弧光接地的危害及治理

刘红日

（山东兖矿鲁南化工有限公司，山东 枣庄）

弧光接地的危害及治理

刘红日

（山东兖矿鲁南化工有限公司，山东 枣庄）

本文详细介绍了弧光接地的危害，目前国内外为限制弧光接地过电压所采取的措施，通常限制弧光接地的方法以及所采取的方法存在的缺陷，重点介绍了我厂在动力结构调整中所采用的RZK智能消弧消谐装置的结构、功能和原理。对各部件功能及特性做了详细的说明，证实该装置是新型智能消弧消谐及过电压保护的首选设备，值得推广和应用。

弧光 过电压 接地 消弧消谐

我们鲁南化肥厂是一家有着近40年历史的大型化工企业。目前我厂正在进行原料及动力结构调整，在调整项目的实施中，在电气设备的选择上使用了不少高新技术。其中为了解决电网弧光接地产生长时间过电压的问题，我们选用了RZX 消弧消谐选线及过电压保护综合装置，对各类过电压进行限制，以提高系统运行的安全性及供电的可靠性，下面我就对间歇性弧光接地的危害、传统消除方法及我们所选用设备的使用方面进行简要的介绍。

一、间歇性弧光接地的危害

我厂的6kV系统是非直接接地的电网，现有运行规程规定，当非直接接地系统发生单相接地故障时，允许继续运行两小时，如经上级部门批准，还可以延长，但规程对于“单相接地故障”的概念未做明确界定，如果单相接地故障为金属性直接接地，则故障相对地电压降为零，其余两健全相的对地电压升高至线电压前面已指出，我们所使用的电气设备在正常情况下都能承受这种过电压而不至于损坏。但是，如果单相接地故障为弧光接地，则其过电压可达 3.5 倍正常运行相电压的峰值，在这样高的过电压持续作用下，势必造成电气设备绝缘的积累性损伤，在健全相的绝缘薄弱环节造成对地击穿进而引发相间短路事故。

随着我厂生产能力的扩展，设备的改造、项目的建设中大量使用了采取固体绝缘的电缆线路，由于固体绝缘击穿的积累效应，其内部过电压特别是电网发生单相间歇性弧光接地时产生的弧光接地过电压及由此而激发的铁磁谐振过电压，已成为我厂电气系统安全运行的一大威胁，其中以单相弧光接地过电压最为严重。

二、目前国内外为限制弧光接地过电压所采取的措施

1.为了解决弧光接地产生长时间过电压的问题，国内以前大多采用消弧线圈补偿或经自动跟踪补偿式消弧线圈接地的方式。虽然可以有效降低故障点的残流，有利于接地电弧的熄灭，也能避免因为长时间燃弧而导致的相间弧光短路，但是采用消弧线圈容易产生串联谐振过电压和虚幻接地现象，而且对小电流选线装置影响较大，使其灵敏度降低甚至无法选线，况且由于电气系统运行方式的多样化及弧光接地点的随机性，消弧线圈要对电容电流进行有效补偿有很大的难度。消弧线圈补偿的也仅仅是工频电容电流，而实际通过接地点的电流不仅有工频电容电流，而且还包含有大量的高频电流和阻性电流，严重时仅高频电流和阻性电流就可以维持电弧的持续燃烧，这是消弧线圈根本无法解决的。

2.采用经小电阻接地的方式，虽然抑制了弧光接地过电压，克服了消弧线圈存在的问题，但牺牲了对用户供电的可靠性.当这种系统发生单相接地时，人为增加短路电流使断路器速断动作，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接地或弧光接地，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。同时,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。

三、我们所选用的设备

我厂此次选用的是淄博瑞源电力设备厂生产的RZX智能消弧消谐选线及过电压保护综合装置。该装置针对消弧线圈的不足，设计原理新颖，功能完善，自动化程度高，在安装维护、可靠性、控制功能等方面均比消弧线圈有较大的提高。该装置。利用智能控制、过电压限制技术和单项开关等组成一套自动控制系统。采用瞬时改变系统参数和短接母线上的PT开口三角绕组，消除谐振；采用限制故障相的恢复电压幅值及恢复电压的上升速度，消除弧光接地。

1、其主要功能

a.替代电压互感器柜，并提供电压检测信号。

b.具有过电压保护功能，能将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，使因过电压引起的事故大为减少。

c.替代消弧线圈，能够快速消除间歇性弧光接地故障，抑制间歇性弧光接地过电压，防止事故的进一步扩大，降低线路的事故跳闸率。

d.能够快速有效的限制并消除各种谐振过电压，防止长时间的谐振过电压对系统绝缘结构的加速老化，防止谐振过电压对电网中设置的避雷器以及小感性负载的影响，增加系统运行的安全可靠性，延长系统中设备的使用寿命。

e.能够迅速准确查找单相接地故障线路，对防止事故的进一步扩大，减轻运行和维护人员的工作量有重要意义。

f.具有PT切换功能。

2、该装置的主要组成部分及功能。

a.三相组合式过电压限制器 RSA ，起限制系统过电压的作用，RSA 过电压限制器是本装置中限制各类过电压的第一元件，在本装置接触器未动作之前将电压限制在安全范围以内。

b.可分相控制的高压真空接触器 KA、KB、KC、KD

KA、KB、KC、KD 的作用是当系统发生弧光接地过电压时，使其由不稳定的弧光接地迅速转变成稳定的金属性直接接地，从而保护设备，使其不受损害。KA、KB、KC 是一组分相控制的单相真空交流接触器，一端分别接至母线，另一端通过KD直接接地。正常运行时，接触器均处于断开状态，受控制器 RZK 的控制而合闸。各相真空接触器操作回路相互闭锁，当其中任一相合闸使该相母线接地后，其他两相中任何一相不会再动作。

c.智能控制器 RZK

智能控制器 RZK ，是本技术的核心部件。它根据PT 提供的 Uao、 Ubo、 Uco、 U △ 的信号来判定接地故障发生的相别及接地属性（金属性直接接地和弧光接地），按照预先设定的方式控制高压真空接触器动作，RZK 智能控制器可同时完成对消弧、消谐和选线的综合控制，有效地降低了设备的投资成本。控制器是由嵌入式双 CPU 组成，是整个综合装置测量、显示、运算、通信和执行的中心处理机构，智能化程度高抗干扰性能好，可靠性高。智能控制器采用二次电源技术，可抵御各种电磁干扰，所有的采集接口全部采用光 / 电隔离，可消除一次系统对控制器的干扰。

d.高能限压器RV

限压器是该装置的主要部件。当系统发生间歇性弧光接地时，真空接触器立即将限压器RV投入到故障相，由限压器RV将故障相的最高电压限制到额定相电压的75%，使弧道的恢复电压上升到该值时就不再上升。根据交流电弧理论知道，弧道在电流过零时将熄灭，能否消弧成功主要取决于电流过零后弧道的介质恢复强度Ujf与加在弧道上的恢复电压Uhf之间的相对关系，在故障相的恢复电压上升到较高值时，如果Ujf＜Uhf，弧道将再次复燃。如此持续下去，就会形成稳定的间歇性弧光接地，在本综合装置中由于限压器RV的作用，使弧道的恢复电压Uhf上升到设定值时不再上升，从而可靠消弧。

e. 多功能电容器

当综合装置在进行灭弧时，该电容与弧光接地弧道并联，可以起到一定的分流作用，减少通过弧道的残流，使电弧更容易熄灭。

此外，装置还包括：带有辅助二次绕组的电压互感器 PT，用于本综合装置对系统运行状态的监测；安装于本综合装置与电网的连接端的隔离开关，用于本综合装置在安装和维修时的投切；用于起保护作用的熔断器等部件。

3、简单工作原理

a.当系统发生单相接地时， RZK 将对 Uao、 Ubo、 Uco、 U △ 的三相信号进行计算处理，判断接地相别和接地属性，根据接地属性 RZK 做出如下处理：

b.如果接地故障是稳定的金属性直接接地，则 RZK发出故障相别及接地属性（金属接地）的指示信号。同时，RZK 配有微机选线保护，由微机选线保护处理解决。

c.如果接地故障是不稳定的间歇性弧光接地，则故障相接触器合闸，投入高能限压器和多功能电容器，进行限压消弧。如果接地故障是稳定的间歇性弧光接地，则故障相接触器和共用接触器同时合闸，将接地故障转化成金属性直接接地，使故障消除。

d.故障相接触器在动作合闸投入高能限压器和多功能电容器后， RZK 令接地的接触器断开一次。若接触器断开后再无弧光接地故障现象，说明这一次接地故障是暂时性的，系统恢复正常运行， RZK 返回原始状态。若接触器断开后再次出现弧光接地故障，则 RZK认定这一故障为永久性的弧光接地，此时再次指令相应的故障相接触器闭合，同时共用接触器闭合， RZK将按照预先设定的程序发出警告信号，告知值班人员故障发生的相别；同时 RZK 自配微机选线保护进行选线处理。在接触器断开接地点的过程中出现的短暂的过电压，由 RSA 进行限制。

e.接触器第二次（连续的同一相）闭合接地后不再分开，只有当故障线路自动或者人工切除后，由中控室或现场给 RZK 发送复位指令， RZK 收到复位指令后，让接触器断开，系统恢复正常，为以防止因 RZK误判断或误接线引起的相间短路，本装置加装有高压限流快速熔断器。

由装置的工作原理可知，限制过电压的机理与电网对地电容电流的大小并无关系，其保护性能不随电网运行方式的改变而变化。我们相信系统加装本装置后，各类相对地及相与相之间的过电压均能被限制到较低的电压水平，对系统设备的运行安全威胁最大的单相弧光接地过电压将被限制。该设备的使用必将大大加强我厂供电系统的稳定。

[1]莫正康.《晶闸管变流技术》.机械工业出版社，1985.6.

[2]李刚.《现代测控电路》.高等教育出版社，2004.11.

[3]康华光.《模拟电子技术》.高等教育出版社，2002.6.

[4]何首贤.《供配电技术》.水利水电出版社，2005.2.

Hazard and control of arc grounding

Liu Hong ri
（Yankuang Lunan Chemical Co Ltd ）

This paper describes the arc grounding hazards. The current measure taken by the domestic and international is to restrict the over-voltage because of arc grounding , the normal nethods to limit the arc grounding as well as its defects.The focus is the introduction of RZK intelligent arc and resonant eliminating device’s structure, function and principle in our company’s feedstock and new power configuration adjustment project.Then it describes the functions and characteristics about various components,confirming that the device which is worthy of promotion and application is the best choice for a new intelligent arc and resonant eliminating device and overvoltage protection.

arc, overvoltage, grounding, arc and resonant elimination

TM862

A

T1672-8114(2013)06-042-04

刘红日 ，山东日照人，现为山东兖矿鲁南化工有限公司电气工程师，车间副主任