王偉利 安平平 王麗

摘要：簡要分析弧光接地過電壓的危害，介紹消弧消諧裝置的結(jié)構(gòu)、功能、工作原理及過電壓保護(hù)裝置的優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：礦山；供電系統(tǒng)；中性的不接地；弧光接地；過電壓；消??；消諧

目前我國6～35KV供電系統(tǒng)大多采用中性點(diǎn)不接地的運(yùn)行方式。中性點(diǎn)接地供電方式是指將變壓器的中性點(diǎn)通過金屬接地體與大地相連接，中性點(diǎn)與大地絕緣則稱中性點(diǎn)不接地方式。當(dāng)電網(wǎng)一相接地時，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)只要保持較高的對地絕緣電阻，接地電流就比較小。在中性點(diǎn)不接地供電系統(tǒng)中，若人體觸及一相帶電體，通過人身體的電流時從電網(wǎng)的一相經(jīng)過人身流入大地，再經(jīng)過其它兩相對地絕緣電阻和對地電容回到電網(wǎng)其它兩相，由于該條件下對地絕緣電阻較高，所以限制住過大的電流，對人體的觸電危害就大大減小。而中性點(diǎn)接地供電系統(tǒng)中，當(dāng)人觸及一相帶電體時，人體跨接電網(wǎng)的相電壓，流過人體的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于極限安全電流，對人體造成極大的傷害，危及生命。根據(jù)《礦山電力設(shè)計規(guī)范》GB500070-2009要求礦山井下供配電系統(tǒng)和露天采礦場內(nèi)采用中性點(diǎn)不接地供電方式。

中性點(diǎn)不接地供電方式存在以下問題：

（1）當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，相電壓升至線電壓。

（2）普通無間隙三相避雷器不能滿足相間過電壓保護(hù)的要求。

（3）經(jīng)消弧線圈接地的接地方式無法消除永久性單相接地故障。

（4）間歇性弧光過電壓的能量難以確定，避雷器難以承受不斷積累的能量。

（5）難以確定發(fā)生單相接地故障的支路。

（6）單相接地故障沒消除時，PT過電流。

針對以上問題，消弧消諧裝置能迅速消除中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)弧光接地給電氣設(shè)備帶來的危害，解決了小電流接地系統(tǒng)間歇性弧光接地過電壓的危害問題。

一、間歇性弧光接地過電壓的危害問題

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，三相電壓是對稱的，系統(tǒng)的線電壓保持不變，，所以國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定這類電網(wǎng)在發(fā)生單相接地故障后允許短時間內(nèi)帶故障運(yùn)行，提高了該類電網(wǎng)的供電可靠性。發(fā)生單相接地故障的性質(zhì)不同，其后果也不一樣。如果單相接地故障為金屬性接地，則故障相的電壓降為零，其余兩健全相對地電壓升高至線電壓，這類電網(wǎng)的電氣設(shè)備在正常情況下都應(yīng)能承受這種過電壓而不損壞。如果單相接地故障為弧光接地，則會在系統(tǒng)中產(chǎn)生最高值達(dá)3.5倍線電壓的相電壓，這種過電壓是由于系統(tǒng)對地電容上的電荷多次不斷地積累和重新再分配形成的，是斷續(xù)、瞬間發(fā)生且幅值較高的過電壓，對電力系統(tǒng)中的設(shè)備危害極大，主要表現(xiàn)在一下幾個方面：

（1）當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相弧光接地時，在3.5倍過電壓的持續(xù)作用下，由于固體絕緣擊穿的積累效應(yīng)，造成電氣設(shè)備絕緣的積累性損傷，在非故障相的絕緣薄弱環(huán)節(jié)造成對地?fù)舸M(jìn)而發(fā)展成為相間短路事故。

（2）弧光接地過電壓使電壓互感器飽和，容易激發(fā)鐵磁諧振，導(dǎo)致過電壓或電壓互感器爆炸事故發(fā)生。

（3）弧光接地過電壓的能量由電源提供，持續(xù)時間長，當(dāng)過電壓超過避雷器所能承受的額定能量時，就會造成避雷器的爆炸事故。

二、消弧消諧裝置的作用

由于架空線路逐步被電纜線路取代，中等電壓等級的電網(wǎng)中固體絕緣的設(shè)備逐年增多，隨著運(yùn)行時間的增加，現(xiàn)有架空線路、電纜線路、電氣設(shè)備設(shè)施逐漸老化。因此，近年來，弧光接地過電壓的問題越來越突出。消弧消諧裝置能迅速消除中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)弧光接地給電氣設(shè)備帶來的危害，解決了小電流接地系統(tǒng)間歇性弧光接地過電壓的危害問題。

消弧消諧裝置的組成與基本功能：該裝置由過電壓保護(hù)器、微機(jī)控制技術(shù)及單相真空接觸器構(gòu)成一套自動控制系統(tǒng)。其主要有以下七個部件組成：

（1）ZnO非線性元件組成過電壓保護(hù)器，以限制大氣過電壓和操作過電壓。

（2）在系統(tǒng)正常時，分相真空接觸器均處于斷開狀態(tài)，不會對系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。系統(tǒng)非正常運(yùn)行時，分相真空接觸器根據(jù)微機(jī)控制器的指令，損時合上，完成對系統(tǒng)過電壓限制。

（3）高壓限壓器。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生間歇性弧光接地時，真空接觸器立即將高能限壓器投入到故障相，有限壓器將故障相的最高電壓限制在相電壓的70%左右，使弧道的恢復(fù)電壓上升到該值時就不再上升，保證電弧的可靠熄滅。

（4）微機(jī)控制器。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地或諧振時，微機(jī)控制器根據(jù)電壓互感器傳來的電壓信號進(jìn)行以下處理：

如果接地故障是穩(wěn)定的金屬性接地，微機(jī)控制器進(jìn)入小電流接地選線處理系統(tǒng)，迅速查找故障線路，同時發(fā)出報警信號提醒運(yùn)行人員注意。

如果接地故障是弧光接地，則微機(jī)控制器判斷接地的相別，并發(fā)出指令，使故障相的真空接觸器閉合高能限壓器，限制故障相的弧道的恢復(fù)電壓，使弧道的介質(zhì)恢復(fù)抗點(diǎn)強(qiáng)度大于弧道的恢復(fù)電壓，從而達(dá)到消弧的目的，過數(shù)秒鐘分開故障相接觸器；微機(jī)控制器將檢測線路是否還有弧光接地，如果還有弧光接地則判斷為永久性接地，并發(fā)出指令使故障相的真空接觸器閉合使故障相永久直接接地；如果系統(tǒng)發(fā)生諧振時，微機(jī)控制器快速接入消諧功能元件，進(jìn)行微機(jī)二次消諧，消除諧振。

（5）高壓限流熔斷器是整個裝置的后背保護(hù)器件，用來防止兩相短路事故。

（6）電壓互感器用于對系統(tǒng)電壓的檢測及采樣。

（7）高壓隔離開關(guān)用于消弧消諧及過電壓保護(hù)裝置安裝維護(hù)時的投切。

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地或發(fā)生PT單相斷相時，PT的輔助二次輸出信號U△將有低電平變成高電平，微機(jī)綜合控制器啟動，對PT二次輸出信號Ua、Ub、Uc進(jìn)行處理，判斷故障類型和相別，并作出如下處理：

（1）如果是間歇性弧光接地，則微機(jī)控制器在20ms之內(nèi)向故障相真空接觸器發(fā)出合閘命令，將故障相與接地網(wǎng)直接連接，消弧消諧裝置及過電壓保護(hù)裝置在40ms之內(nèi)將弧光接地快速轉(zhuǎn)化為金屬性接地，弧光接地過電壓消失。系統(tǒng)可以在單相接地穩(wěn)態(tài)下運(yùn)行2h。

（2）使用消弧消諧裝置可以收到如下效果：

①將中性點(diǎn)非有效地網(wǎng)的相間過電壓限制在電網(wǎng)安全運(yùn)行的范圍之內(nèi)，使這類電網(wǎng)既保持了中性點(diǎn)非有效接地的優(yōu)點(diǎn)，又將各種類型過電壓限制到盡可能低的水平，解決了各種過電壓對設(shè)備及電網(wǎng)安全的威脅，更有效的保護(hù)設(shè)備的絕緣，提高了電網(wǎng)供電可靠性；

②由于母線過電壓被限制在較低的水平，使引發(fā)鐵磁諧振過電壓的可能性大大減少；

③由于限制過電壓的機(jī)理與電網(wǎng)對地電容電流的大小無關(guān)，因而保護(hù)功能不受電網(wǎng)大小和運(yùn)行方式的影響；

④裝置結(jié)構(gòu)簡單，具有較高的性能價格比，安裝調(diào)試方便。

在選用消弧消諧過電壓裝置需注意如下幾點(diǎn)：

（1）消弧消諧過電壓保護(hù)裝置不能用于電容電流大于30A的系統(tǒng)。

（2）不能用于有樹障的架空線路，假如樹枝接觸A相而消弧消諧裝置動作將A相接地，當(dāng)風(fēng)再一吹樹枝接觸B相就會發(fā)生相間短路，消弧消諧柜不僅不能消弧還會造成停電。

三、結(jié)束語

消弧消諧裝置已在煉金石化煤炭及供電等企業(yè)獲得廣泛應(yīng)用，它能迅速消除中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)弧光接地給電氣設(shè)備帶來的危害，解決了小電流接地系統(tǒng)間歇性弧光接地過電壓的危害問題，對于提高供電的可靠性發(fā)揮了重要作用。

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作者簡介：

王偉利：（1969）山東黃金礦業(yè)（萊州）有限公司焦家金礦 助理工程師 主要研究：礦山電氣自動化