浅谈自动调谐消弧装置在电力系统中的作用.pdf

2 0 1 3年 8月第 4期 浅谈 自动调谐消弧装置在 电力系统 中的作用王双绵崔立新 3 7 浅 谈 自 动 调 谐 消 弧 装 置 在 电 力 系 统 中 的 作 用 王双绵 崔立新 ( 东北轻合金有 限责任公司，黑龙江 哈 尔滨 1 5 0 0 6 0 ) 摘 要 分析 了某公 司大型 6 6 k V变电站高压控制保 护设备 中 的 自动调谐 消弧装 置 的功能 、 结构 、 原理及 运行 效果 ， 介 绍了消弧装置安装 中的注意事项。 关键 词 电力 系统 ；接地 ；电弧 ； 过 电压 ； 调谐消弧装置 中图分 类号T M 7 1 4 3 文献标识码 】B 文章编号 】1 0 0 8 5 1 2 2 ( 2 0 1 3 ) 0 4 0 0 3 7 0 3 Di s c u s s i o n o n t h e Ro l e o f Au t o ma t i c Tun i n g Ar c S u p p r e s s i o n De v i c e i n Po we r S y s t e m W ANG S h u a n g mi a n，CUI Li x i n Abs t r a c t ：Th e f u n c t i o n，s t r u c t u r e，p r i n c i p l e a n d o p e r a t i o n e f f e c t s o f n e w o pe r a t e d a u t o t u n i n g a r c s u p pr e s s i o n e q u i p me n t f o r hi g h v o l t a g e c o n t r o l a n d p r o t e c t i o n d e v i c e i n l a r g e 6 6 kV s u b s t a t i o n i n a c o mp a n y we r e a n a l y z e d，a n d t h e no t i c e s for i n s t a l l a t i o n o f a r c s u pp r e s s i o n e q u i p me n t we r e i n t r o d uc e d i n t hi s p a - per Ke y wo r d s：e l e c t r i c p o we r s y s t e m ；g r o un d i n g；e l e c t r i c a r c；o v e r v o l t a g e；t u n i n g a r c s u p p r e s s i o n 我国地域广 阔， 电网分布广泛 ， 运行环境复杂 ， 加之各种人为因素的影响， 电气故障的发 生是不可 避免的。在各类故障 中单相接地故障出现的频率最 高， 并对整个电力系统 的运行产生很大影响。为确 保 供 电 的安全 可 靠 ， 自动 调 谐 的 消 弧线 圈得 到 了越 来 越 广泛 的应 用 。 1 消弧线圈 的作用及调谐方法 1 1消弧 线 圈的 作用 在全 国冶金 、 石油 、 化工等企业的高压电力系统 中， 大部分为小 电流接地系统 ( 通过 电阻或线圈接 地系统 ) 。当出现单 相接地故 障时， 电气 系统仍 然 可 以带病运行 ， 以提高系统的稳定性并 降低运行费 用 。但在发生单相接地故障时故障点电流大且不易 熄灭 ， 容易产生熄灭重燃交替问隙性 电弧， 对用电设 备绝缘造成损害。为解决此项 问题 ， 一般是在 中性 点和地之间串联一个 电抗器 ， 使流过接地点 的电流 收稿 1 3 期 2 0 1 3 0 4 0 1 作者简介王双绵( 1 9 7 1 一) ， 男 ， 黑龙江哈尔滨人 ， 技 校 ， 电气技师， 主要从事高压供电运行。 小于允许范围或维持稳定 的电弧所需要 的电流值 ， 起到消除接地点电弧的作用。 系统发生单相接地故障时等效电路图如图 1所 示 。 图 1补 偿 电流 原 理 图 当系统某处发生单相接地故障时假设该故障相 电流为 ， ， 故障点经 由大地至电源对地 电容 电流为 ， ， 消弧线圈补偿电流为 ， 则 ： 1 8 = c U 0 + U 0 fl o L= ( ， c 一 ， L ) ( 1 ) 式中： 复数 因子 ； 角频率 ， r a d s ； 电网初始不平衡 电压 ， V； ， 容性电流 ， A； 3 8 有色冶金节能 口电力节能 ， 感 性 电流 ， A。 根据式( 1 ) 可以得到当系统发生单相接地故障 时可以动态调节 电感量 使感性 电流 ， ， 与此时的容 性 电流 ， 。 相等。使得接地点的无功 电流分量为零 。 因此只要合理调整电感量就可以减小接地电流使其 控制在合理范围内以此提高系统可靠性。另外 当残 电流过零 电弧熄灭后 ， 还能降低恢复电压的初速度， 避免电弧 重燃 ， 使接地 电弧彻底熄灭 。根据 D L T 6 2 0 一 交流电气装置的过 电压保护和绝缘 配合 规 定 ： 31 0 k V架 空线 路构 成 的 系统 和所 有 3 5 k V、 6 6 k V电网， 当单相接地故障电流大于 1 0 A时， 中性点 应装设消弧线圈。所 以对于 6 6 k V系统当单相接地 故障电流大于 l 0 A时， 应安装消弧线圈配合 自动调 谐消弧装置准确控制来进行补偿尤为重要。 1 2 调 谐 消弧线 圈 的调谐 方法 调 谐 消弧线 圈有 以下 六种 调谐方 法 ： ( 1 ) 手动式调节装置。 ( 2 ) 气 隙式 调节装 置 。 ( 3 ) 自动 式调 节装 置 。 ( 4 ) 调容式消弧线圈。 ( 5 ) 自助磁 式消 弧线 圈 。 ( 6 ) 他 助磁 式消 弧线 圈 。 2 自动调谐 消弧装置 的作用及适用范 围 自动 调谐 消 弧 装 置 主 要 用 在 6 k V至 6 6 k V 中 性 点 不接 地系统 中 ， 用 于 追 踪 电 气 网络 中 的事 故 接 地电流值。可以及时对接地故 障电流进行抑制 ， 控 制接地部位剩余 电流低于允许 电流值。可有效降低 弧光接地过电压的破坏性和相问短路及 电缆接地引 起 的爆 炸 事故 危 害性 。该 装 置也 可按 照 用 户 要 求 ， 整定为用户需要的补偿状态。该装置可广泛应用于 各种矿山、 石油 、 化工建材、 冶金以及大中城市 的高 压配 电网。 3 自动跟踪 动态补偿原理 在小 电流接地系统 中， 抑制单相接地电流产生 过大伤害的方法是在中性点接地电网中安上消弧电 抗器线圈。实现电弧 自动熄灭 的效果。如果灭弧电 抗器调节准确 ， 可以大 幅度降低 对电网线路 电压 的 冲击和破坏范围。不仅可以有效地降低弧光接地过 电压产生的概率 ， 也可 以最大限度地减少对 电网电 压和接地故障点的热破坏作用 。 3 1 自动跟 踪原 理 当发生单相接地故障时中性点位移 电压 ： U =U 。 ( +d ) ( 2 ) V = I C I L I c 0 3 式 中 ： U 中性 点位 移 电压 的 ， ； U 。 电网初始不平衡 电压 ， ； 脱谐 度 ； d 系 统阻 尼率 ， 。 式( 2 ) 、 ( 3 ) 中： 当电网正常运行 时 近似为常 量 ， d正常情况架空线取 3 5 ， 电缆线路取 2 4 ， 当系统确定后可以近似的认为其为常量 。因 此只要动态调整 来补偿系统单相接地产生 的 ， ， 可保证 U 变化维持在一个相对稳定 的范围内， 这样 就可以实现对系统的容性电流的跟踪。脱谐度与与 中性点位移电压关 系如图 2所示 ， 在实 际调节 中根 据 曲线上脱谐度与位移电压的关系只要控制好脱谐 度 ( 其实质是调整 ， ， ， 相对关系 ) 在设定范 围就实 现了动态补偿功能， 一般系统 的脱谐度应该在 1 0 以 内。 u J l 0 图 2谐 振 曲线 3 2 消 弧装 置 的 自动补偿 原理 当发生单相接地故障 ， 消弧装置 的消弧电抗器 电感量可以随时调整到全补偿状态。对该调节装置 有两个要求 ： 有负荷连续可调电感 ； 电感调整时 间短 。 采取 手动 方 式 ( 或 有 载 开 关 调 匝 式 的 ) 改 变 电 抗器电感的方式不能满足这一要求。如果通过调节 电抗器铁芯中的直流励磁 电压大小来调节线圈的电 感量 ， 即可很好满足 以上两点要求。如图 3所示 ， 其 直流励磁绕组采用反 串联连接方 式 ， 使各绕组 上感 应的工频电压互相抵消。同时利用微机的超级运算 能力 ， 对电抗器伏安特性上的非线性进行随时调整。 3 3消弧装置的具体指标 消弧装置具体指标如下 ： ( 1 )工作电压 ： 三相 四线制 3 8 0 V1 0 。 2 0 1 3年 8月第 4期 浅谈 自动调谐消弧装置在 电力系统 中的作用王双绵崔立新 3 9 电抗器 图 3消 弧 线 圈 原 理 框 图 ( 2 )电流测量精度 ： 5 。 ( 3 )工频 无功 接 地残 流 5 A。 ( 4 )单相接地后补偿脱谐度 5 。 4 实 际应用 为适应特种板材的需要 ， 某公 司投资 3 0多亿元 人民币新建 中厚板生产线 。为满足用电负荷的急剧 加大， 同时投资近 1亿元建造 的具有全新数字化 理 念的变电站也正式送 电运行。它是一座所有高压操 作、 数据采集都 由电脑监控执行完成 的 6 6 k V变 电 站 ， 两台主变压器容量 为 6 3 0 0 0 k V A， 电压等级是 6 6 k V 1 0 5 k V。新建 的 6 6 k V变 电站与 1 0 k V二级 配 电站之 间采 用 了多 条 电缆线 路供 电。而且 现 在 由 于下级用 电单位 大量使用直流 电机拖动氩 弧电焊 机、 变频调速电机等设备 ， 使得 1 0 k V配电系统的电 气参数发生 了很 大的变化 ， 导致谐 振 的频繁 出现。 电缆线路的特点是高频振荡 电流幅值大 ， 相 同长度 的电缆线路的电容 电流比架空线路 电流值大许 多。 对于这种 电缆线路 发生接地故 障时所造成 以下危 害 ： ( 1 ) 单相接地 电容 电流过大， 使接地点热效应增 ( 上接第 1 6页) 3 0 0 0 0 0 t ( 1 20 6) =1 8 0 0 t 通过计 算反 推 ， 相 当于 电流效 率 间 接提 高 了 0 55 8 。 6 结束语 影响铝电解槽 电流效率的因素很多。提高电流 大 ， 对电缆和其他设备造成热损伤 ， 该 电流流人大地 后由于接地电阻的原因， 使整个接地 网电压升高 ， 危 害人身安全 。( 2 ) 电容电流流人大地后 ， 在大地 中 形成分散电流 ， 可能产生火花 ， 引起爆炸等。( 3 ) 电 缆比 1 0 k V配 电设备 的绝缘水平低 ， 如果 查找事故 时间太长 ， 长时间承受过电压作用时易破坏绝缘造 成相间短路故障， 引起火灾 ， 烧毁线路 电缆 ， 造成 一 级或多级跳闸， 也常常烧坏 P T 。 因用 电负荷绝大多数采用电缆供电 ， 使得供电 系统对地电容 电流急剧增加。电缆供 电线路发生接 地事故如不采取措施 ， 当发生单相接地故障时 ， 故障 点 电流大且不易熄灭 ， 容易产生熄灭重燃交替 间隙 性电弧 ， 对用电设备绝缘造成损 害。为解决此项 问 题引进某公 司 Z D B系列 自动调谐消弧线 圈成套设 备 ， 在实际应用 中效果 良好 。在消弧装 置安装及运 行 中应 注意 以下 事项 ： ( 1 ) 产 品无漏 油 现象 。 ( 2 ) 严格按 说 明接线 ， 并注意 相序。线径 大于 1 0 0 mm 。 ( 3 ) 拆除压力释放器顶端闭销 ， 开启保护 阀。 ( 4 ) 测量绝缘电阻及直流电阻。 ( 5 ) 耐压试 验 。 ( 6 ) 经常检查油位指示 ， 及时加油并将 压力释 放器拧紧复位。 ( 7 ) 经常擦洗表面防止沿面放 电。 5 结 束语 合理地使用 自动调谐消弧装置能有效减少接地 点 电流， 可抑制弧光接地过电压危害 ， 达到 自动熄灭 电弧的 目的， 提高供电的可靠性 ， 从而保证企业供电 系 统 的安全 运行 。 效率的途径也是多种多样的。作为铝冶炼厂重要组 成部分的重熔铝锭铸 造车间， 应该认真分析影响重 熔 铝锭铸 造 过程 中铝 液烧 损 的 因素 ， 并 采 取 切 实 可 行的措施降低铸造过程中铝液的烧损 。通过控制铝 液烧损 ， 达到间接提高铝电解 电流效率的 目的。