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案例頻道 摘 要：中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，采用故障相接地法的消弧裝置能夠?qū)€路發(fā)生的弧光接地進(jìn)行消弧。但是，故障相接地法的消弧裝置有著嚴(yán)重的技術(shù)缺陷，會對安全供電產(chǎn)生嚴(yán)重危害，甚至造成大面積停電，應(yīng)禁止使用。
關(guān)鍵詞：配電；故障；接地；消弧；安全
一直以來，中性點(diǎn)不接地方式是我國配電網(wǎng)采用最多的一種接地方式，它投資省、供電可靠性高。但是，當(dāng)該系統(tǒng)中發(fā)生弧光接地時，由于對地電容中的能量不能有效釋放，將會產(chǎn)生弧光接地過電壓或諧振過電壓，該電壓的數(shù)值很高，會對系統(tǒng)中電氣設(shè)備的絕緣造成威脅。長期以來，我國推薦使用消弧線圈對此故障進(jìn)行消弧，但消弧線圈投資高、占地面積大，而且存在一些性能方面的缺陷，近幾年市場上推出一種采用故障相接地法的消弧裝置，其原理是當(dāng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，將故障相接地，強(qiáng)行導(dǎo)致故障相對地電壓為零，從而實(shí)現(xiàn)消弧，該裝置造價低、占地面積小，被一些單位接受使用。由于采用故障相接地法的消弧裝置推出時間較短，對其技術(shù)本身的缺陷研究較少，一些單位在使用后發(fā)生裝置爆炸、停電等事故，本文通過對故障相接地消弧裝置存在的缺陷進(jìn)行技術(shù)分析，說明配電網(wǎng)不能使用故障相接地法的消弧裝置。
一 故障相接地法消弧裝置的工作原理
如圖1所示，故障相接地法消弧裝置的工作原理是：當(dāng)某條線路C相發(fā)生單相接地時，故障相接地法消弧裝置將C相的真空接觸器合上，使C相直接接地，此時故障相C相對地電壓為零，如果是弧光接地，由于故障點(diǎn)對地電壓為零，故障點(diǎn)將不會再次擊穿從而實(shí)現(xiàn)消弧。但是，如果故障點(diǎn)的絕緣耐受值小于相電壓，且故障為永久性的，當(dāng)該消弧裝置一旦退出，故障點(diǎn)會繼續(xù)重燃。
圖1
二 故障相接地法消弧裝置的技術(shù)缺陷分析
與消弧線圈相比，采用故障相接地法的消弧裝置具有造價低、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，對線路發(fā)生的單相接地也能夠消弧。但是，該技術(shù)的存在嚴(yán)重的技術(shù)缺陷，會對安全供電產(chǎn)生嚴(yán)重危害，甚至造成大面積停電，應(yīng)禁止使用。
1 故障相判斷不能做到100%
⑴ 沒有100%的判相理論支持。
中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，由于消弧線圈的長期應(yīng)用，無須對故障相判斷，因而故障相判斷的研究僅限于經(jīng)驗(yàn)歸納。
110kV以上中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，由于重合閘的要求，故障相判斷研究比較成熟，由于故障接地的復(fù)雜性，也不能做到100%的準(zhǔn)確判斷。
故障相接地消弧裝置判相錯誤就會引起相間短路，故障相接地消弧裝置無法做到100%的故障相判斷，從而給系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的安全隱患。
⑵ 消弧柜中的高壓熔斷器，正是為防止判相錯誤而設(shè)。
故障相接地消弧裝置為防止判相錯誤，均設(shè)置高壓熔斷器，來防止其判相錯誤產(chǎn)生的相間短路。
高壓熔斷器最重要的缺陷就是開斷大電流的能力較低，這正是制約高壓熔斷器廣泛使用的原因。因此配電系統(tǒng)依然使用斷路器，而不使用熔斷器。
故障相消弧裝置使用高壓熔斷器來開斷因其判相錯誤造成的相見短路，顯然是非常不可靠的，一旦高壓熔斷器不能正確開斷，電弧在高壓熔斷器熔管中產(chǎn)生大量的熱量，造成高壓熔斷器爆炸。
2 一旦判相錯誤將造成相間短路
⑴ 高壓熔斷器正常開斷，系統(tǒng)將失去消弧保護(hù)，弧光接地有可能造成事故。
⑵ 高壓熔斷器不能開斷，將造成兩方面的嚴(yán)重后果：
A 要么消弧柜中的高壓熔斷器爆炸。
B 要么母線進(jìn)線開關(guān)跳閘，造成母線停電，如化工等對供電可靠性要求特別高的企業(yè)，等于飲鴆止渴。
3 非總降變電所的開閉所、末端變母線段應(yīng)嚴(yán)禁使用消弧柜
非總降變電所任何出線發(fā)生單相接地，開閉所、末端變母線上的消弧柜都會動作，造成多點(diǎn)接地，總降變電所無法判斷那條出線故障，超過2小時，總降變電所母線必須停電，造成大面積停電。分析如下：
圖2
如圖2所示，假設(shè)1號客戶端母線安裝了故障相接地消弧裝置，當(dāng)2號客戶線路發(fā)生單相接地，故障相接地消弧裝置動作將故障相接地，就會有2條線路的故障相接地，供電公司配變變電所就無法實(shí)施選線，當(dāng)手動拉開2號客戶線路，接地現(xiàn)象不會消失，拉開1號客戶線路，接地同樣也不會消失，按規(guī)程規(guī)定，故障2小時后，供電公司配變母線必須停電。
如果在多個客戶端安裝故障相接地消弧裝置，危害則更大，何一個消弧柜判相錯誤，將造成所有的消弧柜相間短路，后果不堪設(shè)想。
4 有直配高壓電機(jī)的母線段不能使用消弧柜
直配高壓電機(jī)年損壞率1.25/百臺年。一旦電機(jī)繞組發(fā)生單相接地，消弧裝置動作，短接一部分電機(jī)繞組，被短接的這部分電機(jī)繞組切割磁力線，產(chǎn)生電動勢，相當(dāng)于故障相接地消弧裝置短接一個電源，短路電流可達(dá)幾千安乃至幾十千安，燒壞電機(jī)定子槽，電機(jī)報(bào)廢。
5 造成小容量變壓器繞組發(fā)生單相接地時損壞
如果變壓器繞組發(fā)生單相接地，本來油浸式變壓器的拉弧可自愈，不會造成事故，但采用故障相接地法的消弧裝置動作后，短接一部分變壓器繞組，被短接的這部分變壓器繞組切割鐵芯中的磁力線，產(chǎn)生電動勢，等于故障相接地消弧裝置短接一部分電源，短路電流也可達(dá)幾千安乃至幾十千安，從而燒壞變壓器絕緣造成事故。特別是小容量的10kV/0.38kV的變壓器，本身只有配備瓦斯保護(hù)，一旦繞組發(fā)生單相接地，采用故障相接地法的消弧裝置動作后短接一部分電源，近似于發(fā)生匝間短路，微機(jī)保護(hù)又不會動作，只靠瓦斯保護(hù)動作，若動作時間過長將會造成很大的事故。因此，采用故障相接地法的消弧裝置只能用于線路消弧，但是許多輸電線路總是與變壓器或電機(jī)相連接的。
6 退出消弧時可能引發(fā)PT鐵磁諧振
故障相接地消弧裝置退出消弧時刻，此刻系統(tǒng)對地電容儲存的電荷，由于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)只有PT中性點(diǎn)接地，系統(tǒng)對地電容儲存的電荷只能通過PT泄放，因而可能引發(fā)PT諧振。
故障相接地消弧裝置退出消弧時刻，此刻系統(tǒng)對地電容儲存的電荷，由于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)只有PT中性點(diǎn)接地，系統(tǒng)對地電容儲存的電荷只能通過PT泄放，因而可能引發(fā)PT諧振。
7 電容電流﹥30A的系統(tǒng)不能使用故障相接地消弧裝置
由于對地電容電流﹥30A的系統(tǒng)，X0/X1（零序阻抗/正序阻抗）可能落在（-20，-1）之間，當(dāng)發(fā)生單相接地時，系統(tǒng)對地電容與系統(tǒng)電感發(fā)生基頻諧振，健全相的工頻電壓很高，系統(tǒng)無法承受。因而我國規(guī)程要求對地電容電流﹥30A的系統(tǒng)要采取消弧線圈，改變零序阻抗，使X0/X1遠(yuǎn)離（-20，-1），防止發(fā)生單相接地時，系統(tǒng)對地電容與系統(tǒng)電感發(fā)生基頻諧振。
故障相接地消弧裝置不改變系統(tǒng)的零序阻抗，故電容電流﹥30A的系統(tǒng)不能使用故障相接地消弧裝置。
8 有樹障的架空線路不能使用采用故障相接地法的消弧裝置
對于有樹障的架空線路，假如樹枝接觸A相而故障相接地法消弧裝置動作將A相接地，當(dāng)風(fēng)再一吹使樹枝接觸B相或C相就會發(fā)生兩相分別接地短路（相間短路），此時，故障相接地法消弧裝置不僅不能消弧還會造成線路跳閘停電。
9 影響小電流選線裝置正確選線
當(dāng)出線發(fā)生單相弧光接地故障時，消弧柜動作將故障相在母線處直接接地，形成多點(diǎn)接地，小電流選線裝置無法判斷故障線路。
總之，故障相接地消弧裝置雖然能夠消弧，但是其本身的技術(shù)缺陷非常嚴(yán)重，會給系統(tǒng)帶來嚴(yán)重的安全隱患，因而系統(tǒng)中應(yīng)禁止使用故障相接地消弧裝置。
參考文獻(xiàn)
[1]朱家騮.城鄉(xiāng)配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的發(fā)展及選擇[J].電力設(shè)備,2000,Z1期:31-35.
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[2]要煥年,曹梅月.電力系統(tǒng)諧振接地[M].北京:中國電力出版社,2000.
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號