配电系统消弧消谐装置应用中相关问题研讨

李明龙

摘要：分析了几种常用消弧装置对配电网中内部过电压防护的作用和效果；综合考虑了变电站、开闭所接地选线的实现，以及配网自动化系统中接地故障区段定位等问题；结合现场运行实践，给出了消弧装置应用的指导原则和技术建议。提出了对于电缆化比例较大的配电网，宜选用自动跟踪补偿消弧装置，为了实现可靠接地保护及区段定位，短时加并中值电阻是一种较好的解决方案；延时加并高值电阻方案，也值得进一步研究;建议对于以架空线路为主的配电网，可以考虑选用新型消弧及过电压保护装置，并对该装置加以完善。关键词：配电网;消弧装置;过电压防护;接地选线与定位;应用探讨0.引言为了提高配电网络的安全可靠性，装设消弧装置作为一项重要的技术措施，越来越被广泛采用。然而，消弧技术还与过电压防护、接地选线与故障区段定位等问题密切相关，在实际应用中，有必要对各种相关技术问题进行综合分析比较与应用探讨。1.常用消弧装置的特点1. 1自动跟踪补偿消弧装置消弧线圈（XHQ）（1）调匝式XHQ：这种最传统消弧装置的调流方式是通过有载分接开关改变主绕组的匝数来实现。具有结构简单、补偿速度快(10μs)、运行可靠、不产生谐波等优点。主要缺点是受分接开关档位数的限制，调节范围存在一个较高的电流下限（约20%IN起调），且调档速度较慢。（2）调容式XHQ：其调流方式是通过改变消弧线圈二次绕组接入的电容容量和数量来调节消弧线圈的电流。主要优点与调匝式类似，同时调档速度较快，虽也为有级调节，但可调级数多，调节范围宽。主要缺点是调节电容器较易老化、损坏,电容值随运行时间可能有所变化。（3）相控式XHQ：实质上是一台高短路阻抗变压器，通过调节二次绕组中两个反向并接可控硅的导通角，来改变装置的等值阻抗（短路阻抗），从而实现补偿电流的调流。其主要优点是可在0～100％IN间连续无级调节、无需阻尼电阻。然而，补偿速度较慢(60ms以上)且不够稳定，大功率可控硅容易出现故障，并会产生谐波。1. 2消弧及过电压保护装置柜（TXK）TXK装置简称消弧柜，安装在变电站母线上，实质上是一种接地故障转移装置。通过可分相控制的高压真空接触器JZ，将发生弧光接地故障相接地，系统通过高频阻尼元件转变成稳定的金属性接地，故障点弧光消失。根据系统需求选择接触器打开方式。这种装置能起到消弧及限制弧光接地过电压作用。2. 消弧装置过电压防护效果比较2.1间歇电弧接地过电压现行消弧线圈自动跟踪补偿或自动调谐是在工频（50HZ）下完成。而在单相间歇性电弧接地时刻，高频振荡过渡过程通过接地故障点的电网电容电流分量和消弧线圈的电感电流分量均是高频的。这两者频率特性相差悬殊，是不可能互相补偿或调谐的[1]。从国内外的实测结果来看，采用传统消弧线圈的接地系统，弧光接地过电压也较高。而就消弧柜TXK而言，随着电弧能量的积蓄，电弧接地过电压较大值大约发生在接地后2个工频周波以后，TXK的真空接触器快速完成合闸动作，弧光接地随之消失，稳定的过电压只有倍。而在JZ动作之前及断开接地点的过程中出现的短暂过电压，通过TGB设计参数选择，确保可由消弧装置中的TGB-M过电压保护器和电网中其他避雷器联合构成后备保护。可见，从限制弧光接地过电压的效果方面比较，TXK装置更具优越性。2. 2电压互感器（TV）铁磁谐振过电压对于调匝式及调容式XHQ，因消弧线圈感抗XQ与互感器的励磁感抗XL相比要小得多（相差几个数量级），在零序回路中XL几乎被XQ短接，系统三相对地参数基本上取决于消弧线圈感抗，XL因饱和引起的三相不平衡，也就不会产生过电压了[2]。对于消弧柜TXK，虽然自身不具有消谐功能，但因有效地限制弧光接地过电压，从而减少了由此引发铁磁谐振的概率。尤其对于防止长时间的间歇电弧过电压频繁激发谐振，即使装有消谐器也会烧毁TV[3]，起到了有利的作用。但是，如果电网对地电容较大，当JZ断开，接地消失瞬间，可能在TV中形成强大的低频饱和电流而使TV熔丝熔断，可使TXK工作受到影响。可见，装设调匝式、调容式XHQ，可从根本上消除TV铁磁谐振；消弧柜能为消谐创造有利条件，降低谐振几率,但电网对地电容较大时应考虑接触断开瞬时还是容易易产生铁磁谐振，因此在使用消弧柜的场合需要安装消谐装置。3接地选线的实现3.1配电系统接地选线装有消谐装置系统中开闭所的接地选线，应采用半波法和群体比相原理进行选择，利用消弧柜动作前后对接地点参数改变的特点进行“增量法”判断。TXK-X选线方法灵活，各种选线方法根据系统运行特点自适应。

3. 2接地区段定位配电网由于其供电系统比较分散，而且系统比较大，目前市场上选线采用群体比幅原理的比较多，群体比幅原理对接地点定位很难，要想做到接地点能准确定位，应考虑功率方向判断。TXK-X在国内率先将每个配电系统进线零序电流引入装置，进行方向判断，做到接地故障区段定位。

4. 消弧及过电压保护装置产品的完善与发展消弧柜TXK作为一种新型过电压防护装置，理论和实践都证明具有一定的应用价值。它在不改变系统接地方式的情况下，能起到消弧及限制弧光接地过电压作用，同时也较好地解决了接地选线问题（尤其弧光接地），而且结构简单，设备投资比消弧线圈装置要少得多。正是因为消弧柜的独特优势，目前已广泛应用，消弧柜的工作特点是按一个对地系统来设计的，用在变电系统，通过主变将系统对地电容效应完全隔离，因此在变电所低压侧母线装安装的消弧柜可对主变低压侧整个供电系统进行弧光接地保护，而不会影响到高压侧系统对地绝缘。而我们的建筑供电主要以配电系统为主，通过电缆（或架空线路）从上一级变电所引入，这样配电站和上一级变电所实际为一个供电系统，如果在该系统安装消弧柜，实际保护范围已经远远不止本配电站而是整个系统。目前市场上生产消弧柜厂家很多，他们在判断弧光接地时仅采集系统三相电压，从电压上来判断，装置无法区分是站内还是站外弧光接地，这样会造成外部故障消弧柜也动作，这样把故障引到站内。因此建筑配电系统在选择消弧柜时一定要慎重。

TXK-P配电专用型消弧针对建筑供电系统特点，专门开发研制的带无功功率方向保护闭锁的消弧柜（专利号：ZL 200820041790 ），装置除了采集系统电压信号外，装置还采集进线零序电流信号，在装置内部进行功率方向判断，准确可靠判断出是站内还是站外弧光接地，消弧装置进行选择性动作。

5.结论通过以上分析，随着建筑供电系统不断增大，对于弧光接地和谐振问题不能忽视，但在具体选择时应注意以下问题：

5.1在可预期时期内无计划建设开闭所及配网自动化等情况的变电站，较适宜装设消弧柜。这种结构的配网，每段10KV母线电容电流IC一般不超过30A，根据运行经验，系统IC在10～20A左右的系统极易产生弧光接地，在此恰好可以发挥TXK的优势，必须考虑判断系统站内和站外选择性动作。

5.2对于比较小的配电网，宜选责V-V接线的电压互感器,配专用接地检测装置TRJD001,彻底解决电压互感器铁磁谐振问题。

5.3合理选择真空接触器JZ回路熔断器额定电流。为了防止相间短路给系统带来危害，JZ回路装有快速开断限流熔断器组件FU。因其开断时间一般为1～2ms，可把故障电流限制在最大短路冲击电流的1/5以下 ，不给系统设备造成冲击。考虑到JZ正常动作对接地相合闸时熔丝不应熔断，。在10KV电网IC不超过30A情况下，FU熔丝额定电流不宜小于80A，同时兼顾短路开断时间，熔丝额定电流也不宜过大，建议安装高频阻尼元件兼顾以上两点。5.4TXK装置应选用特制抗饱和或消谐型专用TV，以改善同一系统中TV并联后总体等效伏安特性，防止多组TV并列运行易以激发谐振，选择全频段恒流二次消谐装置（专利号：ZL 200820041645）。

5.5为了使接地选线准确率提高，考虑开闭所接地选线及配网自动化系统中接地区段定位等问题，建议安装带功率方向闭所的TXK-X配电系统专用的选线装置。5.6对于无人值班变电站，真空接触器应既能就地复位，也可远方复位或自动复归。

参考文献[1]许颖.对消弧线圈“消除弧光接地过电压”的异议[J].电力设备，2001，2（4）：48-50.XU Ying.To the objection which eliminates a curve turn "the cancellation arc light connect ground to conduct electricity to press"[J].Electric power equipments, 2001, 2:(4):48-50.[2]方瑜.配电网过电压[M].北京：水利电力出版社,1994.[3]郑鹏鹏.配电网综合消谐措施的探讨[J].电力设备，2005,6(3)：53-55.ZHENG Peng-Peng.Go together with charged barbed wire net comprehensive eliminate the study of Xie measure[J].Electric power equipments, 2005,6:(3):53-55.