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中低压电网过电压保护装置的新方法
作者：吴丽花
来源：《管理观察》2010年第18期
在中低压供电电网中,过电压现象十分普遍。如果没有防范措施,随时都可能发生。引起中低压电网过电压的原因很多。主要可分为谐振过电压、操作过电压、弧光接地过电压等。为了保证电力系统的安全运行,中低压电网过电压保护工作显得更为重要。
目前,我国3～35kV(含66kV)的电网大多采用中性点不接地方式运行。此类电网的运行实践证明,在中性点不接地系统中,一方面由于电压互感器铁心饱和引起的铁磁谐振过电压比较多,尽管采取了不少限制谐振过电压的措施,如:消谐灯、消谐器、TV高压中性点增设电阻或单只TV等,但始终没有从根本上得到解决,TV 烧毁、熔丝熔断仍不断发生;另一方面是当发生单相金属性直接接地时,非故障相的对地电压将升高到线电压,三相线电压量值不变,且三相仍对称,三相用电设备的工作并未受到影响,因而不影响电能的正常传输。所以现有的运行规程规定:中性点不接地系统在发生单相接地故障后允许两小时带故障运行,提高了该类电网的供电的可靠性。但随着中低压电网的扩大,出线回路数增多、线路增长,中低压电网对地电容电流亦大幅度增加,单相接地故障时为间歇性弧光接地,则接地电弧不能自动熄灭必然产生电弧过电压,一般为3-5倍相电压甚至更高,这样高的过电压如果数小时作用于电网,势必会造成电气设备内绝缘的积累性损伤,在健全相的绝缘薄弱环节造成绝缘对地击穿,进而发展成为相间短路事故。目前,限制弧光接地过电压的主要措施仍是电网中性点经消弧线圈接地。但消弧线圈并不能限制间歇性电弧接地过电压,甚至因消弧线圈的存在,电弧重燃可能在恢复电压最大时刻才发生,使弧光接地过电压更高。实际运行经验也证明,在中性点经消弧线圈接地的3～35KV配电网中,由电弧和谐振引发的事故时有发生。
1.新型的JN-XHB 微机消弧消谐柜及过电压保护器装置
针对消弧线圈的不足,JN-XHB 微机消弧消谐柜及过电压保护器利用微机控制、过电压保护技术和控制开关等组成一套自动控制系统。 (1)该装置的基本功能及特点
1)能将系统的大气过电压和操作过电压限制到较低的电压水平,保证了电网及电气设备的绝缘安全。
2)装置动作速度快,可在30ms～40ms之内动作,能快速消除间歇性弧光及稳定性弧光接地故障,抑制弧光接地过电压,防止事故进一步扩大,降低线路的事故跳闸率。
3)能够快速、有效地消除系统的谐振过电压,防止长时间谐振过电压对系统绝缘破坏,防止谐振过电压对电网中装设的避雷器及小感性负载的损伤。
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4)装置动作后,允许200A的电容电流连续通过至少2小时以上,用户可以在完成转移负荷的倒闸操作之后再处理故障线路。
5)能够准确查找单相接地故障线路,防止事故的进一步扩大。
6)由装置的工作原理可知,其限制过电压的机理与电网对地电容电流的大小无关,因而其保护性能不随不随电网运行方式的改变而改变,大小电网均可使用,电网扩容也没有影响。 7)本装置中的电压互感器可以向计量仪表和继电保护等装置提供系统的电压信号,能够替代常规的PT柜。
8)能够测量系统的单相接地电容电流。
(2)本装置组成原理如图1所示,其主要有以下六个部件组成:组合式过电压保护器 TBP、可分相控制的高压真空接触器(KA-KC)、多功能微机控制器WZK、高压限流熔断器FU2、电压互感器(PT)、高压隔离开关QS。 2. 对谐振过电压的保护
目前,防止铁磁谐振过电压的办法有:尽量地选用伏安特性高、铁芯不易饱和的电磁式电压互感器或电容式电压互感器,以及采用接消谐电阻,保证断路器三相同期等。而本装置采用的是微机二次消谐技术,当系统发生谐振时,微机控制器WZK在PT的开口三角绕组瞬间接入大功率的消谐电阻,利用消谐电阻破坏系统的谐振参数,消耗谐振功率,从而消除系统的谐振故障。 3. 对操作过电压的保护
对于操作过电压的保护,目前的方法有许多种,主要有避雷器、阻容、组合式过电压保护器等,避雷器由于受到自身安全特性的限制,其残压较高,绝缘配合系数较小 ,对大气过电压的保护比较有效,用作操作过电压保护效果却不够理想。阻容过电压保护器装置对操作过电压比较有效,但存在自身故障率高,特别是增加了系统对地电容值,系统一旦发生单相接地故障,接地电容电流将很大,对系统的安全运行不利,在系统发生高频谐振或系统中的高次谐波含量较大时,自身烧毁的事故经常发生,所以现在应用的比较少。而本装置中的TBP组合式过电压保护器是一种特殊的高能容的氧化锌过电压保护器,由放电间隙和大能容的ZNO非线性电阻组成,主要是用来限制大气过电压和各种操作过电压,它与现有的各种过电压保护器相比,具有很高的保护性能和可靠的稳定性,能承受较高值间的暂态过电压而不损坏,在后续保护装置动作前,对系统出现的弧光或谐振过电压能进行一定的限制。 4.对弧光接地过电压的保护
限制间歇性弧光接地过电压的措施有许多种。目前国外对3～35KV电网采取中性点直接接地的方式,国内也有少数地区采取了经小电阻接地的方式,虽然抑制了弧光接地过电压,克服了
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消弧线圈存在的问题,但却牺牲了对用户供电的可靠性。这种系统发生单相接地时,人为增加短路电流使断路器动作,不论负荷性质及重要性,一律切除故障线路而且也不能分辨出金属性或弧光接地。使并不存在弧光接地过电压危害的金属性接地故障线路也被切除,扩大了停电范围和时间。由于加大了故障电流,对于弧光接地则加剧了故障点的烧损。
本装置采用了全新的方法 ,不仅可以限制过电压,而且还可以快速消弧,同时保证电网具有较高的供电可靠性如图l所示 ,该装置通过PT对系统的三相电压和零序电压的幅值和相位进行监测 ,系统发生弧光接地时,微机控制器WZK判断接地的相别及弧光接地类型,同时发出指令使故障相的真空接触器闭合,把系统由不稳定的弧光接地故障变为稳定的金属性接地故障,故障相的对地电压降为零,原接地故障点的弧光消失,其他两相的对地电压升高至线电压。这种状态是现行运行规程所允许的。 5.结论
JN-XHB微机消弧消谐柜及过电压保护器装置作为一种新技术新设备,对中压电网的大气过电压、操作过电压和谐振过电压均起到了较好的保护作用,为此,是我国中压电网过电压保护的发展方向,能使我们的电网运行更加稳定可靠。◆
参考文献:
[1] 解广润.电力系统过电压 水利水电出版社
[2] JN-XHB微机消弧消谐柜及过电压保护器.保定京南电气自动化有限公司