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探討小接地電流系統(tǒng)內(nèi)部過電壓預防
摘要：本文對小接地電流系統(tǒng)的概念及產(chǎn)生過電壓的機理進行了介紹，并對小接地電流系統(tǒng)內(nèi)部過電壓帶來的危害與預防措施進行了探討。通過分析發(fā)現(xiàn)，小接地電流系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生過電壓后，會對系統(tǒng)內(nèi)的電氣設備產(chǎn)生故障影響，還會影響系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與安全性。只有針對故障產(chǎn)生的原因，找到相應的防治措施，才能保證用戶的正常用電。內(nèi)部過電壓是小接地電流系統(tǒng)出現(xiàn)故障的原因之一，其具有間接的影響作用，電力系統(tǒng)的相關(guān)工作人員一定要重視內(nèi)部過電壓的預防，提出具有可行性的建議。
關(guān)鍵詞：小接地;內(nèi)部過電壓;預防;電力系統(tǒng)
小接地電流系統(tǒng)是電力系統(tǒng)中常見的類型，其有著自身的特性，比如，該系統(tǒng)中性點不直接間接，采用的是間接接地的形式，有的采用的是消弧線圈接地或者中阻接地。有的電力系統(tǒng)內(nèi)部含有的設備比較多，而且負荷、對地電容也比較大，比如容易出現(xiàn)過電壓。本文對小接地電流系統(tǒng)內(nèi)部過電壓的預防進行了探討，系統(tǒng)可以減少過電壓帶來的危害，從而保證電力系統(tǒng)可以穩(wěn)定的運行。
一、小接地電力系統(tǒng)概述
小接地電流系統(tǒng)是指一種特殊的電力系統(tǒng)，其屬于中性點不接地的三相系統(tǒng)，這種系統(tǒng)在運行的過程中，容易產(chǎn)生過電壓。小接地電流系統(tǒng)也被稱作中性點間接接地系統(tǒng)，當有一相出現(xiàn)接地故障后，由于無法構(gòu)成短路回路，接地故障電流與負荷電流相比，會小很多，這也是小電流接地系統(tǒng)名稱的由來。在我國對小接地電流系統(tǒng)的劃分有著一定標準，一般X0/X1>4～5的系統(tǒng)屬于小接地電流系統(tǒng)，其中：X0為系統(tǒng)零序電抗，X1為系統(tǒng)正序電抗。
小接地電流系統(tǒng)在正常運行時，電氣設備在額定電壓下是處于絕緣狀態(tài)的，只有遭到雷擊或者人為操作失誤等問題時，才會出現(xiàn)故障，這時系統(tǒng)內(nèi)局部電壓會超過額定電壓，從而造成小接地電流系統(tǒng)內(nèi)部過電壓，會影響電氣設備的正常運行。接地或者斷線故障都會引起內(nèi)部過電壓，而且我國電網(wǎng)改造工程的規(guī)模在不斷擴大，35KV及10KV開關(guān)柜式設備越來越多，三相相間距離及單相對地距離的絕緣性能比較差，這會導致開關(guān)柜內(nèi)故障率增加。下面筆者對小接地電流系統(tǒng)內(nèi)部過電壓產(chǎn)生的原因、危害及預防措施進行簡單的介紹，以供參考。
二、小接地電流系統(tǒng)內(nèi)部過電壓的現(xiàn)象及危害
當前社會，電網(wǎng)的建設在不斷加快，很多電力系統(tǒng)的35kv、10kv設備都采用了的戶內(nèi)開關(guān)柜式設備，與敞開式布置相比，三相相間距離及單相對地距離的絕緣性都比較小，所以當系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)過電壓后，會增加柜內(nèi)故障產(chǎn)生的概率，內(nèi)部過電壓是導致小接地電流系統(tǒng)內(nèi)設備出現(xiàn)故障的主要原因。內(nèi)部過電壓并不是直接導致設備故障的原因，在系統(tǒng)發(fā)生單相接地或相間短路故障后，隨著故障的延續(xù)和發(fā)展，會產(chǎn)生較大的內(nèi)部過電壓，從而導致故障進一步擴大，如果不及時處理，會損壞設備，影響整個系統(tǒng)的安全性，還會影響系統(tǒng)的正常運行。
以某電廠為例，該電廠在一年內(nèi)曾多次發(fā)生過電壓，在對故障記錄進行分析后發(fā)現(xiàn)，過電壓現(xiàn)象產(chǎn)生后，設備會出現(xiàn)跳閘，PT熔斷器會被熔斷，從而導致PT燒毀，這嚴重威脅了系統(tǒng)的正常運行，會導致設備損壞，增加了維護的成本。在對系統(tǒng)對地電容進行多次測量后，相關(guān)工作人員對過電壓產(chǎn)生的原因進行了分析，認為電弧接地是引起過電壓的主要原因，在測量后發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)內(nèi)電容電流并不大，所以，間歇電弧并不是引起過電壓的原因。在進一步調(diào)查后，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)是鐵磁諧波引起的系統(tǒng)內(nèi)部過電壓，是由于電磁式電壓互感器飽和形成的。具體產(chǎn)生的原因分析如下：
(1)基波諧振
在對于系統(tǒng)每次出現(xiàn)過電壓的數(shù)據(jù)進行研究后發(fā)現(xiàn)，17Hz的分頻電壓一般都很高，而且會燒斷PT保險，技術(shù)人員需要從PT入手，對過電壓產(chǎn)生的原因進行分析。在本文的案例中，PT是電磁式，而且會產(chǎn)生中性點位移的現(xiàn)象，過電壓會出現(xiàn)在電磁式電壓互感器的母線上。
(2)諧波諧振
由于鐵芯的磁通飽和會引起電流、電壓波形的畸變，即產(chǎn)生了諧波，使上述諧振回路還會對諧波產(chǎn)生諧振。當線路很長，互感器的勵磁電感很大，致使回路的自振頻率很低，有可能發(fā)生分次諧振(通常是1/2次)。其一般出現(xiàn)在水輪機、循環(huán)水泵等遠方設備啟、停及故障時。當線路短，或者互感器的勵磁電感很小(例如互感器的鐵芯質(zhì)量很差或電網(wǎng)中有多臺電壓互感器)，使自振頻率很高，就有可能產(chǎn)生高次諧波諧振過電壓。兩者的表現(xiàn)形式都是三相對地電壓同時升高，但是在分次諧波諧振時過電壓具有忽高忽低作低頻擺動的特點。
三、小接地電流系統(tǒng)內(nèi)部過電壓的預防措施
為了限制和消除小接地電流系統(tǒng)內(nèi)部的過電壓，可采取下列措施：
3.1選用勵磁特性較好的電壓互感器或改用電容式電壓互感器。另外，將兩個特性相同的電壓互感器串聯(lián)使用，以使互感器工作在非飽和區(qū)，只要互感器柜尺寸允許，也不失為一種良好的方法。
3.2在電磁式電壓互感器的開口三角形繞組中加裝阻尼電阻R≤0.4xT(xT為互感器在額定線電壓作用下?lián)Q算到低壓側(cè)的單相繞組勵磁感抗)，可消除各種諧振的影響。對于35 kV及其以下的電網(wǎng)一般要求R值為幾歐至幾十歐。如果將阻尼電阻長期接在開口三角形繞組中，則由于其容量的限制，阻值不能過小。否則，當系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生持續(xù)性單相接地故障時，在開口三角形繞組兩端將出現(xiàn)100V工頻零序電壓，從而使互感器嚴重過載。為此，最好采用一種非線性電阻，其冷態(tài)電阻僅幾歐，而在100V工頻電壓作用時，經(jīng)過2～3s后電阻值將緩慢上升到100Ω左右，做到既保證可靠消諧，又能滿足互感器的容量要求。這樣的消諧阻尼器國內(nèi)已有生產(chǎn)并投入試運行。
3.3個別情況下，可在母線上加裝一定的對地電容，使xT<0.01，壓變諧振也就不能發(fā)生。
3.4前述現(xiàn)象中，多數(shù)發(fā)生的是分頻過電壓，這里介紹一種中性點經(jīng)消弧線圈或電阻接地消除分頻過電壓的方法。當中性點經(jīng)消弧線圈接地時，弧光接地過電壓的倍數(shù)相近，并都不高于2.5Ux。就鐵磁諧振而言，由于消弧線圈的電抗值或中性點的電阻值遠小于PT的勵磁阻抗，因而穩(wěn)住了系統(tǒng)的中性點電位，從根本上消除了鐵磁諧振過電壓。目前國內(nèi)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)發(fā)生故障較多，所以一般不選用中性點經(jīng)電阻接地的方法。
四、結(jié)語
綜上所述，小接地電流系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生過電壓與其自身的特性有著較大的關(guān)系，在產(chǎn)生過電壓后，會增加系統(tǒng)內(nèi)設備出現(xiàn)故障的概率，相關(guān)工作人員必須采取有效的措施進行處理。變電站出現(xiàn)諧振問題后，技術(shù)人員可以利用故障錄波器或者指針式電壓對系統(tǒng)內(nèi)的電壓進行監(jiān)視，然后采用投入消弧線圈的方式破壞諧振。小電流接地系統(tǒng)中間歇電弧是引起過電壓以及諧振電壓的原因之一，為了預防系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓，必須了解過電壓產(chǎn)生的原因，然后制定出切實可行的方案，從而消除過電壓，降低設備故障率。
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