变电站中消弧消谐装置的利和弊

邵波¹ 马洪涛¹ 岳鹏² 韩志威¹（¹陕西延长石油（集团）有限责任公司延安炼油厂电仪车间  陕西延安  727406；²西安工程大学机电工程学院  陕西西安  710048）

摘 要：变电站中多采用中性点不接地的小电流接地方式，针对单相接地故障选择使用消弧消谐装置的问题,对消弧消谐装置在使用中的利弊进行了分析。

关键词：消弧消谐；过电保护；中性不接地；

一、引言

变电站作为电力系统的重要组成部分，其寿命周期一般长达30～50年，其设备的运行状态直接影响到整个电网的安全与稳定^[1]。为了提高电网的供电可靠性，一直以来我国6~35kV配电网多采用中性点不接地的小电流接地方式，该运行方式在单相接地时允许短时间带故障运行，大大提高了系统的供电可靠性。但是，随着近几年来配电网规模的不断扩大，电网对地电容电流不断增加，特别是电缆线路的大量投入，使电网对地电容电流急剧增加，单相接地故障的接地电弧难以自行熄灭，长时间带故障运行会造成系统绝缘变差，如果发生间歇性弧光接地，还会引起弧光过电压，造成电网绝缘击穿等事故，破坏电网的安全运行。

在配电网的实际运行中，单相接地故障是最主要的故障形式,大约占到电网故障的80%左右，由于短时间带故障运行一般不会影响电网的安全稳定，因此，为了提高供电的连续性，允许电网带故障短时运行。但是，单相接地故障会使电网非故障相电压过高，最高可达额定相电压的3倍，长时间运行会使系统绝缘变差，发展成其它事故，因此必须尽快检出故障线路，按照规程规定应在1－2小时加以切除^[2-4]。传统的故障线路查找办法是拉闸断电式，即由运行人员依次断开、闭合各条供电线路，直至接地指示消失。这种手动寻找故障线路的方法不仅繁琐，而且严重影响非故障线路的供电可靠性和电网的安全性。为了解决这一问题，近几年来出现了很多自动选线装置，这些装置集消弧消谐选线及过电压保护，对于提高供电可靠性和变电站自动化水平具有重要意义。

二、消弧消谐装置及工作原理

1.消弧消谐装置

消弧消谐装置又名（微机消弧消谐选线及过电压保护装置），是电力行业中用于6~35KV中性点不接地、中性点经消弧线圈接地或中性点经高阻接地的电力系统中，能对系统中的各类过电压加以限制，有效地提高了系统运行安全性及供电可靠性。

2.消弧消谐装置的工作原理

以适用于6~35kV中性点非有效接地电网的JWSXb型消弧消谐装置为研究对象，如图1所示。该装置不仅能对该类电网中的各类过电压（弧光接地过电压、谐振过电压、操作过电压）加以限制，而且能够准确选出系统的接地线路,有效地提高了该类电网的运行安全性及供电可靠性。

JWSXb装置的消弧原理是当系统发生弧光接地时,微机控制器判断接地的相别及弧光接地类型,同时发出指令使故障相的真空接触器闭合,把系统由不稳定的弧光接地故障变为稳定的金属性接地故障,故障相的对地电压降为零,原接地故障点的弧光消失,同时由于故障相可靠接地,增大了故障线路的零序电流,增加接地保护的选择性,从而准确的查找并切除故障线路^[5-7]。消谐原理是当系统发生谐振时,微机控制器在PT的开口三角绕组瞬间接入大功率的消谐电阻,利用消谐电阻破坏系统的谐振参数,消耗谐振功率,从而消除系统的谐振故障，如图1所示。

图1 JWSXb型消弧消谐装置原理图

Fig.1 The schematic diagram of the JWSXb harmonic elimination device

三、消弧消谐装置的优缺点

1.消弧消谐装置的优点^[8-9]

JWSXb消弧消谐选线及过电压保护装置对6~35KV中性点非有效接地电力系统中的各类过电压加以限制，特别是对谐振过电压和单相弧光接地过电压加以限制和消除，并提供灵敏、可靠的单相接地保护，以有效地提高该类电网的运行安全性及供电可靠性。其主要功能如下：

（1）能将各类过电压限制到较低的电压水平，使因过电压引起的绝缘事故大为减少。 

（2）其消弧和限制过电压的机理与电网的电容电流大小无关，因而其保护性能不受电网运行方式的改变和电网扩大的影响。

（3）可有效防止电气设备的内绝缘因过电压的多次或长时间作用出现累积性效应而降低。

（4）各类小电流选线装置，灵敏、准确地选出单相接地线路，限制雷电过电压、操作过电压和相间过电压功能。

2.消弧消谐装置的缺点^[10-12]

（1）消弧消谐装置的核心问题是对故障相别及弧光接地类型的准确选择,对中性点非有效接地系统发生单相接地故障后,国内目前生产的小电流选线设备对系统发生单相接地故障,选线准确率很低,特别是当系统的接地故障是单相弧光接地时,装置根本无法进行选择。

（2）一旦判相错误将造成相间短路 ①高压熔断器正常开断，系统将失去消弧保护，弧光接地有可能造成事故。②高压熔断器不能开断，将造成两方面的严重后果： A、要么消弧柜中的高压熔断器爆炸。 B、要么母线进线开关跳闸，造成母线停电，如化工等对供电可靠性要求特别高的企业，等于饮鸩止渴。 

（3）非总降变电所的开闭所、末端变母线段应严禁使用消弧柜，非总降变电所任何出线发生单相接地，开闭所、末端变母线上的消弧柜都会动作，造成多点接地，总降变电所无法判断那条出线故障，超过2小时，总降变电所母线必须停电，造成大面积停电。 

（4）造成小容量变压器绕组发生单相接地时损坏，如果变压器绕组发生单相接地，本来油浸式变压器的拉弧可自愈，不会造成事故，但采用故障相接地法的消弧装置动作后，短接一部分变压器绕组，被短接的这部分变压器绕组切割铁芯中的磁力线，产生电动势，等于故障相接地消弧装置短接一部分电源，短路电流也可达几千安乃至几十千安，从而烧坏变压器绝缘造成事故。特别是小容量的10kV/0.38kV的变压器，本身只有配备瓦斯保护，一旦绕组发生单相接地，采用故障相接地法的消弧装置动作后短接一部分电源，近似于发生匝间短路，微机保护又不会动作，只靠瓦斯保护动作，若动作时间过长将会造成很大的事故。因此，采用故障相接地法的消弧装置只能用于线路消弧，但是许多输电线路总是与变压器或电机相连接的。 

（5）有树障的架空线路不能使用采用故障相接地法的消弧装置，对于有树障的架空线路，假如树枝接触A相而故障相接地法消弧装置动作将A相接地，当风再一吹使树枝接触B相或C相就会发生两相分别接地短路（相间短路），此时，故障相接地法消弧装置不仅不能消弧还会造成线路跳闸停电。 

（6）影响小电流选线装置正确选线，当出线发生单相弧光接地故障时，消弧柜动作将故障相在母线处直接接地，形成多点接地，小电流选线装置无法判断故障线路。 

四、总结

对变电站和其他电网系统中使用广泛的消弧消谐装置的使用背景、工作原理和在使用过程中的优缺点进行了分析和总结。在实际使用中消弧消谐装置虽然能够对各类过电压加以限制，但是其电网系统的复杂性和本身有一定的技术缺陷，可能会给系统带来严重的安全隐患，因而在具体使用时要结合自身电网系统的特殊性慎重选择合理、可靠的消弧消谐装置。

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通讯作者：

岳鹏：硕士研究生，西安工程大学机电工程学院。