配电网弧光接地主动转移型消弧技术

陈杰

贵州遵义供电局 贵州 遵义 563000

摘要：目前，中国配电网大多采用中性点不接地或消弧线圈接地方式，流经消弧线圈的电感电流补偿单相接地故障产生的电容电流，使残余电流迅速减小，实现快速灭弧。随着配电网电缆线路规模的不断扩大，传统的消弧线圈补偿方式不能满足快速灭弧要求，柔性补偿消弧方法应运而生。提出一种并联电阻式的消弧线圈，以开关投切实消弧线圈的实时调整，仅能粗调。提出一种注入补偿电流的消弧方法，计算中性点至故障点压降，再调控零序电压至该压降，将故障点处电压抑制为0，从而实现消弧。文献通过脉宽调制有源逆变器注入零序电流补偿接地故障全电流，实现对零序电压的控制，使故障点电压为0，实现瞬时故障100%消弧。但是，向系统注入电流的方式实现消弧的经济性较差。为了解决配电网单相故障柔性补偿中存在的上述问题，该文提出一种主从式消弧线圈柔性补偿方法。为解决故障选线问题，提出故障选线新方法，利用单相接地故障后零序电流新息幅值，进行比对选出故障馈线。基于此，本篇文章对配电网弧光接地主动转移型消弧技术进行研究，以供参考。

关键词：配电网；弧光接地；主动转移型；消弧技术

引言

电网相故障引起的森林火灾、机动车烧伤和电流大小等事故，特别是在电流发生时，很容易发生磁共振成像和短路等事故。永久性接地故障的故障电流描述在故障事件中电压升高的事件中，并描述为多种安全措施。最常用的喷水装置现在配备了弯头线圈和熨烫架。接地故障时，中性点电压应用于导流线圈，以产生电感电流来补偿接地故障点处的一致性电流，从而使断电小于折射值，从而实现电弧的效果。但是，它受零部件特性的限制，只能补偿基本单元的非功能部件，而不能补偿接地扰动电流中的功能与谐波部件。而由于配电线路不断地缆化和非线性负荷的大量投入，接地故障电流中有功和谐波分量的比例显著提升，消弧线圈补偿后剩余电流的有功和谐波分量仍足以维持电弧燃烧，致使消弧失败，产生弧光过电压。另外，消弧线圈运行过程中还存在虚幻接地、响应速度慢、高阻和断线接地故障补偿效果欠佳以及影响故障选线等问题。消弧柜的工作原理为通过快速开关将故障相直接接地，抑制接地故障点电压，使故障点电弧难以重燃。但其投入和退出时对系统冲击大，且可能引发铁磁谐振；另外，若出现故障相误选将导致相间短路故障，扩大了事故范围；其对于金属性接地故障的故障电流补偿效果不佳，在重载长线路末端发生低阻接地故障时，甚至可能增大故障点电流。

1电网小电阻接地系统概况

随着城市化率的提升，随着配电网手拉手电网的加强及自动化装置的采用，用户供电中断的可能性降低。1980年代以来，上海电网首次在220KV巨型电站中采用35KV系统，采用了少量电阻保护。在发生单阶段故障时，保护可防止故障的进一步扩展，并保护设备，例如电缆和修复电缆轴的补偿。35KV和110KV电网大多接地采用屏蔽绕组并网系统，以补偿系统中相位连接引起的中性电压冲击。布线管路的稳步增加会导致电源线的电流大幅增加，如果现有的用户线圈接地，可能会导致以下后果。(1)单相接地导体时偶尔出现短路现象会导致电弧过电压，幅度最高可达4u(u =普通火线)或更长且持续时间更长。这对电气设备的绝缘构成巨大危险，导致绝缘失效。(2)周围空气的绝缘因电弧破裂而损坏，容易转变为短路。(3)磁共振成像产生过电压，容易导致电压受体烧伤，引发阻尼器爆炸。这些后果对隔离网络设备构成严重威胁，危及网络的安全运行。近年来，中国的国际进口和该地区的经济发展，再加上电力分配系统的运行，使得城市地区较小的电阻变换器的改造速度加快，首先考虑了电线和电容过载的电厂的改造。过去7 A年，该地区每年都会实施一个小型项目，改造2-3座电厂的电阻。小抵抗运动的重建是一项复杂的工作，需要在翻修工作中考虑到单个装置和第二个装置的状况，建筑方案的供资安排规定了正确的改组决定。对于35ｋＶ及110ｋＶ的系统站，不仅需要对上下级保护类型重新进行设计，而且不需要对不同电压等级的变电站的一次设备、变压器中性点进行改造，同时还需要对二次装置进行选型更换。

2主动转移型熄弧装置工作流程

主动转移型灭弧装置的等效电路图如图1所示。其中KZQ为控制器，VT是电压互感器，K1为消弧线圈的投切开关，K2、K3、K4为三相主动转移接地开关。此主动转移型消弧装置的工作流程为:KZQ通过电压互感器VT实时检测配电网母线上的A、B、C三相的电压与线路零序电压，假设在主动转移型消弧装置可监测的范围内有A相弧光接地故障现象发生，首先接入消弧线圈来中和部分电容电流，然后KZQ会即时甄别出故障相，并对故障相的主动转移接地开关K2发出闭合指令，从而迅速完成金属性接地。在K2闭合1～3秒后，KZQ向K2发出断开指令使K2断开，此时如果检测到无零序电压，则此次故障为瞬时性故障，灭弧后配电网正常运行，KZQ恢复为初始状态;如果还能够检测到零序电压，则此次故障为永久性故障，后续需要利用配电自动化系统来隔离并处理故障。

图1主动转移熄弧装置结构简图

3主动转移型消弧技术过程的实际应用

1）理论上，全补偿电流的投切过程均可实现故障跟踪与选线。实际应用中，电流的撤除可通过旁路隔离瞬间完成，而注入需依赖逆变器实现。单个独立运行的逆变器系统存在约0.019s的响应时间，因而在利用全补偿电流投入过程进行故障跟踪时，应躲过逆变器的动态响应过程。2）尽管高阻故障自身引发的故障信号微弱，但由于有源消弧装置的投入，使得零序电压、零序电流发生大幅度的变化，因而消弧过程的暂态信号强。由式(9)可知，直流分量衰减时间和过渡电阻有关，过渡电阻大，暂态过程持续时间长，有利于故障检测；过渡电阻小，暂态过程持续时间短，而当前的快速录波指示器的采样频率超过4kHz，满足故障检测的需求。3）全补偿电流的撤除时限可依照自动重合闸的要求设定，延时时间主要考虑电弧熄灭以及介质恢复绝缘能力时间，一般取0.5~1.5秒。根据撤除全补偿电流时的零序电压直流分量进行故障检测的优势在于，无需考虑注入过程存在的逆变器时间延时。

结束语

随着供电可靠性要求的不断提高，配电网接地故障柔性消弧技术受到越来越多的重视。本文总结了主动转移型消弧技术的研究现状，分析主动转移型消弧技术的特性、适用范围以及应用效果，结合现有柔性消弧技术的适应性和经济性问题，展望未来研究方向，提出接地故障全周期不停电处置的设想。

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