35kV变电站消弧线圈烧毁分析与弧光过电压解决方案

２０１３年第１期总第１１６期

新疆电力技术

３５ｋＶ变电站消弧线圈烧毁分析与弧光过

电压解决方案

张春花王学礼

新疆阿勒泰电力有限责任公司（阿勒泰市８３６５００）

摘要：３５千伏长距离的输电线路，在发生单相接地故障时，３５千伏变电站内消弧线圈在消除弧光接地故障时，发生了３次严重的烧毁现象，对消弧装置进行分析并提出使用消弧柜的建议。

关键词：消弧装置；分析；机理０前言

由于布尔津地处多风带，在架空线路多的电力系统易发生单相接地故障。３５千伏喀纳斯变电站自２００９年投运以来，出现３５千伏系统接地，造成３５千伏消弧３５千伏消弧线线圈电压互感器绝绝缘击穿烧毁２次、圈阻尼柜烧毁２次。１基本概况

３５千伏贾登峪变电站２００４投运，３５千伏喀纳斯变电站２００９年投运，３５千伏禾木变电站２０１１年投运，三个都位于布尔津县喀纳斯风景区内，地处偏远山区，３５千伏红贾线单线串供，３５千伏红贾线长５４公里（其中２．４公里电缆），３５千伏贾喀线长３０．１９２公里（其中２．４公里电缆），３５千伏贾禾线２３公里（其中５公里电缆）。３５千伏喀纳斯变电站装设有河北博为公司出产的目前烧毁已无法调匝式消弧线圈，型号为ＢＷＸＨ－Ｚ３５，使用，暂已拆除，待设备厂家维修处理。３５千伏贾登峪变电站及禾木变电站均未设计安装消弧线圈、电抗器等补偿设备。喀纳斯景区作为阿勒泰地区重要的旅游景区，安全供电尤为重要，目前３５千伏喀纳斯变电站消弧设备无法投入运行，对区域电网设备安全可靠运行造成了很大威胁。

２对消弧线圈的分析

２．１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

喀纳斯变电站现有消弧线圈设计的自动跟踪或自）下完成的。而在高频振动调谐都是在电网工频（５０Ｈｚ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。２．２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，电弧危害很从电工原理可知，在电路内从一种稳定状态过渡到大。

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。

２．３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

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通过接地故障点的电网电容电流分量和（有消弧线圈这两者的频率特性完全时）电感电流分量均是高频的。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。

２．４调匝式消弧线圈的特点

该装置属于随动式补偿系统，它同调气隙式的唯一区别是动芯式消弧线圈用有载调匝式消弧线圈取代，这种消弧线圈是用原先的人工调匝消弧线圈改造而成，即采用有载调节开关改变工作绕组的匝数，达到调节电感的目的。其工作方式同调气隙式完全相同，也是采用串联电阻限制谐振过电压。该装置同调气隙式相比，消除了消弧线圈的高噪音，但是却牺牲了补偿效果，消弧线圈不能连续调节，只能离散的分档调节，补偿效果差，并且同样具有过电压水平高，电网中原有方向型接地选线装置不能使用及串联的电阻存在爆炸的危险等缺点。

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：

不接地消弧线圈接地电阻接地

３．５倍相电压３．２倍相电压２．５倍相电压

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的过电压（这也是自动Ｚ－Ｌ装置初期采用时需要在Ｌ与地之间接入一阻尼电阻的原因）；而本装置则采取将故障相母线直接接地，这时非故障相对地电容电流（分布的）都由大地直接经ＪＺ回流。根本不需经故障点，当“０”，由于母线与故障点同然故障点流过的电流必然为

处于地电位，故不会再有本相电容电流，所以故障点已经没有电流流过，当然也就不会有电弧。如果ＪＺ的闭合是在弧光过电压阶段（即Ｔ１时段），则在弧光过电压被抑制的同时，就不会再向电弧放电过渡。如果由于电容电流较大，在ＪＺ还未闭合以前，已经过渡到电弧放电，但随着ＪＺ的闭合，故障点的电弧将立即熄灭。

由此可见，本装置所采用的消除故障点电弧的方更彻底（即无残流）。法，更直接、

从上述分析，可以看出，消弧、消谐及过电压保护装置，是从对不接地系统单相接地的发展过程及各阶段对电网运行安全及设备绝缘安全出发的、有针对性的采取以限制各种过电压特别是不接地系统中特有的（并且是存在时间较长，对系统安全威胁较大的间歇性的）弧光接地过电压的措施，将各种过电压限制到较电网线电压稍高的水平；以将故障相母线对地直接短接的简单方法，实现消除弧光及电弧放电以防单相接地事故的扩大。所以本装置采用与消弧线圈完全不同思路及方法，达到了限制过电压及消弧的双重目的。４消弧、消谐及过电压保护装置原理构思

）：消弧柜的一次原理图（ＧＤＸ型

这对正常（标准）绝缘（非弱绝缘）是无危险的。但对弱绝缘是有危险的，由于种种原因会使绝缘老化，变为弱绝缘。

３消弧、消谐及过电压保护装置对电弧放电的抑制机理

本装置对故障点电弧放电的抑制与消弧线圈补偿的原理完全不同，消弧线圈是通过与流过故障点相差１８０°的感性电流来抵掉大部分电容电流，而且一定不能全补偿，否则将进入谐振区，电网中心点将出现危险

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ａ在母线上装一组特殊的氧化锌避雷器·将弧光接地过电压限制于较低水平；·减小其对系统设备绝缘寿命的威胁；

（下转２０页

）

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予考虑该改造措施。

降低杆塔接地电阻：降低杆塔接地电阻是高压输电线路基本的防反击措施，降低杆塔接地电阻能降低雷击塔顶电位，提高线路的耐雷水平，有效的防止反击事故发生。

对典型故障杆塔进行接地电阻敏感性分析，分析结果如表４－２与图４－２所示。同一呼称高度下，随着接地电阻的增大，反击耐雷水平降低，反击跳闸率呈上升趋势。由此可见，接地电阻对杆塔的耐雷水平影响较大，减小杆塔接地电阻是提高该输电线路耐雷水平和降低其反击跳闸率的有效措施。

表４－２接地电阻对反击跳闸率的影响

接地电阻／Ω反击耐雷水平／ｋＡ

５１２０

７１１３

１０１０６

１５９５

２０８６

２５７５

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降低接地电阻有困难的线段，可以较大的提电阻率高、

高线路的耐雷水平，降低线路的雷击闪络率，从而减少线路的非计划停电时间，提高供电可靠性。

图４－２杆塔的接地电阻与反击耐雷水平

（土壤电阻率为５００Ω．ｍ）

根据该线路已有的雷击跳闸记录，结合影响雷击地形地貌等因素，确定需要进行防雷跳闸的线路特征、

改造杆塔的范围和防雷措施为：

ａ、已经发生过雷击跳闸的故障杆塔安装避雷器；ｂ、经过改造接地电阻仍大于３０Ω的杆塔安装避雷器；

ｃ、位于山顶的杆塔安装避雷器；ｄ、高度大于２２ｍ的杆塔安装避雷器。

对接地电阻大于１５Ω的杆塔进行降阻改造。降低杆塔接地电阻的措施有多种，如水平外延接地体、深埋式接地极、填充低阻物质、加装导电接地模块等。

安装线路氧化锌避雷器：理论计算分析和实践都证明，将线路避雷器应用到线路雷电活动强烈或土壤

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（上接３５页）

·可以减少连发性系统绝缘事故的发生；·有利于故障点电弧的自灭（因为电压低）。ｂ为了缩短弧光接地过电压的作用时间，也为了防止弧光接地向电弧接地过渡，设法在尽可能短的时间内将故障相直接强行金属接地，从而使不接地系统变成故障相直接接地的系统，此时故障相的对地电压必然为“０”，系统对地电容电流全部或者绝大部分经直接接地点回流，故障点的电弧必然熄灭，接地故障点间隙去游离。

ｃ强制接地数秒种后，将接地点断开，如果接地故障是临时性的，则系统恢复正常（运行）；如果故障点是永久性的则故障点将再次起弧（则说明故障点是永久性的）则再次将此故障相强制性金属接地，并再不断开。系统在一点（一相）良好金属性接地下运行，这是规程允许运行两小时的状态，尽管带有缺陷，但却是安全的（这里所指的安全系指：①规程允许的；②无间歇性

５结论

消弧柜，其利用成熟的过电压保护装置、微机控制技术及相应的接地断路器等组成一套自动系统，将非直接接地电网相对地及相与相之间的过电压限制到略大于正常运行线电压的水平，适用于新建变电所和老变电所的改造，消除使用消弧线圈带来的不利影响。２０１１年布尔津供电公司通过技改为贾登峪变电站配置ＧＤＸ型消弧柜一套，目前该片区３５千伏供电系统供电正常。