中性點(diǎn)的電壓是三相不對稱(chēng)電壓,數值很小,所以通過(guò)消弧線(xiàn)圈的電流也很小,電弧可能自動(dòng)熄滅。 一般采用過(guò)補償方式,就是電感電流略大于電容電流 消弧線(xiàn)圈是一種帶鐵芯的電感線(xiàn)圈。它接于變壓器(或發(fā)電機)的中性點(diǎn)與大地之間,構成消弧線(xiàn)圈接地系統。正常運行時(shí),消弧線(xiàn)圈中無(wú)電流通過(guò)。而當電網(wǎng)受到雷擊或發(fā)生單相電弧性接地時(shí),中性點(diǎn)電位將上升到相電壓,這時(shí)流經(jīng)消弧線(xiàn)圈的電感性電流與單相接地的電容性故障電流相互抵消,使故障電流得到補償,補償后的殘余電流變得很小,不足以維持電弧,從而自行熄滅。這樣,就可使接地迅速消除而不致引起過(guò)電壓。
長(cháng)期以來(lái),我國6~35KV(含66KV)的電網(wǎng)大多采用中性點(diǎn)不接地的運行方式。此類(lèi)運行方式的電網(wǎng)在發(fā)生單相接地時(shí),故障相對地電壓降為零,非故障相的對地電壓將升高到線(xiàn)電壓(UL),但系統的線(xiàn)電壓維持不變。因此國家標準規定這類(lèi)電網(wǎng)在發(fā)生單相接地故障后允許短時(shí)間(2小時(shí))帶故障運行,所以大大提高了該類(lèi)電網(wǎng)的供電的可靠性?,F有的運行規程規定:“中性點(diǎn)非有效接地系統發(fā)生單相接地故障后,允許運行兩小時(shí)”,但規程未對“單相接地故障”的概念加以明確界定。如果單相接地故障為金屬性接地,則故障相的電壓降為零,其余兩健全相對地電壓升高至線(xiàn)電壓,這類(lèi)電網(wǎng)的電氣設備在正常情況下都應能承受這種過(guò)電壓而不損壞。但是,如果單相接地故障為弧光接地,則會(huì )在系統中產(chǎn)生最高值達3.5倍相電壓的過(guò)電壓,這樣高的過(guò)電壓如果數小時(shí)作用于電網(wǎng),勢必會(huì )造成電氣設備內絕緣的積累性損傷,如果在健全相的絕緣薄弱環(huán)節造成絕緣對地擊穿,將會(huì )引發(fā)成相間短路的重大事故。
中性點(diǎn)不接地的高壓電網(wǎng)中,單相接地電容電流的危害主要體現在以下四個(gè)方面:
1.弧光接地過(guò)電壓的危害 當電容電流一旦過(guò)大,接地點(diǎn)電弧不能自行熄滅。當出現間歇性電弧接地時(shí),產(chǎn)生弧光接地過(guò)電壓,這種過(guò)電壓可達相電壓的3~5倍或更高,它遍布于整個(gè)電網(wǎng)中,并且持續時(shí)間長(cháng),可達幾個(gè)小時(shí),它不僅擊穿電網(wǎng)中的絕緣薄弱環(huán)節,而且對整個(gè)電網(wǎng)絕緣都有很大的危害。
2.造成接地點(diǎn)熱破壞及接地網(wǎng)電壓升高 單相接地電容電流過(guò)大,使接地點(diǎn)熱效應增大,對電纜等設備造成熱破壞,該電流流入大地后由于接地電阻的原因,使整個(gè)接地網(wǎng)電壓升高,危害人身安全。
3.交流雜散電流危害 電容電流流入大地后,在大地中形成雜散電流,該電流可能產(chǎn)生火花,引燃瓦斯爆炸等,可能造成雷管先期放炮,并且腐蝕水管、氣管等。
4.接地電弧引起瓦斯煤塵爆炸
消弧線(xiàn)圈的作用
電網(wǎng)安裝消弧線(xiàn)圈后,發(fā)生單相接地時(shí)消弧線(xiàn)圈產(chǎn)生電感電流,該電感電流補償因單相接地而形成的電容電流,使得接地電流減小,同時(shí)使得故障相恢復電壓速度減小,治理電容電流過(guò)大所造成的危害。同時(shí)由于消弧線(xiàn)圈的嵌位作用,它可以有效的防止鐵磁諧振過(guò)電壓的發(fā)生概率。
消弧線(xiàn)圈接地方式存在的一些問(wèn)題:
1.單相接地故障時(shí),非故障相對地電壓升高到3 相電壓以上,持續時(shí)間長(cháng)、波及全系統設備,可能引起第二點(diǎn)絕緣擊穿,引起事故擴大事故。
2.消弧線(xiàn)圈不能補償諧波電流,有些城市電網(wǎng)諧波電流占的比例達5%-15%,僅諧波電流就可能遠大于10A,仍然可能發(fā)生弧光接地過(guò)電壓。
3.對于電容電流很大的配電網(wǎng),如果通過(guò)補償要使單相接地故障電流Ijd<10A,就必須使系統保持較小的脫諧度,系統的脫諧度過(guò)小,對由于三相電容不對稱(chēng)引起的中性點(diǎn)位移電壓會(huì )產(chǎn)生較強的放大作用,使中性點(diǎn)電壓偏移超過(guò)規程允許值(<15%Un),保護將發(fā)出接地故障信號。另外脫諧度太小,系統運行在接近諧振補償狀態(tài),將給系統運行帶來(lái)極大的潛在危險(諧振過(guò)電壓);要保證中性點(diǎn)位移電壓不超過(guò)規程允許值,就要增大脫諧度,然而,脫諧度過(guò)大,將導致殘余接地電流太大(Ijd>10A),又可能引起間歇性弧光接地過(guò)電壓。很難保證既使殘余接地電流Ijd<10A,又保證中性點(diǎn)位移電壓不超過(guò)規程允許值這兩個(gè)相互制約的條件。
4.消弧線(xiàn)圈的調節范圍受到調節容量限制,調節容量與額定之比一般為1/2,如按終期要求選擇,工程初期系統電容電流小,消弧線(xiàn)圈的最小補償電流偏大,可能投不上;如按工程初期的要求選擇,工程終期系統電容電流大,消弧線(xiàn)圈的最大補償電流又偏小,也不能滿(mǎn)足合理補償的要求。
5.在運行中,消弧線(xiàn)圈各分接頭的標稱(chēng)電流和實(shí)際電流會(huì )出現較大誤差,運行中就發(fā)生過(guò)由于實(shí)際電流與名牌電流誤差較大而導致諧振的現象。
6.由于系統的運行方式及系統電壓經(jīng)常變化,系統的電容電流經(jīng)常變化,跟蹤補償困難。目前的自動(dòng)跟蹤補償裝置呈百花齊放的景象,實(shí)際運行考驗時(shí)間較短,運行情況還不理想。而且價(jià)格高、結構復雜、維護量大,不適應無(wú)人值班變電站的要求。
7.由于上述原因,中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地僅能降低弧光接地過(guò)電壓的概率,不能消除弧光接地過(guò)電壓,也不能降低弧光接地過(guò)電壓的幅值,弧光過(guò)電壓倍數也很高。
8.尋找單相接地故障線(xiàn)路困難,目前許多小電流接地選線(xiàn)方法的選線(xiàn)成功率還不理想,往往還要采用試拉法。
9.采用試拉法時(shí),既造成非故障線(xiàn)路短時(shí)停電,又會(huì )引起操作過(guò)電壓。
10.系統諧振過(guò)電壓高,諧振過(guò)電壓持續時(shí)間長(cháng)并波及全系統設備,常造成PT燒壞、或PT熔斷器熔斷。武高所和廣州供電局在區莊變電站試驗中測得1/2分頻諧振過(guò)電壓達2PU ,測得由合閘操作激發(fā)的3次高頻諧振過(guò)電壓達4PU,測得A相導線(xiàn)斷線(xiàn)并接地于負荷側時(shí),諧振過(guò)電壓值為3.8PU。。
11.電纜排管或電纜隧道內的電纜發(fā)生單相接地時(shí),不及時(shí)斷開(kāi)故障線(xiàn)路,可能引起火災,上海某35KV系統電纜就發(fā)生過(guò)單相接地一小時(shí)后引起火災,燒毀電纜隧道中40多條電纜的重大事故。
12.尋找故障線(xiàn)路時(shí)間較長(cháng),在帶接地故障運行期間,容易引起人身觸電事故。
13.單相接地時(shí),非故障相電壓升高至線(xiàn)電壓或更高,在不能及時(shí)檢出故障點(diǎn)的情況下,無(wú)間隙金屬氧化物(MOA)避雷器長(cháng)時(shí)間在線(xiàn)電壓下運行,容易損壞甚至爆炸?;」饨拥剡^(guò)電壓、諧振過(guò)電壓幅值高、持續時(shí)間長(cháng),MOA由于動(dòng)作負載問(wèn)題,一般不要求WGMOA系統內過(guò)電壓,不能有效利用MOA的優(yōu)良特性,不利于MOA在配電網(wǎng)的推廣使用。
以電纜線(xiàn)路為主的配電網(wǎng)的特點(diǎn):
1.單位長(cháng)度的電纜線(xiàn)路的電容電流比架空線(xiàn)路電容電流大10幾倍,以電纜為主的城市電網(wǎng)對地電容電流很大。
2.電纜線(xiàn)路受外界環(huán)境條件(雷電、外力、樹(shù)木、大風(fēng)等)影響小,瞬時(shí)接地故障很少,接地故障一般都是永久性故障。
3.電纜線(xiàn)路發(fā)生接地故障時(shí),接地電弧為封閉性電弧,電弧不易自行熄滅,如不及時(shí)跳閘,很容易造成相間短路,擴大事故。
4.電纜為弱絕緣設備。例如,10kV交聯(lián)聚乙稀電纜的一分鐘工頻耐壓為28KV ,而一般10kV 配電設備的絕緣水平為42kV 。在消弧線(xiàn)圈接地系統中,由于查找故障點(diǎn)時(shí)間較長(cháng),電纜長(cháng)時(shí)間承受工頻或暫態(tài)過(guò)電壓作用,易發(fā)展成相間故障,造成一線(xiàn)或多線(xiàn)跳閘。
5.在電纜線(xiàn)路中,高頻振蕩電流幅值大衰減慢,高頻振蕩電流遠大于工頻電流,在工頻電流過(guò)零時(shí)高頻振蕩電流仍然有很大的幅值,維持弧光燃燒取決于高頻振蕩電流衰減的快慢和工頻電流,消弧線(xiàn)圈不能補償高頻振蕩電流,又由于在電纜線(xiàn)路中消弧線(xiàn)圈補償后的殘流大,消弧線(xiàn)圈在電纜線(xiàn)路中不能消弧。
PT諧振
1.PT諧振 PT諧振對于yo/yo電磁式PT,在正常情況下線(xiàn)路發(fā)生單相接地不會(huì )出現鐵磁諧振過(guò)電壓,但在下列條件下,就可能引發(fā)鐵磁諧振。
(1)對于中性點(diǎn)不接地系統,當系統發(fā)生單相接地時(shí),故障點(diǎn)流過(guò)電容電流,未接地的兩相相電壓升高3倍。但是,一旦接地故障點(diǎn)消除,非接地相在接地故障期間已充的線(xiàn)電壓電荷只能通過(guò)PT高壓線(xiàn)圈經(jīng)其自身的接地點(diǎn)流入大地,在這一瞬間電壓突變過(guò)程中,PT高壓線(xiàn)圈的非接地兩相的勵磁電流就要突然增大,甚至飽和,由此構成相間串聯(lián)諧振。
(2)系統發(fā)生鐵磁諧振。近年來(lái),由于配電線(xiàn)路用戶(hù)PT、電子控制電焊機、調速電機等數量的增加,使得10kV配電系統的電氣參數發(fā)生了很大的變化,導致諧振的頻繁出現。在系統諧振時(shí),PT將產(chǎn)生過(guò)電壓使電流激增,此時(shí)除了造成一次側熔斷器熔斷外,還將導致PT燒毀。個(gè)別情況下,還會(huì )引起避雷器、變壓器、斷路器的套管發(fā)生閃絡(luò )或爆炸。
(3)線(xiàn)路檢修,事先不向調度部門(mén)申請辦理停電手續,隨意帶負荷拉開(kāi)分支線(xiàn)路隔離刀閘或帶負荷拉開(kāi)配電變壓器的高壓跌落開(kāi)關(guān),造成刀閘間弧光短路而引發(fā)諧振。
(4)當配電變壓器內部發(fā)生單相接地故障時(shí),故障電流將通過(guò)抗電能力強的絕緣油對地放電,也會(huì )產(chǎn)生不穩定的電弧激發(fā)電網(wǎng)諧振。
(5)運行人員送電操作程序不對,未拉開(kāi)PT高壓側刀閘就直接帶PT向空母線(xiàn)送電,引起PT鐵磁諧振。