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    對消弧線圈“消除弧光接地過電壓”的異議

    發布時間:2011-11-23   

    有一些雜志多年多次報道:消弧線圈自動跟蹤補償或自動調諧能“消除弧光接地過電壓”等等,實屬誤導。首先應肯定的是,發明和制造出消弧線圈自動跟蹤補償或叫自動調諧,使消弧線圈功能和應用上了一個新臺階。電網中性...

      有一些雜志多年多次報道:消弧線圈自動跟蹤補償或自動調諧能“消除弧光接地過電壓”等等,實屬誤導。

      首先應肯定的是,發明和制造出消弧線圈自動跟蹤補償或叫自動調諧,使消弧線圈功能和應用上了一個新臺階。

      電網中性點經消弧線圈接地方式的優點是:

     ?。?)降低了電網絕緣閃絡(如雷擊閃絡)接地故障電流的建弧率,減少了線路跳閘率;

     ?。?)金屬性接地故障時,可帶單相接地運行,改善了電網不間斷供電,提高了供電可靠性;

     ?。?)接地工頻電流(即常稱的殘流)小,降低了地電位升高,減小了跨步電位差和接地電位差,減小了對低壓設備的反擊以及對信息系統的干擾等。這些優點是眾所周知的,本文就不再贅述。

      1 現行消弧線圈自動跟蹤補償或自動調諧是在工頻下完成的

      現行所有消弧線圈設計的自動跟蹤或自動調諧都是在電網工頻(50Hz )下完成的。而在高頻振蕩過渡過程中,由于消弧線圈和電網電容這兩者頻率特性相差懸殊,兩者是不可能互相補償或調諧的。

      2 單相間歇性電弧接地時刻通過接地故障點的總電流是高頻振蕩電流

      運行中單相接地情況,一般是:間歇性電弧接地→穩定電弧接地→金屬性接地。根據實測,間歇性電弧接地,持續時間可達0.2~2s,頻率可達300~3000Hz ;然后呈穩定電弧接地,持續時間可達2~10s;最后,故障點導線被燒熔成為金屬性接地,即所謂永久性故障接地。

      最危險的情況是,發生在單相間歇性電弧接地時刻,在健康相(非故障相)上發生的弧光接地過電壓最高(可達3~4倍相電壓),通過電弧接地故障點的高頻振蕩電流最大(可達數百安培),時間雖短,電弧危害很大[1,2]。從電工原理可知,在電路內從一種穩定狀態過渡到另一種穩定狀態,必須經高頻振蕩過渡過程,時間雖短,振蕩電流可達到高出穩態下的很多倍,其結果可能損壞或破壞元件。

      在穩定電弧接地和金屬性接地階段,健康相(非故障相)上發生的過電壓較低,最大才達2.3倍相電壓,通過故障點電流才是常說的工頻電網電容電流或經消弧線圈自動跟蹤補償(或自動調諧)后的殘流

      3 消弧線圈自動跟蹤補償或自動調諧是不可能“消除弧光接地過電壓”

      如前所述,在單相間歇性電弧接地時刻,過渡過程通過接地故障點的電網電容電流分量和(有消弧線圈時)電感電流分量均是高頻的。這兩者的頻率特性完全不同;電網電容電流分量達到最大值(數百安培),消弧線圈電感電流分量還未起來;待電網電容電流衰減到穩態后,消弧線圈產生很大飽和高頻電流(數百安)。所以在單相間歇性電弧接地時刻,消弧線圈電感電流分量和電網電容電流分量是不可能補償或調諧的。

      實測中性點不接地(絕緣)和消弧線圈接地系統中的單相間歇性電弧接地時刻產生的過電壓,一般達3~4倍相電壓。這對正常(標準)絕緣(非弱絕緣)的設備是無危險的[2,3,4]。

      為了從物理概念上定性地說明弧光過電壓,先后有4種假設,每種假設均是在前人基礎上,根據新的科學試驗成果建立的[3]。

      第1種假設是德國的彼德遜(W.Petersen)于1917年提出的,是按通過接地故障點的高頻電流分量過零熄弧建立的。

      第2種假設是美國的彼根斯(J.F.Peters)和斯列賓(J.Slepian)1923年提出的,是按通過接地故障點的工頻電流過零熄弧建立的。

      第3種假設是前蘇聯全蘇電力科學研究院(BHИИЗ)別列柯夫(H.H.БЕЛЯКОВ)1954年提出的,常叫做“原故障相恢復電壓為有限值”建立的。

      第4種假設是中國西安交通大學王秉鈞教授1997年提出的[2],是按通過接地故障點的總電流(不是高頻或工頻)過零熄弧和故障點恢復電壓達到極大值時重燃而建立的。

      這些假設中,在電弧重燃、熄滅時刻的選擇,中性點位移與恢復電壓的關系諸方面,均有一些牽強。過電壓數值最終以實測為準。

      運行經驗和試驗證明,消弧線圈功能是降低單相接地的建弧率。前蘇聯多爾根諾夫(A.И.Додгинов)教授1958~1959年在西安交通大學講學中(見西安交通大學1961年11月出版的高電壓技術教研組編《過電壓及其保護》下冊8-1-2,P461)指出:“試驗證明,中性點消弧線圈接地系統中,發生的健康相上的過電壓倍數的最大值仍與中性點不接地系統時的一樣,不過其出現的概率更小而已?!痹谕豁撚种赋觯骸皬囊环矫嬷v,消弧線圈減少了重燃次數可能降低過電壓,另一方面講,消弧線圈減少了故障點流過的電流可能使電弧不穩定燃燒(間歇性電?。?,消弧線圈降低了故障相恢復電壓的速度易于使故障相的重燃適在對地電壓最大時發生,這又使過電壓的數值增加?!?/p>

      總之,消弧線圈自動跟蹤補償或自動調諧是不能“消除弧光接地過電壓”的。因此,電力行業標準DL/T620-19974.2.8節規定;66kV及以下系統發生單相間歇性電弧接地故障時,可產生過電壓,過電壓的高低隨接地方式不同而異。一般情況下最大過電壓不超過下列數值:

      不接地     3.5倍相電壓

      消弧線圈接地  3.2倍相電壓

      電阻接地    2.5倍相電壓

      這對正常(標準)絕緣(非弱絕緣)是無危險的[2,3,4]。但對弱絕緣是有危險的,由于種種原因會使絕緣老化,變為弱絕緣[4]。

      4 應因地制宜地選擇電網中性點接地方式

      世界各國電力系統中性點接地方式,各個國家甚至同一個國家的不同城市都不盡相同。一個城市同級電壓多種中性點接地方式并存。例如,上海35kV和10kV電網中性點消弧線圈接地和電阻器接地并存,北京10kV電網中性點消弧線圈接地和電阻器接地并存等,這主要是根據他們自己的運行經驗和傳統,“權衡利弊”,因地制宜選用的。

      在電網發展的不同階段,不同中性點接地方式的“利弊”是不同的。例如:

     ?。?)在電網發展初期,電容電流較小,電網結構薄弱,一般采用中性點不接地運行。這時“利大于弊”。

     ?。?)中性點不接地電力系統的缺點(弊?。┦?,單相接地時的故障電流隨著線路長度增加和電力系統標稱電壓提高而增大,使電弧接地故障難以自動消除,有時繼而發展為二相短路故障,“弊大于利”。為了解決這個問題,在1910~1920年間,選擇了2條不同的途徑:

      一是中性點經消弧線圈接地,降低建弧率,減少跳閘。

      二是中性點直接接地或經電阻器接地,快速將故障切除。這2種接地方式各具優缺點[1,2],對各國電力系統中性點接地方式選擇有深遠影響。

     ?。?)在二戰后,電力工業發展很快,20世紀60年代,一些原有配電電壓等級不經濟和走廊困難等原因,采用原有配電電壓升壓改造,由于絕緣水平的關系,降低過電壓的需要,將中性點由不接地和消弧線圈接地方式改經電阻器接地或直接接地方式。

     ?。?)在20世紀80年代之后,配電網結構發展和運行環境與初始發生了兩大變化:

      a.配電網多條電纜同溝并行形成環形或網格饋電,對用戶供電可靠性不再是要求帶單相接地故障運行幾小時來保障,而是靠電網結構和自動控制來保障。電網中性點不接地(絕緣)和消弧線圈接地方式能帶單相接地故障運行幾小時的作用愈來愈小,而要求快速準確選線斷開單相接地故障線路,避免單相接地電弧引發多相短路。

      b.各種型式的電子系統的應用不斷增加。這些系統包括計算機、通信設備、電子商務、控制系統、信息系統等,IEC標準中統稱為信息系統。信息系統增加了對供電質量和可靠性的要求。同時要求降低接地故障入地電流造成的地電位升高。

      為了適應這兩大變化,法國從20世紀80年代開始,對20kV電網,對地電容電流小于50A時,采用中性點經120Ω電阻器接地方式,對地電容電流在50~200A之間時,則在電阻器旁并聯補償電抗器(消弧線圈)[5]。

      日本20kV電纜和架空線路混合電網,直至1950年采用中性點不接地方式,隨著電纜的增加,為防止接地繼電器的誤動、拒動和中性點位移,改用經40~90Ω低值電阻器接地方式。1969年改用經40Ω+460Ω電阻器接地方式,0.7s短接460Ω電阻器確保迅速準確選線斷開單相接地故障線路[6]。

      中國從1949年之后,“一刀切”地規定66kV及以下電網中性點不接地(絕緣)和經消弧線圈接地方式,實際是從前蘇聯過電壓保護導則轉過來的。

      前蘇聯電站部1954年制訂《導則》之后,中間公布過幾個草案,直到1999年由俄羅斯才公布正式新導則[4]。新導則第五章6~35kV電網內過電壓防護中,對6~35kV電網中性點接地方式有很大改動,列入了電網中性點不接地(絕緣)、諧振(消弧線圈)接地、電阻器接地3種方式,建議分別情況因地制宜選用。

      在新導則[4]5.36~35kV電網電弧過電壓防護中指出:“電弧過電壓對正常(標準)絕緣是無危險的,但由于種種原因會使絕緣老化,變為弱絕緣(筆者注:導則中多次強調,運行10年以上的云母絕緣電動機,要特別注意這點),過電壓限制器OПН(中國簡稱WGMOA)與電網中性點電阻器聯合使用更有效?!边€指出:“一些配電網、工企內部電網,以及發電廠廠用電系統,觀察到這些地方常有由單相接地轉發成相間或二相故障。因高次諧波殘流大,補償電容電流困難?!@些電網中性點宜用電阻器接地方式,其電阻大約為全網對地容抗。這樣可降低電弧過電壓和鐵磁諧振過電壓”。

      5 結束語

      綜上所述,消弧線圈自動跟蹤補償或自動調諧使消弧線圈功能和應用上了一個新臺階,而“消除弧光接地過電壓”卻是誤導?;」饨拥剡^電壓對正常(標準)絕緣(非弱絕緣)是沒有危險的。以往的研究工作對接地電流的危害重視不夠需加強。

      每種中性點接地方式的系統,都具各自的優點和缺點。所以選用必須從實際出發,權衡利弊,擇利大于弊,不應按電壓等級“一刀切”。

      6 參考文獻

      1 李哈乞夫著.消弧設備的選擇、裝設和運行.吳維誠,熊曉農譯.北京:電力工業出版社,1956

      2 王秉鈞.太原供電局城北變電站事故分析報告.西安交通大學,1997

      3 許穎.3-66kV電網中性點接地方式的幾個問題.中國企業管理培訓中心教材,2001

      4 Poccийскоеакционерноеобществоэнергетикинэлектрификации(ЕЭСРоссии).Руковолствопозашитеэлектрнческихсетей6-1150квотгрозовыхивнутреннихперенапряжений.Санкт-ПетербургиздательствоПэипк,1999

      5 Clement M,Daniel D,Bergeal J.Development in MV Neutral Control at EDF.CIRED,No.2-14,1991

      6 藤譯孝道.20kV級配電設備的絕緣協調.電氣評論,2000(9)


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