浅谈消弧装置在电力系统中的应用

（广东电网公司佛山供电局，广东 佛山 528000）

浅谈消弧装置在电力系统中的应用

刘锦新

（广东电网公司佛山供电局，广东 佛山 528000）

随着我国社会经济的快速发展，大量的先进设备投入使用。人们对电网供电的可靠性的要求也随之提高。对于10kV配网为保证供电的可靠性一般中性点要采用经消弧装置接地，本文对消弧装置的原理，实例应用以及工作过程中的注意事项进行了分析。

消弧装置；电力系统；电弧

概述

近几年来我国社会水平和工业化程度有了很大程度的提高，与此同时人们对电网供电可靠性的要求也随之提高。目前我国工厂内配网电压在10kV左右，对于10kV配网为保证供电可靠性，消除间隙性弧光接地过电压，电网系统一般采用中性点经消弧线圈接地。随着技术的进步现在电网中逐渐采用了消弧装置来替代消弧线圈。

1 消弧装置重要性

现阶段我国对于10kV配电网，为了提高电网系统的供电可靠性普遍采用是中性点不接地方式。当出现单相接地故障时，另外两相对地电位为故障前电压的1.73倍左右。一般当输电线路出现单相接地故障时，流经故障点的电流虽然为所有接地线路电容电流之和，但是故障电流不大短时间内不会造成严重的后果。但是，随着电网规模的扩大，输电容量的增加及输电线路出线数量的增多，系统单相故障接地后流经故障点的电容电流较大，接地电弧无法及时熄灭从而产生较大的间隙性弧光接地过电压。弧光接地过电压一般是相电压的3.5倍左右，可以导致相关绝缘性薄弱的设备被击穿损坏。

另外，电磁式的熔断器和互感器铁芯饱和时会发生谐振过电压现象，从而导致相关的熔断器和互感器损坏，威胁配网线路的供电安全。如果输电线路出现单相接地故障时接地电弧无法及时消灭，会破坏线路的绝缘从而造成输电线路相间短路最终损坏设备造成停电事故的发生。在此种情况下，如果有人接触到故障部位，将大大的加重对其伤害，甚至造成触电人员的死亡。

2 消弧装置工作原理

由上面的分析可知，当接地电弧无法被及时熄灭时必须在中性点连接消弧装置。对于10kV配电网络一般情况下，当单相接地故障电流超过10A时中性点必须经消弧装置接地。通过接入消弧装置使得流过接地点的电流小于故障电弧维持电流，从而达到消除接地点电弧的作用。

供电系统发生单相接地故障时等效电路图如图1所示。

假设供电系统在发生单相接地故障时，线路中的故障电流为I0，IC代表流过故障点的对地容性电流，IL代表流经消弧装置的感性电流，因此总的故障电流I0的计算公式（2）如下

图1 单相接地故障等效电路图

图2 电网回路等值电路

在上式中：j代表复数因子， 代表角频率，rad/s。U0代表电网的不平衡电压，V。IC代表容性电流，A。 IL代表感性电流，A。

通过上式（2）分析可知，当供电系统发生单相接地故障时可以调节消弧装置使是装置的感性电流能够中和故障点处的容性电流，使得故障接地点的无功电流分量为0。因此，通过合理的调节消弧装置的电感量就能够将故障点的故障电流控制在10A以下从而达到提高系统可靠性的目的。另外，消弧装置能够像过零电弧熄灭，避免电弧的重燃，从而使得接地电弧彻底熄灭。根据DL/T 620—《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中的规定，3-10kV的输电线路线路构成的系统中，当单相接地故障电流大于10 A时，中性点应装设消弧线圈。[2]另外对于高于10kV但低于66kV高压电网系统，为了保障供电的可靠性，当故障电流大于10 A时尤其要注意消弧装置的安装。

另外，通过计算电网当前的脱谐度（如式1）与相关的设定值比较，决定是否调节消弧装置的分接头。

在式（2）中，代表消弧电容电流量，代表消弧电感电流。

3 XHK-Ⅱ型消弧线圈的应用

本文以思源电气XHK-Ⅱ型消弧装置在广东电网公司某变电站的应用为例，进行具体的分析探讨。

思源电气XHK-Ⅱ型消弧装置是由可调消弧线圈加小电阻、接地变压器及其他装置共同组成。其中，接地变压器具有功耗小、励磁阻抗较大、励磁阻抗

大等诸多优点。消弧装置中的接地变压器每一相由两个相等的串联绕组组成，铁芯上每个绕组之间和次级绕组之间的零序磁通为零。对于3—10kV的电网，变压器的绕组一般采用的是三角形接法，因此需要从消弧装置中的接地变压器引出

中性点。对于110kV和220kV电网而言，变压器的绕组通常采用的是星形接法，变压器本身就有中性点引出因此不需要使用消弧装置中的接地变压器。

电网输电线路正常运行时的等值电路，如图2。

在图2中，U1代表中性点电压，U0代表输电系统的不对称电压，C代表对地等效电容，L代表消弧装置的电感，R代表输电回路的电阻。

通过对图二的分析可知，消弧装置中的电感量L和不对称电压U0有可能会形成谐振回路。当系统的对地电容C为固定的情况下，通过调节消弧装置中的电感量L的大小最终能够组成串联谐振回路，此时中性点的电压U1和输电回路中的电流同相位，并且U1的数值将达到最高值。根据串联谐振原理发展出角度跟踪法和最大电压法两种对地电容的跟踪算法。其中，角度跟踪法的思想是通过调节消弧装置中电感量L是的中性点的电压的相角和中性点电流的相角相同。最大电压法的思路是找到和系统电容量C相对应的消弧装置中电感量L，从而使得中性点电压U1的幅值达到最大。以上两种方法对系统对地电容C的测量是比较准确的，但是这两种方法容易受到电网中其他测量扰动的影响，并且测量周期比较长，无法对系统的对地电容C进行实时的检测。

现阶段消弧装置中对L的选择一般采用的是状态参数法。具体的计算公式如下：

在上式（3）、（4）中U0代表输电系统的不对称电压，XC代表的是消弧装置中的电抗量，XL代表的是消弧装置中电感量。由上式（3）、（4）可以求出R和XC。然后再和控制器中的脱谐度进行比较，如果超出了脱谐度的设定范围，则通过调节消弧装置中的开关对电感量进行调节，使其脱谐度能够满足相关的设定要求。

下面以广东电网公司佛山某变电站中性点接消弧装置为例，进行相关的分析。由参考文献[3]中的分析可知，该变电站为10kV变电站系统一共分三段，主要是为该地提供10kV电源。由文献[3]的数据分析可知，变电站对地电容电流为29A远远的超过了国家标准10A的要求，因此必须要安装相关消弧装置。根据该变电站的相关数据计算可知，消弧装置的容量最低要求是227kVA，因此应当选择型315kVA的消弧装置，则装置中接地变压器的容量也应当选择315kVA型。

4 消弧装置使用注意事项

当电网系统采用了中性点接消弧装置后，还需要注意以下几点问题：

（1）现阶段采用消弧装置的电网系统也安装了相应的故障选线装置，但是大多数的消弧装置和故障选线系统不匹配。消弧装置的反应动作时间一般要短于故障选线装置的反应时间。当输电线路发生短路故障时，消弧装置的反应时间一般在30-40ms之间，相关的装置在这段时间内相继动作。因此，故障选线装置必须在此段时间内及时的选出故障线路所在相，但是在目前阶段一般的选线装置反应动作速度较慢，很难做到30ms内进行动作选出相应的故障相。

针对这个问题，通常情况不能采取延长消弧装置动作时间的做法，因为采取延长动作时间会降低谐振过电压的效果。因此，在选用消弧装置时最好同时选用该商家的故障选线装置，从而达到相互匹配的目的。另外，在选取故障选线装置时还要选取相匹配的门槛电压值。一般情况下，消弧装置的动作电压为相电压的40%左右，为了保证选线装置能够提前与消弧装置动作必须使得选线装置的门槛电压值低于40%。

（2）对于两段母线的并联运行问题，如果两段母线上同时都安装有相应的消弧装置和选线装置，当一次供电系统出现单相接地故障时，两段母线上的相关装置会同时动作切出故障。如果此时，相关的工作人员没有严格遵守相关操作规范很容易造成操作失误。因此对于此种问题相关的操作人员要认真对待正确的分析和判断。

（3）对于含有高能限压电阻的消弧装置，应当合理的选取它的电阻容量。和变电站的设计思路相类似，在选取消弧装置的容量时要留出一定的裕量。该类消弧装置的电流容量一般不会超过80A。在选择消弧装置电流容量时应当考虑配网系统的最大运行方式下的电容电流。对于运行中的消弧装置，当系统的容量快速增大接近消弧装置的电流容量时，应当及时更换更大容量的高能限压电阻。

结语

由上文的分析可知，随着电力系统输电线路容量的快速增长，一旦发生单相接地故障，故障点的故障电弧不容易及时的熄灭，而中性点接消弧装置能够有效的解决该问题，因此消弧装置对于保证电网系统运行的可靠性具有重要的意义。本文对消弧装置的消弧原理，实例应用以及工作过程中的注意事项进行了分析探讨，希望能够对今后消弧装置的安全运行起到一定的指导作用。

[1]尹晓霞．消弧装置在电力系统配电网中的运用[J]．人民长江，2009（06）．

[2]王双棉，崔立新． 浅谈自动调谐消弧装置在电力系统中的作用[J]．黑龙江科技，2013（08）．

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