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消弧线圈“消除弧光接地过电压”的异议(1)

北极星电力网技术频道    作者:许颖(中国电力科学研究院)   2012/9/24 11:48:37   

摘要: 现行所有以消弧线圈设计的自动跟踪补偿或自动调谐是在电网工频(50Hz )下完成的。电网在单相间歇性电弧接地时刻,在健康相(非故障相上)发生的弧光过电压和通过电弧接地故障点的总电流是幅值较大的高频电流,而电网电容和消弧线圈电感在高频下,两者频率特性是完全不同的,两者在高频下是不可能互相补偿或调谐的,所以,消弧线圈自动跟踪或自动调谐是不可能像一些杂志所报道的能“消除弧光接地过电压”

有一些杂志多年多次报道:消弧线圈自动跟踪补偿或自动调谐能“消除弧光接地过电压”等等,实属误导。

首先应肯定的是,发明和制造出消弧线圈自动跟踪补偿或叫自动调谐,使消弧线圈功能和应用上了一个新台阶。

电网中性点经消弧线圈接地方式的优点是:

(1)降低了电网绝缘闪络(如雷击闪络)接地故障电流的建弧率,减少了线路跳闸率;

(2)金属性接地故障时,可带单相接地运行,改善了电网不间断供电,提高了供电可靠性;

(3)接地工频电流(即常称的残流)小,降低了地电位升高,减小了跨步电位差和接地电位差,减小了对低压设备的反击以及对信息系统的干扰等。这些优点是众所周知的,本文就不再赘述。

1 现行消弧线圈自动跟踪补偿或自动调谐是在工频下完成的

现行所有消弧线圈设计的自动跟踪或自动调谐都是在电网工频(50Hz )下完成的。而在高频振荡过渡过程中,由于消弧线圈和电网电容这两者频率特性相差悬殊,两者是不可能互相补偿或调谐的。

2 单相间歇性电弧接地时刻通过接地故障点的总电流是高频振荡电流

运行中单相接地情况,一般是:间歇性电弧接地→稳定电弧接地→金属性接地。根据实测,间歇性电弧接地,持续时间可达0.2~2s,频率可达300~3000Hz ;然后呈稳定电弧接地,持续时间可达2~10s;最后,故障点导线被烧熔成为金属性接地,即所谓永久性故障接地。

最危险的情况是,发生在单相间歇性电弧接地时刻,在健康相(非故障相)上发生的弧光接地过电压最高(可达3~4倍相电压),通过电弧接地故障点的高频振荡电流最大(可达数百安培),时间虽短,电弧危害很大[1,2]。从电工原理可知,在电路内从一种稳定状态过渡到另一种稳定状态,必须经高频振荡过渡过程,时间虽短,振荡电流可达到高出稳态下的很多倍,其结果可能损坏或破坏元件。

在稳定电弧接地和金属性接地阶段,健康相(非故障相)上发生的过电压较低,最大才达2.3倍相电压,通过故障点电流才是常说的工频电网电容电流或经消弧线圈自动跟踪补偿(或自动调谐)后的残流

3 消弧线圈自动跟踪补偿或自动调谐是不可能“消除弧光接地过电压”

如前所述,在单相间歇性电弧接地时刻,过渡过程通过接地故障点的电网电容电流分量和(有消弧线圈时)电感电流分量均是高频的。这两者的频率特性完全不同;电网电容电流分量达到最大值(数百安培),消弧线圈电感电流分量还未起来;待电网电容电流衰减到稳态后,消弧线圈产生很大饱和高频电流(数百安)。所以在单相间歇性电弧接地时刻,消弧线圈电感电流分量和电网电容电流分量是不可能补偿或调谐的。

实测中性点不接地(绝缘)和消弧线圈接地系统中的单相间歇性电弧接地时刻产生的过电压,一般达3~4倍相电压。这对正常(标准)绝缘(非弱绝缘)的设备是无危险的[2,3,4]。

为了从物理概念上定性地说明弧光过电压,先后有4种假设,每种假设均是在前人基础上,根据新的科学试验成果建立的[3]。

第1种假设是德国的彼德逊(W.Petersen)于1917年提出的,是按通过接地故障点的高频电流分量过零熄弧建立的。

第2种假设是美国的彼根斯(J.F.Peters)和斯列宾(J.Slepian)1923年提出的,是按通过接地故障点的工频电流过零熄弧建立的。

第3种假设是前苏联全苏电力科学研究院(BHИИЗ)别列柯夫(H.H.БЕЛЯКОВ)1954年提出的,常叫做“原故障相恢复电压为有限值”建立的。

第4种假设是中国西安交通大学王秉钧教授1997年提出的[2],是按通过接地故障点的总电流(不是高频或工频)过零熄弧和故障点恢复电压达到极大值时重燃而建立的。

这些假设中,在电弧重燃、熄灭时刻的选择,中性点位移与恢复电压的关系诸方面,均有一些牵强。过电压数值最终以实测为准。

运行经验和试验证明,消弧线圈功能是降低单相接地的建弧率。前苏联多尔根诺夫(A.И.Додгинов)教授1958~1959年在西安交通大学讲学中(见西安交通大学1961年11月出版的高电压技术教研组编《过电压及其保护》下册8-1-2,P461)指出:“试验证明,中性点消弧线圈接地系统中,发生的健康相上的过电压倍数的最大值仍与中性点不接地系统时的一样,不过其出现的概率更小而已。”在同一页又指出:“从一方面讲,消弧线圈减少了重燃次数可能降低过电压,另一方面讲,消弧线圈减少了故障点流过的电流可能使电弧不稳定燃烧(间歇性电弧),消弧线圈降低了故障相恢复电压的速度易于使故障相的重燃适在对地电压最大时发生,这又使过电压的数值增加。”

总之,消弧线圈自动跟踪补偿或自动调谐是不能“消除弧光接地过电压”的。因此,电力行业标准DL/T620-19974.2.8节规定;66kV及以下系统发生单相间歇性电弧接地故障时,可产生过电压,过电压的高低随接地方式不同而异。一般情况下最大过电压不超过下列数值:

不接地3.5倍相电压

消弧线圈接地3.2倍相电压

电阻接地2.5倍相电压

来源:百度文库
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