微机消弧和选线装置在电力系统中应用的探讨

2011-08-15喻建冬李付博王振奇

科学之友 2011年20期

喻建冬，李付博，王振奇，贾俊

（1. 洛钼集团选矿三公司，河南洛阳 471500；2. 洛钼集团选矿二公司，河南洛阳 471500）

1 概述

经济的不断发展和人民生活水平的不断提高，电力系统的安全运行及供电可靠性显得越来越重要。长期以来，我国3－35 kV的配电网大多采用中性点非直接接地运行方式。这种运行方式在单相接地时允许短时间带故障运行，因而大大提高了系统的供电可靠性。但随着城乡电网的扩大及电缆出线增多，系统对地电容电流急剧增加，单相接地后流经故障点的电流较大，电弧不易熄灭，容易产生间歇性弧光接地过电压，同时由于电磁式电压互感器铁芯饱和时容易引起谐振过电压，导致事故跳闸率明显上升。

根据生产需要，我公司10 kV电力系统在运行时采用中性点不接地方式运行，我们知道中性点不接地系统在发生单相接地时，系统的三相电压平衡并不破坏，可以维持供电。但是其他两相对地电压将升高到故障相倍即线电压，而电网中的电气设备，如变压器、电压互感器、电流互感器、断路器、电缆线路对地绝缘水平，虽能满足长期承受线电压作用的要求，但对于供电网中发生单相弧光性接地时故障就显的较严重了。因为间歇性弧光可以造成最大峰值可达 3.5倍的相电压峰值，这样势必造成固体绝缘的累积性损伤和绝缘薄弱环节即被损，使事故扩大，造成设备击穿和短路等重大事故。同时由于线路中的弧光性过电压，致使部分电压互感器饱和，谐振和过载甚至烧毁。严重的还能造成避雷器爆炸，变压器损坏及产生一定火灾隐患，更为严重的可以诱发供电线路的大谐振，造成变压器爆炸，使综合保护严重受损，使变配电系统全面崩溃。

消除间歇性弧光接地故障和限制弧光接地过电压的主要措施传统上是在电网的中性点对地之间安装消弧线圈。利用消弧线圈的补偿作用，一方面减少单相接地时通过接地点的接地电流，使接地故障不至于迅速扩大，延长带接地故障运行的时间；另一方面可以延缓恢复电压的上升速度，利于熄弧。虽然消弧线圈具有补偿电网的接地电容电流，减缓接地故障电流的破坏作用，降低故障相恢复电压的上升速度，使电弧易于熄灭等优点；但存在着成本较高，占地面积大；选型、安装、运行及维护较复杂；装置自身故障率较高；限制过电压能力较差；不能完全消除间歇性弧光接地；永久性接地故障点流过故障点的残流仍然存在；接地选线准确率较低等缺点。

针对消弧线圈的不足，在建站时，我们选用了KWX型微机消弧及过电压保护装置，并且选用了DW2000J型小电流接地选线装置来实现故障线路的选择问题，通过实际运行，证实两个装置能够很好配合，实现了解决消弧以及故障处理的问题，具有普遍使用性。

2 KWX微机消弧及过压保护装置原理图及基本原理

KWX微机消弧及过压保护装置原理图，见图1。

主要组成：分相真空接触器、DCB过电压保护器、微机控制器、高能限压限流器、电压互感器、快速熔断器、隔离开关、可变电抗器等。

KWX微机控制器通过PT始终对电网电压和中性点电位进行监测，并实时自动测量系统的电容电流，KWX根据电网三相电压幅值、相位、不平程度以及中性点位移电压的幅值和相位等，自动判断系统发生的故障性质，当电网系统发生单相接地时，KWX首先根据所监测到的数据，判断相别及接地属性，根据接地属性，KWX做出如下处理：

（1）如果接地故障属于稳定的金属性接地，则KWX发出故障相别及接地属性（金属性接地）报警信号。

（2）如果接地故障属于不稳定的间歇性弧光接地时，则除判断相别及接地属性并报警外，KWX控制器迅速发出指令，使故障相的高压真空接触器闭合，将可变电抗器投入，由可变电抗器将故障相的电流降低，使弧道电流限制在一定的范围内，且可变电抗器吸收大部分的电弧激励能量，降低残流，使弧道的恢复电压上升速度减缓，保证电弧的可靠熄灭。

（3）消谐功能的实现：通过对零序电压幅值和相位的检测，KWX控制器将限流电抗器投入系统中，由于限流电抗器的作用降低并限制了谐振电压的谐振源，从而达到消谐的目的；同时控制器具有二次消谐功能，防止 PT铁磁谐振对电网的冲击，保护了PT的正常运行。

（4）DCB组合式过电压保护装置，由放电间隙和氧化锌压敏电阻组成，当系统发生短暂的雷电和各种操作过电压时，由其限制并吸收。它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。在绝缘水平下降较大的情况下，能将过电压限制得较低，由过电压冲击引起的单相接地、短路、谐振等事故就会越少。

（5）图中设置的组合式过压保护装置分别跨接三相母线与地之间，RD1为限流式熔断器，JZa－z为开关的常开触头，正常运行时三相触头相互闭锁，当闭锁失灵造成同时合两相或三相的误动作或外因造成两相短路时，装置中的限流熔断器将迅速熔断，切断短路点并通过熔断器撞针实现报警。

3 两种装置在实际运用中的效果

KWX微机消弧及过压保护装置和DW2000J型小电流接地微机选线装置，同时监测电网，同时运行，但又独立工作，互不干扰，最大限度的提高了消弧、过电压保护及接地故障选线的质量，当出现接地问题时，KWX判断是弧光接地还是金属性接地，如果是金属性接地，KWX报警并显示故障相别，同时DW2000J在工作，判断出故障相别及线路，等待电气维修人员处理；当出现弧光接地时，KWX动作，消除弧光，并报警，同时DW2000J也在工作，判断出故障相别及线路，等待电气维修人员处理。实际运行表明，两者的综合运用，电网的接地问题得到有效解决，最大限度的保证电网及设备的安全、有效运行。并且两种装置都采用微机元件作为中央处理单元，且都是成套使用，配套设备先进，具有故障响应时间快、精度高、人机界面友好、调试简单等特点。使用后大大方便了维修电工，减轻了维修电工的工作量，减少了故障查找时间，提高了工作效率。

在我公司10 kV电网运行近5 a中，出现接地故障，两种装置配合使用能快速消除故障，达到了预期目的。

处理问题实例：近日，A高压开关站某一路出线为一600 kW高压异步电动机带动山特维克圆锥破碎机，在运行过程中，电机随破碎机震动，由于在接线时螺丝没固定好，连续的震动造成电机接线大幅松动，造成出现弧光接地现象，A站KWX微机消弧及过压保护装置迅速动作，但是由于弧光连续出现，造成连续消弧动作，维修人员在查看DW2000J型小电流接地微机选线装置的报警信号后，快速确定故障线路，停机检查，排除故障。

4 现有微机消弧和选线装置在电力系统中应用的探讨

笔者在写此文时，查阅了大量资料，包括设计资料、论文、设备使用说明书、文献以及网络上设备使用单位对各种微机消弧和选线装置的评价。电子技术和单片机技术的发展以及使用，使电网接地问题得到了有效的解决，但也存在一定的问题，如微机消弧装置在应用过程中，出现接地现象，同级高压开关站的微机消弧装置也会动作，而有的高压开关站未安装微机消弧装置和选线装置，这给故障的处理带来不小麻烦。在微机选线方面，选线原理提出了很多，但受故障特征多样性、随机性、不稳定性以及暂态量多变等多方面的影响，微机选线装置设计单位往往选择一种或几种原理作为选线判据，综合所有原理作为判据设计选线装置，受配套设备、安装质量、电网结构等多方面因素影响一般不采用。在选择选线装置时，要根据工厂电网实际情况选择，以达到最佳效果，如我公司选择的DW2000J型小电流接地微机选线装置就能够满足本公司电网的运行需求。