6kV供电系统出现过电压问题的防治手段分析

沈煤集团供电部 王 建

6kV供电系统出现过电压问题的防治手段分析

沈煤集团供电部 王 建

文中针对因电感负荷产生的操作过电压和单相接地产生的接地过电压，采取在电压互感器上加装一、二次消谐装置，在6kV母线上加装智能型接地补偿装置，在电动机和变压器侧加装过电压保护器的措施，是较好的消除过电压对供电系统威胁的有效方法。

6kV 供电系统 过电压

一、过电压分析

在中性点不接地运行方式的6kV供电系统中，内部过电压是普遍关心的问题。由于真空断路器的广泛采用，以及电网规模不断扩大，电压互感器柜的增多，电缆的使用越来越多，使因开断空载变压器及高压电动机等电感负荷产生的操作过电压和单相接地时电弧不能自熄形成的间歇性弧光接地过电压越来越严重，成为电网及设备安全运行的主要威胁。

1. 弧光接地过电压

采用中性点不接地运行方式的6kV供电系统中，当发生单相接地故障时，由于故障点电弧不能自动熄弧，从而发生电弧周期性的熄灭与重燃，出现间歇电弧，引起电网产生高频振荡，形成过电压。而且过电压持续的时间可以达到数十分钟或更长，波及范围广，对电气设备危害严重。另外，由于电网中存在大量星形接线的电压互感器，其一次绕组直接接地，成为电网对地电容电流、高次谐波电流的充放电途径。当线路接地时，电压互感器的铁心线圈相当于与非故障线路对接电容并联，构成并联谐振电路，由于相对地电压升高，有可能使得电压互感器的铁心出现饱和或接近饱和，阻抗变小，电路中出现容抗和阻抗相等的情况，产生铁磁谐振过电压，此时互感器一次侧的电流最大，这样有可能使电压互感器的高压侧熔断件熔断，或者烧坏电压互感器，以及电缆和避雷器爆炸等事故。以铁磁谐振过电压为例说明这种过电压的产生。

电压互感器为星形接线，这种接线与电力线路对地的分布电容CO构成的谐振回路完全符合LC并联电路条件。因为在正常情况下，电网的三相对称运行，电压互感器的中性点的位移电压为零；而当电网发生冲击时，原本稳定的运行状态被打破，这时可能使电网一相或二相的电压升高，从而导致电压互感器的中性点产生位移电压。这时互感器铁心的激磁电流将迅速增大并使之饱和，从而引起电流电压波形畸变，产生谐波。当线路较长时CO很大，或互感器的电感很大时，会使谐振回路的自振频率很低，这种情况下产生的谐振过电压多属于分次谐波谐振过电压。

运行实践证明，铁磁谐振过电压对电力设备的危害并不仅仅局限于互感器本身，它除了波及到相邻的开关柜之外，更多的事故则是发生在备用的或处于断开状态的高压开关设备上。因为谐振发生时具有电压幅值高、变化速度快且极易在断口处出现反击等特点。这种反击电压往往会超出额定电压很多倍，这么高的冲击电压，大大超过了高压开关设备的实际承受能力，特别是那些具有某些缺陷或绝缘环节不够完善的高压开关就会发生爆炸事故。这就是引起电气设备爆炸事故的主要原因。

2. 电感负荷产生的操作过电压

由于真空断路器分断速度快、灭弧能力强，在开断电感负荷时有可能不是在电流经过工频零点时熄弧，而是在电流瞬时值为i时，被迫在极短的时间内下降到零，从而产生截流过电压和三相同时截流过电压，另外开断后还会产生高频振荡，使断路器发生多次重燃过电压，主要表现为相间过电压，幅值最高可以达到3.5倍正常运行电压的相电压的峰值，而相对地过电压数值仅为相间过电压的1/2左右。

二、过电压防范措施

1. 加装二次微机消谐器和一次消谐装置

微机消谐装置将微机技术用于电网消谐，利用计算机快速、准确的数据处理能力，通过对PT开口三角电压的采集，对电网谐振时的各种频率实现快速傅里叶成份分析，准确地辨别出：单相接地、过渡过程和电网谐振。如果是谐振，计算机发出指令使消谐电路投入，实现快速消谐。微电脑谐振消除装置的核心部件是单片微机，即中央处理器。由中央处理器来控制并联在电压互感器二次侧开口三角绕组上的可控硅的运行状态。

正常运行情况下，电压互感器开口三角绕组的零序电压为零，或接近于零，这时可控硅处于阻断状态，对于电力系统不会造成任何影响。但是当该电压不为零时说明电网发生了故障或处于不对称运行状态，这时中央处理器则会根据它采集到的零序电压的大小和频率的高低，进行计算分析和判断。如果是单相接地故障，那么消谐装置便会给出接地故障报警并显示；如果是系统谐振的话，则装置在发出声光信号的同时，启动执行元件可控硅，使之瞬间短路进行强阻尼，而谐振便会在这一强烈的阻尼下迅速消失。在6 kV电网中性点不接地系统中，母线上电压互感器星形接线的PT一次绕组将成为该电网对地唯一金属性通道。单相接地或消失时，电网对地电容通过PT一次绕组有一个充放电的过渡过程。安装了一、二次消谐装置可有效地解决以下4个问题：消除或阻尼PT非线性励磁特性而引起的铁磁谐振过电压，这种谐振过电压会导致系统相电压不稳定；能有效地抑制间隙性弧光接地时流过PT绕组的过电流，防止PT的烧毁；限制系统单相接地消失时在PT一次绕组回路中产生的涌流，这种涌流会损坏PT或使PT熔丝熔断；当系统发生单相接地后可较长时间保护PT免受损坏。

2. 加装智能型接地补偿装置

在中性点不接地的6 kV母线上加装了智能型接地补偿装置，这种方法是利用微机技术，自动控制电动式消弧线圈，当电网对地电容发生变化时，自动调节消弧线圈的分头，使之处于最佳值，当电网发生单项接地时，流过消弧电抗器的电流与对地电容电流相互抵消，使故障点的残流限制在安全值以下，电弧熄灭。

3. 加装过电压保护器

对容量较大主变压器侧和高压电动机侧加装四星形接法的过电压保护器。这种接线方式可将相间过电压大大降低，据有关数据测量与常规避雷器相比，相间过电压下降了60%～70%，可靠地保护了设备。

三、结语

在中性点不接地6 kV供电系统中，内部过电压问题是工厂普遍关心的问题。其中因开断空载变压器及高压电动机等电感负荷产生的操作过电压和单相接地时电弧不能自熄形成的间歇性弧光接地过电压越来越严重，这两种过电压是6kV供电系统电气设备的主要威胁。

[1]DL/T 620—1997.交流电气装置的过电压保护和绝缘配合[S]

[2]刘志清.电网谐振过电压的防治[J].农村电气化，2005(5)

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