中压系统电网保护装置及方法

邓海波

摘 要：经济发展和社会进步需要能源的支撑，电能是促进经济发展的重要能源形式，建立安全、稳定的电网系统是确保我国经济稳定发展的关键。中压系统是电网系统的重要组成部分，该部分在运行中面临的单相接地故障成为电气设备正常运行的极大隐患，若不采取有效的保护措施，可能会引发重大的安全事故，给人们的生命财产安全带来极大的威胁。本文将对中压系统电网保护装置及保护方法进行简要介绍，并对综合智能化保护装置的应用前景做简单预测。

关键词：中压系统；保护装置；弧光接地；高阻接地；谐振

1 概述

经济发展离不开能源支持，我国经济发展主要依托的是电能，因此，加强建设和发展我国的电力系统，为经济发展提供安全、稳定的能源成为我国当前面临的主要任务。中压配网是电力供应的末端环节，其运行的安全性关系到千家万户的生命财产安全，如何采取有效的防护措施，加强中压配网运行的安全性和稳定性是本文要解决的主要问题。

2 中压系统电网故障及其保护

2.1 中压电网故障

单相接地是电网运行过程中面临的主要故障形式，几乎达到了电网故障总数的60%以上。单相接地故障主要表现形式为弧光接地、高阻接地以及谐振。

2.1.1 弧光接地。弧光接地是危害最大的一种故障表现形式。中压电网系统运行方式是中性点不接地，当接地电流超过5A时，单项接地电弧无法自行消灭，会产生极高的间歇性弧光过电压，降低电器设备的绝缘性能，容易引发短路故障，严重时会造成火灾事故。随着电缆在配网系统中应用越来越多，接地电容电流逐渐增大，从而造成弧光接地故障的程度逐渐加深，加装必要的消弧设备，很有必要。

2.1.2 高阻接地。高阻接地故障在单项接地中较为常见，该故障引发因素较多，如架空线路遇到树枝挂碰造成断路、电缆老化、电缆绝缘受潮都会表现出高阻接地故障。高阻接地故障表现形式多样，接地电阻变化范围大，不稳定。

2.1.3 谐振。谐振是由于电力系统中电压互感器、变压器、消弧线圈等非线性电感受激产生磁路饱和，由此引发持续的震荡；电路正常运行时，电路初始感抗大于容抗，无谐振产生，当电路发生故障或故障消除等突然变化时，感抗减小导致谐振产生，电感和电容两侧形成过电压，对电器元件有损坏作用。谐振也是电网中常见的一种故障，尤其是在中压电网中性点非有效接地电网中出现频率较高。

2.2 中压电网保护装置及方法

2.2.1 消弧装置及方法。当前使用的消弧装置有两类，一是将弧光接地转为金属接地的消弧装置，另一类是将孤光接地转为通过ZnO（氧化锌）接地的消弧装置。前者工作原理是通过故障相接地开关的开启、闭合方式的改变，将弧光接地转为金属接地，从而达到熄弧的目的。该类装置对电网系统的冲击大，可靠性较差，在操作过程中引发的谐振可能会烧毁电压互感器。后者工作原理是将ZnO阀片组并联在故障相和地之间，利用其残压限制故障点相电压，从而达到熄弧目的。该装置无法消除电流超过5A的弧光接地故障，且承受能量有限，若时间过长可能会引发爆炸。

电压消弧法相对于以上两种保护方法来说具有一定的优越性，该法不受接地电流的影响，且消弧徹底，方法简单。其工作原理如下：电网系统中出现单相弧光接地故障时，并联在故障相母线和地之间的电抗器可将故障点两侧的电压控制在安全范围内，使故障点两侧电压小于弧隙抗电强度恢复的幅值，电弧重燃的机制被破坏，弧光接地故障得到控制；电抗器的投入可适当延时3-5s，然后退出，确保弧隙抗电强度得到充分恢复，提高故障消除概率；延时后的保护装置能确保系统不会发生短路故障，又能避免瞬时故障造成的跳闸现象，提高了整个供电系统的可靠性。

2.2.2 高阻接地保护装置及其方法。高阻接地保护装置会存在误判、误动或拒动问题，主要原因是高阻接地故障信息较弱和对故障认知不足。不接地系统出现单相接地故障时，是按照金属接地对电压进行分析，此时接地相电压为零，非接相电压成为线电压，中性点会偏移到接地点，零序电压等于方向相反的故障前的相电压。这就产生了“接地相是三相中电压幅值最小的一相”的结论，接地保护装置就以此结论为工作原理。而在实际运行过程中，以上结论只适用于接地电阻小于某临界范围内，若接地电阻超过这个临界值，接地相就不是电压幅值最小的，若故障保护装置以电压为判断依据，接地电压的改变会导致保护装置误动；若保护装置以电流为判断依据，则发生故障时电流太小会导致拒动。保护装置一旦出现误动或拒动，就无法对电网形成有效保护。

2.2.3 消除谐振的装置及方法。我国一次或二次消谐装置是在电压互感器的一次中性点或二次开口三角处加电阻，该电阻的主要作用是消耗电能。这类消谐装置存在消谐死区，保护效果不理想，由于谐振而引发的电压互感器烧毁故障、高压熔管以及其他事故时有发生。

2.3 综合智能保护装置在中压系统电网中的应用

综合智能保护装置是利用微电子技术、多CPU技术、高速数据采集技术和处理技术、高电压技术及其他专业判断软件制成的电网保护装置，该装置由微机控制器、电压互感器、三只单项真空接触器、隔离开关、电抗器、柜体等部分组成。保护原理为：以微机控制器空电压互感器和电流互感器的二次端检测系统的三相电压-频率、零序电压-频率、零序电流的变化情况，对电网系统的运行状况进行判断，根据判断结果发出报警指令和保护指令，该装置在实际运行试验中能对电网系统中的各项故障进行及时、有效的报警和处理，有效地保障了电网中电气设备的性能安全，具有较高的推广价值。

3 结语

中压电网是电力系统中重要组成部分，对于城市建设、农村发展中的电力能源的传输具有重要影响。中压系统运行过程中会出现弧光接地、高阻接地、谐振接地等多种形式的故障，给电气设备的安全运行造成了不利影响，利用有效的保护装置，消除以上故障对设备的影响，对于提高供电质量具有积极意义。

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