自动跟踪补偿消弧装置对单相接地故障的处理解析

第三章 自动跟踪补偿消弧装置对单相接地故障的处理

3.1单相接地故障性质的判断

配电网在运行过程中可能发生各种故障和不正常运行状态，最常见同时最危险的是各种形式的短路故障。统计资料表明，配电网中以单相接地短路故障发生最多，高达80%。谐振接地配电网中发生单相接地故障时，由于故障点的电流很小，而且三相的线电压依然保持对称，不影响负荷的供电，因此属于不正常运行状态。

由电路理论分析可知，电网发生短路故障后，电压、电流包含随时间衰减的暂态分量和幅值不随时间变化的稳态分量。

3.1.1瞬时性单相接地故障分析判断

根据实际运行经验证明，接地电流较大时，会在故障点产生持续性的弧光接地。为了消除电弧过程中可能带来的危害，我国《电力设备过电压保护设计技术规程》规定，在3-10KV 系统中接地电容电流超过30A ，20KV 及以上系统中超过10A ，其系统中性点均应采取谐振接地方式。

1.零序稳态量故障特性分析

对于谐振接地系统，正常运行时中性点电压为零，消弧线圈不起作用。当发生单相接地故障时，三相对地通路的对称性遭到破坏，由于中性点悬空，一相接地后中性点电位将发生偏移，导致其三相对地电压变化。中性点电压升高，在消弧线圈中产生于线路零序电容电流极性相反的感性电流，为： A L E I j

L

ω= 产生的感性电流可以抵消系统的电容电流，从而减少流经接地点的故障电流，是故障电弧在电流过零点易于熄灭。如果故障点绝缘恢复速度大于故障相电压恢复速度。电网将恢复正常运行。根据对电容电流补偿度的不同，消弧线圈补偿方式分为全补偿、欠补偿、过补偿。为了防止线路发生串联谐振，实践中一般采用过补偿方式。在过补偿方式下，故障线路的零序电流幅值很小，甚至小于健全线路。放向也与健全线路相同，从母线流向线路。对于自动跟踪补偿系统，正常运行时全补偿，发生单相接地故障时，故障线路的零序电流幅值更小，理论上为零。

2.零序暂态量故障特性分析

对于暂态过程，由于消弧线圈对暂态高频电流的电抗非常大，几乎可以认为是开路，因此实际上它不影响暂态电流分量的计算。同时，考虑到消弧线圈在电网正常运行状态下的电流约等于零，且不能发生突变，所以中性点谐振接地系统与中性点不接地系统的暂态过渡过程近似相同。

文[]中提出，由于暂态电感电流的最大值应出现在接地故障发生在相电压经过零值瞬间，而当故障发生在相电压接近于最大值瞬间时，暂态电感电流约等于零。因此，暂态电容电流较暂态电感电流大很多，在同一电网中，无论是中心点不接地还是谐振接地，在相电压接近于最大值时发生故障，其过渡过程是近视相同的。一般暂态电容电流的持续时间很短，即使其自由振荡分量的幅值达到最大，也不会对接地电弧熄灭带来多大影响。

3.1.1永久性单相接地故障分析判断

永久性单相接地故障的稳态特性和暂态特性与瞬时性单相接地故障基本相同。瞬时性故障下故障点的绝缘并没有被破坏，一旦放电结束，故障点的绝缘会恢复，电网恢复正常运行；永久性故障情况下故障不能自行恢复，这种情况下，故障点的绝缘被永久破坏。由于电弧燃烧时间过长可能将瞬时性故障转换为永久性故障。所以，当不论发生的是瞬时性单相接地故障还是永久性单相接地故障，都可以通过零序电压变化和电容电流的大小来判断。

3.2装置对瞬时性单相接地故障的处理

3.2.1.消弧线圈成套装置简介

自动跟踪补偿消弧线圈可以自动适时地检测跟踪电网运行方式的变化，快速调节消弧线圈的电感值，以跟踪补偿变化的电容电流，使失谐度始终处于规定的范围内。大多数自动跟踪消弧装置在可调的电感线圈下串有阻尼电阻，它可以限制在调节电感量的过程中可能出现的中性点电压升高，以满足规程要求不超过相电压的15%。当电网发生永久性单相接地故障时，阻尼电阻可由控制器将其短路，以防止损坏。其原理接线如图3-所示。

消弧线圈

阻尼电阻

自动跟踪补偿消弧线圈原理接线图

自动跟踪补偿消弧线圈按改变电感方法的不同，大致可分为有分接头的调匝式，有可动铁心的调气隙式，磁阀式调节的消弧线圈，高短路阻抗变压器式消弧系统以及调容式消弧补偿装置等。

3.2.2自动跟踪补偿消弧装置原理

目前自动跟踪补偿消弧装置已大量的在配电网中运行，自动跟踪补偿消弧装置与人工调谐消弧线圈相比，具有显著的优越性。首先时可以避免人工调谐消弧线圈等诸多麻烦，而且不会使电网在调谐时暂时失去补偿；其次，由于自动跟踪补偿消弧装置能保证补偿精度，不仅可以提高补偿的动作成功率，同时能够限制弧光接地过电压和铁磁谐振过电压，有利于电网的安全运行。

自动跟踪补偿消弧装置目前厂家较多，型式也较多，但从结构和原理上大致分为以下几种型式。

（一）调抽头式

这种方式主要由接地变压器、可调电抗器、阻尼控制柜和微机控制器组成，对中性点引出的电网（如35KV 电网），可省去接地变压器。

调抽头的方式主要是利用有载开关来切换可调电抗器的抽头，进行测量调感的。其工作原理有两种方式：

1.位移电压法（串联谐振法）

补偿电网正常运行时中性点位移电压

n U =

式中，C K 为电网不对称系数，A E 为相电压，v 为脱谐度，d 为阻尼率。

电网运行方式不变，电网的不对称度C K 也不变，C K 与脱谐度无关。

设在抽头1T 时位移电压为1n U 、在抽头2T 时位移电压为2n U ，则有

12n n U U = 因为C L C

I I v I -=，阻尼率d 可以略去，所以 1221

n C L n C L U I I U I I -=- 式中，C I 为某一运行方式下电网的电容电流，1L I 、2L I 为消弧线圈在不同抽头1T 、2T 时的补偿电流。

于是可得

121212

1n L L n C n n U I I U I U U -

=- 式中1n U 、2n U 应同时在调谐特性曲线的连续上升（欠补偿）部分或连续下降（过补偿）部分。

用这种数学模型测量的自动跟踪消弧线圈目前在国内是比较多的，它具有以下特点：

（1）结构简单，操作方便，一次设备比较可靠，制造方便。

（2）在处理单相接地故障时，噪音低。

（3）对电网运行方式的变化能自动跟踪，响应时间也较快。

但这种结构消弧线圈也有它的缺点：

（1）电感量的变化是靠调节抽头获得的，调整分阶梯，补偿电流不能做到连续无级可调。

（2）在数学模型中略去了阻尼率d ，通常电网的d 值较小（3%~5%），但如加上消弧线圈本身的阻尼电阻，d 值就不能忽略，

特别是在接近谐振点更是如此。以致造成测量误差大，