消弧及过电压保护装置在湘钢供电系统的应用

朱佑启

（华菱湘潭钢铁有限公司湖南省湘潭市岳塘区411101）

摘要：消弧装置主要作用是对消除接触点中产生电弧，保护过电压。本文通过对钢铁行业常见过电压、供电系统特点分析，探究常见消弧装置原理，深入研究消弧及过电压保护装置在湘钢供电系统中的应用。

关键词：消弧；过电压保护；供电系统；应用

湘钢供电系统形成时间较早，经过长时间发展，湘钢供电系统由原来的20站增加到100多站，电压从110KV变化到220KV，电缆长度逐年增加。由于系统容量增加，导致过电压对系统造成危害增强，致使供电系统损失大量经济效益。针对这一现象，企业根据实际情况，制定解决方案。以湘钢供电系统为主要研究对象，应用消弧及过电压保护装置，分析消弧装置作用原理。

1、钢铁行业常见过电压及供电系统的特点

1.1过电压类型

过电压出现在电气设备运行过程中，过电要主要分为两种类型，一种是由外部因素造成，比如雷电产生的过电压。另一种是内部系统参数变化产生过电压，作用原理为通过系统参数导致电磁振荡。内部过电压种类繁多，其中操作过电压与暂时过电压为主要形式。在操作电气设备或者设备故障情况下，造成供电系统状态转化，即转变不同种稳定状态过程，在这过程中产生过电压为操作过电压，对供电系统有巨大危害。暂时过电压产生于短路状态下，在操作电气设备时，供电系统状态转变过程中出现的电压，且产生的过电压高于额定值。

1.2供电系统特点

钢铁企业中控电系统主要设备有高炉、类型多样电机，是将电炉变与电动机产生感性负荷作为主要方式。上述设备具有同样特点，即电功率大。用电量多，使用复杂。与电力系统相比，供电系统中由于应用真空断路器，能有效避免因频繁操作造成电路故障现象，进而减少操作过电压出现次数。由此来看，供电系统设备使用时间较长，减轻维修工作人员工作负担。钢铁企业的供电系统电压一般在35KV以下，供电系统大多数为中性点不接地。为保证系统能及时供电，满足实际需要，采用电缆单相接地，容易造成电流值增大，易产生弧光接地过电压。由于钢铁企业电路轧钢设备较多，在运行时，产生系统谐振可能性较大。

2、操作过电压产生的机理及其危害

2.1机理

在中性点非直接接地系统操作电气设备时，将电压设置为6~35KV，在三种情况下，即设备负载运行、停机运行、故障发生，在开关触头间易产生电弧重燃现象，致使电机工作状态发生变化，产生电磁能量变化，最终形成振荡性过电压，也就是常说操作过电压。在供电系统中包含的二次回路有多种线圈，且带有电感量，匝含有分布电容。衰减振荡电路形成需要利用分布电容特点。在实际操作时，利用等值集中电容，采用并联方式与线圈连接。在电路中继电器触电具有重要作用，可以充当回路开关。操作过电压产生于回路开关断开时，具体情况为，开关断开会产生反电势。电容器两端电压会产生规律性变化，呈现正弦电压波形。产生电压无法利用电源控制，此时电压达到一个最大值。若电阻值小，电容电压会随着电阻值减小二增大，这时产生电压高于电源电压。

2.2危害

当供电系统发生故障时，比如电源跳闸造成停电，在系统操作过程中，电感电路电流消失时会形成过电压。在断开关时，触点间距离较小，造成高压电进入操作电源系统，由此致使承受力低导体零部件会遭到损坏。其中半导体零部件无法承受过电压，灵敏度较之前降低，从而影响系统运行。

3、消弧及过电压保护装置的具体应用

3.1消弧线圈

消弧线圈是一种补偿装置，主要应用于小电流接地系统，即在系统在单相接地过程中，与地面产生电流较小。消弧线圈主要作用是减少因小电流而形成谐振过电压现象。具体运行过程为在系统单相弧光接地通过利用消弧线圈形成电流，对接地电流进行补偿，保证在接地点形成的电流值处标准范围内。由此消弧线圈装置使用能有效减少操作电压形成，保护供电系统运行稳定。在安装消弧线圈装置时，在外部接线过程中要保证上端与下端连接装置正确，电线上端在经过道闸时，与变压器相连，保证连接位置在中性点。电线下端与变电站相连。在安装消弧装置时，需要注意消弧线圈操作流程，在电线上端与变压器中性点相连时，需要保证变压器处于断电状态，才能保证连接中不会出现过电压。供电系统在接地过程中，应禁止手动调节变压器上安装线圈。

消弧线圈补偿系统可分为两种，即随动式补偿系统与动态补偿系统。两种补偿系统在应用过程中存在不同，但最终目的相同，有效消除谐振，减少操作过电压出现情况。国内自动补偿消弧线圈装置较多，最为常用有调气隙式、偏磁式。前者属于随动式补偿，后者属于动态补偿。湘钢最早使用消弧装置为调匝式线圈，自偏磁式线圈装置投入使用以来，湘钢供电系统将其作为主要消弧装置，为钢铁企业供电系统运行提供更多安全保障。

3.2真空接触器

真空接触器主要应用在供电系统中，当系统与弧光接地之间产生过电压情况下，利用真空接触器能有效将系统产生稳定性不强过电压，且电压值较高的弧光接地转化为金属接地，促使电压值稳定。接触器主要通过三相共体方式对电流开展分相控制，在正常工作状态下，若真空接触器断开，并在单片机综合控制装置作用下，处于闭合状态，使故障相金属性接地。为促使其中一相接地之后，其余两相处于处于开合状态下，需要在三相之间安装电气双重闭锁，能有效防止供电系统短路。

3.3过电压保护器

过电压保护器主要利用氧化锌非线性电阻作为放电元件，能有效保护限压器。在供电系统中相电压峰值高于标准值的3.5倍，采用过电压保护器能促使供电系统维持稳定状态3~5s。由于压敏电阻具有非线性特点，能控制电压值维持低于标准值之下。由此来看，过电压保护器既能控制相对地电压，又能使三相之间过电压稳定。在真空接触器装置为运行之前，过电压保护器能有效将电压控制在安全值内。

3.4消弧及过电压装置在供电系统运行

在不接地系统中，电气设备在运行过程中，在开展单相接地操作时，设备对地绝缘能承受近2倍相电压，当被保护系统单相接地时，电压互感器两端产生电压不等，电压电位会发生转变，由低电位转变为高电位，这时会触动消弧装置开关，启动控制器，对出现电路事故原因分析。若接地事故是发生稳定接地时，消弧装置会形成相应提示指令，由相关维护人员做后期处理。若接地故障发生在不稳定弧光接地时，在检查接地故障原因之后，与真空接触器作用，促使系统将不稳定弧光转化为稳定接地。通过消弧装置帮助供电系统电压稳定，避免出现操作过电压为系统带来危害，进而保障供电系统安全性。

结束语：湘钢供电系统电容量增大，虽然供电操作带来更多便利，同时出现相应用电问题。在系统电容量增加过程中，消弧装置为及时安装，导致控电系统在发生单相接地时，就会产生短路现象。在不断研究过程中，消弧装置使用在一定程度上减少操作过电压产生，减少电路短路。为此钢铁企业只有重视消弧装置改造与创新，结合国外研究经验，研发新设备解决现代湘钢供电系统新问题。从而提高供电系统安全性，促使供电系统工作状态稳定。

参考文献：

[1]张涛.浅议供电系统单相接地消弧装置的原理与应用[J].科技资讯,2017(36):115.

[2]周华.新型消弧和过电压保护装置使用技术[J].电世界,2017,53(06):23-24.

[3]吕建军.消弧过电压保护装置应用实践[J].内蒙古石油化工,2016,36(21):97-98.

[4]周恒琦.消弧及过电压保护装置的应用实践[J].中国有色冶金,2016(04):47-49.

[5]张文渊.真空断路器操作过电压对电机产生的危害及对策[J].电力建设,2018(03):47-49.