摘要：近年来，配电网消弧柜系统接地故障负序电流分析问题得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了消弧柜及弧线圈，并结合相关实践经验，分别从多个角度与方面就新型装置的工作原理展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。
关键词：配电网；消弧柜系统；接地故障；负序电流
1前言
作为一项实际要求较高的实践性工作，配电网消弧柜系统接地故障负序电流分析的特殊性不言而喻。该项课题的研究，将会更好地提升对消弧柜系统接地故障的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化该项工作的最终整体效果。
2概述
我国3-60kV中压电网一般采用中性点不接地方式或经消弧线圈接地方式运行。但消弧线圈的运行补偿条件苛刻，补偿过多或过少都会使残流过大，全补偿则容易引起谐振过电压，故障残流过小，使故障辨识和选线难度增大，加上目前消弧线圈成本过高，难以满足电网大量使用的需求。针对上述问题国内外提出了消弧柜接地系统，但是当采用消弧柜接地系统时传统的选线方法将无法准确选线。传统的选线方法无法识别接地故障发生在变压器内部绕组，还是线路。一旦选线错误，将造成变压器匝间短路导致变压器损坏，形成大量的短路电流流向系统，影响系统稳定运行；而变压器则遍布整个电力系统，对电能的经济传输、灵活分配和安全使用具有重要的意义。因此，如何准确识别变压器内部接地故障，保障变压器的安全运行成为消弧柜接地系统的重要研究课题。
3消弧柜及弧线圈
3.1弧线圈
常规的消弧线圈是试图通过在中性点串接电感线圈所提供的电感电流来补偿系统的对地电容电流，从而将系统的故障接地电流（包括弧光接地和金属接地）降下来，以利于电弧冷却熄灭。正因为如此，有的设计规范要求，当10千伏系统和35千伏系统对地电容电流分别大于30安和10安时，均要设计加装消弧线圈。
消弧线圈“降低了电网绝缘闪络（如雷电闪络）接地故障电流的建弧率”；“消弧线圈自动跟踪补偿或自动调谐使消弧线圈功能和应用上了一个新台阶，而消除过电压却是误导”。不仅如此，作者还指出：“消弧线圈降低了故障相恢复电压的速度，易于使故障相的重燃适在对地电压最大时发生，这又使过电压的数值增加。”这就是说，消弧线圈不仅不能消除过电压，反而会加大过电压数值。弧光接地本身必然伴有高频振荡过程发生，而“现行消弧线圈自动跟踪补偿或自动调谐是在工频下完成的，在高频振荡过程中，由于消弧线圈和电网电容两者频率特性相差悬殊，两者是不可能互相补偿或调谐的。”有时还恰恰相反，消弧线圈加剧了高频振荡过程，从而加大了系统的过电压数值，给电力设备的安全运行带来了更大的危害。
3.2消弧柜
消弧及过电压保护装置柜的设计原理与消弧线圈却截然不同，该装置柜所捕捉的信号不是弧光接地电流本身，而是因弧光接地电流的产生在非故障相所引起的过电压。因此不论弧光接地电容电流的大小，该装置柜的多功能微机控制器一旦捕捉到系统中有弧光接地过电压的存在，就立即闭合故障相的单相真空接触器，将故障相的弧光接地转变为金属接地，此时故障相对地电压为零，而非故障相对地电压也只达到系统的额定线电压值，这是系统电气设备绝缘水平允许的，并且根据相关规程可以运行两小时。由此可见，该装置柜可以从根本上解决弧光接地过电压的问题。
常规电力电缆的工频耐压值为电缆运行的相电压值乘以2.5倍，再加1000伏，从下述列表中可见，消弧线圈即使能够补偿正确，补偿后的接地电流达2安左右，也会使非故障相的对地电位升至3.2倍相电压。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆比如在10KV系统，若A相发生弧光接地，接地电流为50安，经过消弧线圈补偿，虽然接地电流可以降至2安左右，但B相和C相的对地电位仍可升至18.5KV，仍大于电缆的工频耐压值（15.4KV），从而会引发B相或C相电缆对地击穿，出现A相和B相或C相的异地异相通过接地的两相短路，造成整个电力系统的停电事故。
通过控制开关模块，使其通1.5秒后，断2分钟，交流电源的220V电压经过隔离变感应到滤波回路中，再由二次绕组感应到消弧线圈一次侧。由于感应到一次侧的电压值太大，影响消弧线圈的工作，于是在滤波回路中再串一电容（XC），XC/XL大于10，使感应电压大部分集中在电容上，消弧线圈二次电感上的电压就会很低，感应到一次侧的电压值也就很低，通常在250V左右，不会对一次系统造成影响，同时满足消弧线圈正常工作的电压值。消弧线圈经过改造投运后，调谐装置间歇测得系统中性点电压在250V左右，满足装置正常需要的工作电压，装置能根据电容的变化自动调谐。
4新型装置的工作原理
4.1故障相经电抗器接地灭弧原理
消弧装置采集系统的三相电压、零序电压，通过比相、比幅计算判断系统运行状况，当判定单相接地发生，立即驱动故障相的开关Za闭合，将故障相通过电抗器接地，以钳制故障相电压，对系统出现的高幅值弧光接地起始的暂态过电压进行有效的限制，使弧光自动熄灭，从而达到消弧的效果，其动作不受接地电流大小的影响。同时电抗器接地后，对故障点的接地电流以旁路分流的方法进行泄能，因电抗器接地阻抗很小，绝大部分接地电流均通过电抗器，使故障点接地电流大大降低。
4.2单相接地保护及选线原理
消弧装置具有四个可选时段（t1、t2、t3、t4），组成智能化单相接地保护：对于瞬时接地故障在线投/切电抗器消除，无需线路跳闸；对于永久接地故障，在线投电抗器的同时，准确选线并稳妥可靠地切除故障线路。
当装置判定单相接地发生，首先假定为瞬时故障，将故障相通过电抗器接地，延时t1退出电抗器，若故障消除，系统恢复正常。若故障仍存在，立刻再次闭合故障相开关，经延时t2，再分断。若故障仍存在，则判为永久性接地，此时装置有三种保护方式供选择：整定t4>馈线零序保护装置跳闸时间，由馈线零序保护装置动作跳开接地馈线；整定t4<馈线零序保护装置跳闸时间，再次使故障相通过电抗器接地，进入t3长延时未由装置的跳闸箱发跳闸命令切除故障线路后电抗器复归；不投跳闸压板，其余设定同2），在t3时间内由人工切除古战线路。
4.3消谐原理
铁磁谐振是由于系统中的电压互感器、变压器、消弧线圈等非线性电感受激而产生磁路饱和，引发持续的震荡。在正常运行条件下，电路的初始感抗大于容抗（ωL>1/ωC），电路不具备谐振条件，当电路受到扰动（如单相接地）电感电压升高使铁芯饱和时，感抗随之减小，当ωL=1/ωC时即满足谐振条件，在电感、电容两端形成过电压，并产生励磁涌流。通常的解决方法是在电压互感器的一次中性点或二次开口三角处加装消谐电阻，起限流消能的作用，但电阻的阻值和功率都是一定的，它们的消谐范围也就有限。
消弧装置当检测到谐振发生后，使一相母线通过电抗器接地，改变回路电感，远离谐振点，可靠消除谐振同时旁路励磁涌流，并限制过电压。
5结束语
综上所述，加强对配电网消弧柜系统接地故障负序电流分析的研究分析，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的消弧柜系统接地故障负序电流分析过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。
参考文献：
[1]李福寿．消弧线圈自动调谐原理[M].上海：上海交通大学出版社，2003.
[2]黄万永．电力系统继电保护[M].北京：中国电力出版社，2007.
[3]张全员．变电运行现场技术问答[M].北京：中国电力出版社，2005.
论文作者:闫怀东
论文发表刊物:《基层建设》2018年第3期
论文发表时间:2018/5/16
标签：过电压论文; 故障论文; 弧线论文; 电流论文; 系统论文; 弧光论文; 电压论文; 《基层建设》2018年第3期论文;