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提高配电网安全可靠性的措施

北极星电力网技术频道    作者:王伦宾   2002/4/17 9:33:54   

  :分析了影响配电网安全的主要因素,就配电网的安全可靠性提出了相应措施。

关键词:配电网;消弧线圈;电流;电压

 

    一般来讲,配电网的绝缘水平相对来讲其绝缘强度比较大,是可以承受内过电压的侵袭,不致发生事故。宜宾电网30多年来曾发生过几次内过电压事故,有35 kV母线对邻近物体放电,有10 kV开关相间放电,由于该局配电网不断发生多种内过电压事故,造成经济损失还是比较惊人的,遗憾的是由于现场条件所限未能查清究竟有多高的过电压,是哪一种性质的过电压。因此从目前配电网不断发生内过电压事故情况看,应当研究该问题并采取必要的防内过电压的保护措施。

 

1影响配电网安全的主要因素

    在配电网中影响其安全的主要因素有如下几个方面。

        1) 由于历史原因,许多地区配电网网架结构薄弱,技术装备落后,事故跳闸一直比较多。虽然经过目前正在进行的城网改造工作,情况有所好转,但由于历史上欠债太多,资金不足等原因,要在短时间内更改目前的状况是不现实的。只有在现有配电网的基础上,一方面加快进行城网改造工作,另一方面采取一些切实可行的技术措施以降低跳闸率,防止过电压事故的扩大,从而提高配电网的运行安全性。

         2) 随着城市电网建设规模的扩大,电力电缆增多、加长,而且近几年交联电缆的采用增多,以到电网对地电容电流大幅度上升;从城市电网的改造中将一部分架空线改为电缆,也加大了电容电流的数值。不少10 kV配电网电容电流已达到3060 A。这时,当发生单相接地故障时电弧已不能自行熄灭,会产生稳定的或间歇的弧光过电压。这种过电压波及面比较大,对系统中的弱绝缘设备构成威胁,一次故障往往造成多处设备损坏。

        3) 配电网中当对地电容电流超过规定时,在主网部分变电站内装设老式的手动调匝式消弧线圈。这种消弧线圈系统由于结构上的限制,只允许在过补偿状态下运行,欠补偿只能短时间运行,为防止出现中性点谐振过电压,其脱谐度整定比较大(达到10%)。这种系统如果遇到断线很可能造成断线谐振过电压,对配电网的安全运行影响较大。

        4) 配电网大多是由110 kV降压到1035 kV,由于110 kV电网为限制单相接地短路电流的需要,对部分终端站的110 kV中性点不接地,这样当110 kV电网出现非全相运行时,有可能在中性点上产生位移电压。通过变压器的耦合电容,传递到中低压侧,造成中低压侧避雷器爆炸和套管闪络击穿事故。

2提高配电网安全可靠性的措施

    根据上述影响配电网安全的主要因素,为提高配电网的安全可靠性,可采取如下技术措施。

2.1熄弧方式

    在中性点不接地的电网中,由于对地电容电流的增大,单相接地后电容电流超过10 A以上电弧就不可能自行熄灭。如果把电弧消灭了,问题就得到了解决。当然消弧要靠消弧线圈,利用电感电流与电容电流在相位上相差180°的关系进行补偿。但是老式消弧线圈经过几十年的运行实践,有许多不足的地方影响了它功能的发挥,主要原因是:

        1) 老式消弧线圈是手动调分接头式的。电网对地电容经人工计算后需要调整时,一般将消弧线圈从电网上停下来,手动进行调整。当然在运行中脱谐度是无法控制的,不能随着电网对地电容电流的变化及时调整到最佳工作位置,这样就影响了它的功能发挥,也不适应电网自动化的需要。

        2) 规程规定,老式消弧线圈只能在过补偿方式下运行,而且脱谐度整定在10%,主要是防止中性点出现谐振过电压。在实际整定中,为安全起见,脱谐度一般整定在20%30%

        3) 老式消弧线圈的调流范围比较小,不适合工程初期和终期的需要,若其容量按工程终期选,但在工程初期消弧线圈又投不上;如果按初期选择在工程终期消弧线圈又不适应了。为了使消弧线圈能在电网上充分发挥作用,必须对老式的消弧线圈接地补偿系统进行结构上的改造。其方法如下。

        (1) 用单相有载开关代替原来的手动开关,这样为实现远方控制和自动调谐打下基础,有载开关使用在消弧线圈上,在预调式的工况下(即在正常不接地的情况下进行调整)工作是很轻松的,几乎处在空载状态下切换,寿命非常长。

        (2) 为使消弧线圈在单相接地时,在限制弧光过电压方面充分发挥作用必须有效地限制谐振(ILIC)中性点的过压数值。如果当系统的电容电流与消弧线圈工作电流相等时,中性点位移电压将被限制到允许值以下,这样就可以实现全补偿运行方式,这是残流为最小的最佳工作方式,接地时残流很小,就不会引起电弧弧光过电压。为此可在消弧线圈的高压回路中,用串入高压大功率阻尼电阻的方法来实现,即采取增大阻尼率的措施来达到,由下式可知:

   

式中:U0——中性点的位移电压()

            Ubd——配电网的不对称电压()

            V——消弧线圈的脱谐度U=[(ICIL)IC]×100%

    中性点位移电压U0与电网不对称电压Ubd、消弧线圈的脱谐度V及电网的阻尼率d有关。当电网形成后其不对称电压基本不变是个固定值,消弧线圈的脱谐度V为保证在单相接地时有效抑制弧光过电压的产生要求在±5%以内。显然只有改变阻尼率才能改变中性点位移电压Ubd。因此在消弧线圈回路中串入了阻尼电阻时,增大了d,使中性点位移电压U0下降。串入电阻的大小与配电网的阻尼率有关,经在电网上实际使用情况看,10 kV配电网采用10 Ω左右的阻尼电阻即可将中性点的位移电压降低到相电压的10%以下(中性点位移电压允许在15%相电压下长期运行),对35 kV电网阻尼在电阻选4080 Ω即可满足要求。

        (3) 为使消弧线圈接地补偿系统能实时跟踪电网参数的变化,自动及时调整其分接头位置,始终保证残流在最小的最佳工作点,必须解决自动跟踪和自动调谐的问题。这个问题利用微型计算机技术完全可以做到,关键是如何把电网的电容电流测量准确。可采用测量相位和测量位移电压的方法予以实现。通过测量位移电压以及它和中性点电位之间的相位,再经过计算、判断,在需要调整时适时发出指令自动进行调整,同时自动显示有关参数,如电容电流、电感电流、残流、位移电压等,并进行报警、自动打印和信号远送等,以满足无人值守站的需要。

2.2限制内过电压

    实践证明配电网确实存在多种内过电压(铁磁谐振、弧光、断线、传递和操作等过电压)的事故,应当采取安全措施加以限制才能保证配电网的安全运行。可在以下几个方面进行工作。

        1) 铁磁谐振过电压在中国已是老问题了,在这方面采取了多种消谐措施,取得了一些效果,但并不是特别理想。如在PT开口三角中接消谐器的方法,在有的地方起作用,而在有的地方不起作用,装了消谐器还是产生了谐振过电压。这是由于铁磁谐振过电压本身是一个非线性的过程,而且不同的参数产生不同次的谐振过电压。而且在一个配电网上有多台PT,而只在某一PT的开口三角上装消谐器是很难奏效的。必须要使配电网参数发生较大的变化才能将谐振过电压抑制住。经过多年的试验和实践,如果在配电网中性点上接入消弧线圈破坏它的谐振条件,能比较有效地抑制谐振过电压的发生。

        2) 10 kV配电网系统中弧光过电压现象也是比较普遍的,其特点是一处故障会引起多处绝缘击穿,造成很大的经济损失。利用改进型的消弧线圈补偿系统,使脱谐度整定在±5%以内,用残流降得很小以使电弧引燃不起的办法来抑制弧光过电压的发生,其效果也是很明显的。

    3)配电网系统中除了铁磁谐振和弧光过电压外,还有如断线谐振过电网和传递过 电压等, 也需要有效的抑制才能保证整个系统的安全,可采用中性点加装高压非线性电阻的办法。配 电网中性点通过消弧线圈与高压非线性电阻并联接地的方式可使不接地电网单相接地后不立 即跳闸,而在中性点发生过电压时又因为是低电阻接地方式可以限制过电压。

        4) 对有高压电动机的配电网,由于国产无间隙氧化锌避雷器的参数选择上存在问题,所以 保护电动机对地绝缘比较勉强,对保相间绝缘根本不起作用,为防止操作过电压对高压电机 的危害,大电机旁增设特制的带间隙的四端星型过电压保护器,加强对操作过电压的抑制。

3结论

    经过多年来在配电网上所进行的工作和探索,初步摸索到了比较经济而又有效的提高 配电网运行可靠性的技术措施,即在配电网的中性点装设由改进型的消弧线圈及高压非线性 电阻组成的消弧限压装置,同时在适当的位置加设防止操作过电压的专用保护器,就能有效 地解决配电网的两大问题即消弧与限制内过电压。

来源:四川电力技术
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