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消弧與消諧之間的區別與聯系及工作原理

更新日期：2021-11-04瀏覽：2179次

消弧和消諧的工作原理是不一樣的。消弧是指當母線發生單相金屬接地時消弧裝置動作使金屬接地通過消弧裝置動作的真空接觸器直接接地，有利于母線保護動作、這樣可以避免諧波的產生。消諧主要是消除二次諧波以及高次諧波，有利于電網的安全運行。正常運行時，消弧線圈中無電流通過。而當電網受到雷擊或發生單相電弧性接地時，中性點電位將上升到相電壓，這時流經消弧線圈的電感性電流與單相接地的電容性故障電流相互抵消，使故障電流得到補償，補償后的殘余電流變得很小，不足以維持電弧，從而自行熄滅。這樣，就可使接地迅速消除而不致引起過電壓。

消弧線圈主要是由帶氣隙的鐵芯和套在鐵芯上的繞組組成，它們被放在充滿變壓器油的油箱內。繞組的電阻很小，電抗很大。消弧線圈的電感可用改變接入繞組的匝數加以調節。在正常運行狀態下，由于系統中性點的電壓是三相不對稱電壓，數值很小，所以通過消弧線圈的電流也很小，電弧可能自動熄滅。

一般采用過補償方式，就是電感電流略大于電容電流。消弧線圈是一種帶鐵芯的電感線圈。它接于變壓器（或發電機）的中性點與大地之間，構成消弧線圈接地系統。正常運行時，消弧線圈中無電流通過。而當電網受到雷擊或發生單相電弧性接地時，中性點電位將上升到相電壓，這時流經消弧線圈的電感性電流與單相接地的電容性故障電流相互抵消，使故障電流得到補償，補償后的殘余電流變得很小，不足以維持電弧，從而自行熄滅。這樣，就可使接地迅速消除而不致引起過電壓。

長期以來，我國6～35KV(含66KV)的電網大多采用中性點不接地的運行方式。此類運行方式的電網在發生單相接地時，故障相對地電壓降為零，非故障相的對地電壓將升高到線電壓（UL），但系統的線電壓維持不變。因此國家標準規定這類電網在發生單相接地故障后允許短時間（2小時）帶故障運行，所以大大提高了該類電網的供電的可靠性。現有的運行規程規定：“中性點非有效接地系統發生單相接地故障后，允許運行兩小時"，但規程未對“單相接地故障"的概念加以明確界定。

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，這類電網的電氣設備在正常情況下都應能承受這種過電壓而不損壞。但是，如果單相接地故障為弧光接地，則會在系統中產生高值達3.5倍相電壓的過電壓，這樣高的過電壓如果數小時作用于電網，勢必會造成電氣設備內絕緣的積累性損傷，如果在健全相的絕緣薄弱環節造成絕緣對地擊穿，將會引發成相間短路的重大事故。

中性點不接地的高壓電網中，單相接地電容電流的危害主要體現在以下四個方面：

1）弧光接地過電壓的危害

當電容電流一旦過大，接地點電弧不能自行熄滅。當出現間歇性電弧接地時，產生弧光接地過電壓，這種過電壓可達相電壓的3~5倍或更高，它遍布于整個電網中，并且持續時間長，可達幾個小時，它不僅擊穿電網中的絕緣薄弱環節，而且對整個電網絕緣都有很大的危害。

2）造成接地點熱破壞及接地網電壓升高

單相接地電容電流過大，使接地點熱效應增大，對電纜等設備造成熱破壞，該電流流入大地后由于接地電阻的原因，使整個接地網電壓升高，危害人身安全。

3）交流雜散電流危害

電容電流流入大地后，在大地中形成雜散電流，該電流可能產生火花，引燃瓦斯爆炸等，可能造成先期放炮，并且腐蝕水管、氣管等。

4）接地電弧引起瓦斯煤塵爆炸

消弧線圈的作用：

電網安裝消弧線圈后，發生單相接地時消弧線圈產生電感電流，該電感電流補償因單相接地而形成的電容電流，使得接地電流減小，同時使得故障相恢復電壓速度減小，治理電容電流過大所造成的危害。同時由于消弧線圈的嵌位作用，它可以有效的防止鐵磁諧振過電壓的發生概率。

消弧線圈接地方式存在的一些問題：

1）單相接地故障時，非故障相對地電壓升高到3 相電壓以上，持續時間長、波及全系統設備，可能引起二點絕緣擊穿，引起事故擴大事故。

2）消弧線圈不能補償諧波電流，有些城市電網諧波電流占的比例達5%-15%，僅諧波電流就可能遠大于10A，仍然可能發生弧光接地過電壓。

3）對于電容電流很大的配電網，如果通過補償要使單相接地故障電流Ijd<10A，就必須使系統保持較小的脫諧度，系統的脫諧度過小，對由于三相電容不對稱引起的中性點位移電壓會產生較強的放大作用，使中性點電壓偏移超過規程允許值(<15%Un)，保護將發出接地故障信號。

另外脫諧度太小，系統運行在接近諧振補償狀態，將給系統運行帶來極大的潛在危險（諧振過電壓）；要保證中性點位移電壓不超過規程允許值，就要增大脫諧度，然而，脫諧度過大，將導致殘余接地電流太大(Ijd>10A)，又可能引起間歇性弧光接地過電壓。很難保證既使殘余接地電流Ijd<10A，又保證中性點位移電壓不超過規程允許值這兩個相互制約的條件。

4）消弧線圈的調節范圍受到調節容量限制，調節容量與額定之比一般為1/2，如按終期要求選擇，工程初期系統電容電流小，消弧線圈的小補償電流偏大，可能投不上；如按工程初期的要求選擇，工程終期系統電容電流大，消弧線圈的大補償電流又偏小，也不能滿足合理補償的要求。

5）在運行中，消弧線圈各分接頭的標稱電流和實際電流會出現較大誤差，運行中就發生過由于實際電流與電流誤差較大而導致諧振的現象。

6）由于系統的運行方式及系統電壓經常變化，系統的電容電流經常變化，跟蹤補償困難。目前的自動跟蹤補償裝置呈百花齊放的景象，實際運行考驗時間較短，運行情況還不理想。而且價格高、結構復雜、維護量大，不適應無人值班變電站的要求。

7）由于上述原因，中性點經消弧線圈接地僅能降低弧光接地過電壓的概率，不能消除弧光接地過電壓，也不能降低弧光接地過電壓的幅值，弧光過電壓倍數也很高。

8）尋找單相接地故障線路困難，目前許多小電流接地選線方法的選線成功率還不理想，往往還要采用試拉法。

9）采用試拉法時，既造成非故障線路短時停電，又會引起操作過電壓。

10）系統諧振過電壓高，諧振過電壓持續時間長并波及全系統設備，常造成PT燒壞、或PT熔斷器熔斷。武高所和廣州在區莊變電站試驗中測得1/2分頻諧振過電壓達2PU ，測得由合閘操作激發的3次高頻諧振過電壓達4PU，測得A相導線斷線并接地于負荷側時，諧振過電壓值為3.8PU。。

11）電纜排管或電纜隧道內的電纜發生單相接地時，不及時斷開故障線路，可能引起火災，上海某35KV系統電纜就發生過單相接地一小時后引起火災，燒毀電纜隧道中40多條電纜的重大事故。

12）尋找故障線路時間較長，在帶接地故障運行期間，容易引起人身觸電事故。

13）單相接地時，非故障相電壓升高至線電壓或更高，在不能及時檢出故障點的情況下，無間隙金屬氧化物（MOA）避雷器長時間在線電壓下運行，容易損壞甚至爆炸。弧光接地過電壓、諧振過電壓幅值高、持續時間長，MOA由于動作負載問題，一般不要求WGMOA系統內過電壓，不能有效利用MOA的優良特性，不利于MOA在配電網的推廣使用。　　

以電纜線路為主的配電網的特點：

1）單位長度的電纜線路的電容電流比架空線路電容電流大10幾倍，以電纜為主的城市電網對地電容電流很大。

2）電纜線路受外界環境條件（雷電、外力、樹木、大風等）影響小，瞬時接地故障很少，接地故障一般都是性故障。

3）電纜線路發生接地故障時，接地電弧為封閉性電弧，電弧不易自行熄滅，如不及時跳閘，很容易造成相間短路，擴大事故。

4）電纜為弱絕緣設備。例如，10kV交聯聚乙稀電纜的一分鐘工頻耐壓為28KV ，而一般10kV 配電設備的絕緣水平為42kV 。在消弧線圈接地系統中，由于查找故障點時間較長，電纜長時間承受工頻或暫態過電壓作用，易發展成相間故障，造成一線或多線跳閘。

5）在電纜線路中，高頻振蕩電流幅值大衰減慢，高頻振蕩電流遠大于工頻電流，在工頻電流過零時高頻振蕩電流仍然有很大的幅值，維持弧光燃燒取決于高頻振蕩電流衰減的快慢和工頻電流，消弧線圈不能補償高頻振蕩電流，又由于在電纜線路中消弧線圈補償后的殘流大，消弧線圈在電纜線路中不能消弧。　　

PT諧振：

（1）PT諧振 PT諧振對于yo/yo電磁式PT，在正常情況下線路發生單相接地不會出現鐵磁諧振過電壓，但在下列條件下，就可能引發鐵磁諧振。

1）對于中性點不接地系統，當系統發生單相接地時，故障點流過電容電流，未接地的兩相相電壓升高3倍。但是，一旦接地故障點消除，非接地相在接地故障期間已充的線電壓電荷只能通過PT高壓線圈經其自身的接地點流入大地，在這一瞬間電壓突變過程中，PT高壓線圈的非接地兩相的勵磁電流就要突然增大，甚至飽和，由此構成相間串聯諧振。

2）系統發生鐵磁諧振。近年來，由于配電線路用戶PT、電子控制電焊機、調速電機等數量的增加，使得10kV配電系統的電氣參數發生了很大的變化，導致諧振的頻繁出現。在系統諧振時，PT將產生過電壓使電流激增，此時除了造成一次側熔斷器熔斷外，還將導致PT燒毀。個別情況下，還會引起避雷器、變壓器、斷路器的套管發生閃絡或爆炸。

3）線路檢修，事先不向調度部門申請辦理停電手續，隨意帶負荷拉開分支線路隔離刀閘或帶負荷拉開配電變壓器的高壓跌落開關，造成刀閘間弧光短路而引發諧振。

4）當配電變壓器內部發生單相接地故障時，故障電流將通過抗電能力強的絕緣油對地放電，也會產生不穩定的電弧激發電網諧振。

5）運行人員送電操作程序不對，未拉開PT高壓側刀閘就直接帶PT向空母線送電，引起PT鐵磁諧振。

2.1 高度集成：

集保護、測量、控制、監測、通訊、錄波、事件記錄等多種功能于一體。

2.2 弧光保護功能：

搭配ARB5-S弧光傳感器，通過保護裝置之間的配合，可以方便實現弧光保護功能而不用增加其它任何成本，大大提升了產品性價比。實時監測環境光強，ARB5-S弧光傳感器動作閾值可設，可根據不同場合設定不同動作值。

2.3 擴展功能：

同一插槽位置可配置不同功能板件，很方便實現開入、開出等通道的擴展。

2.4 通訊功能：

采用獨立的ARM9通信處理器進行通訊管理，可提供1路RS485、2路以太網通訊接口、1路打印RS232接口和1路IRIG-B碼對時接口；通訊協議支持IEC61850、modbus RTU、modbus TCP、IEC103，可實現遙測、遙信、遙控、保護定值設定及查詢、裝置工作狀態、SOE事件記錄、錄波數據等傳輸功能。

2.5 自檢功能：

具備軟、硬件實時自檢、硬件配置自動識別與報警功能、光纖回路鏈路狀態實時監測和斷鏈報警功能。

2.6 可編程邏輯功能：

各保護功能、繼電器、開入量具有邏輯組態功能，用戶可以現場根據需要來進行設定：保護動作出口和信號輸出可自由整定、開入量可通過設定實現非電量保護功能和閉鎖保護功能。

2.7 友好人機界面：

大屏幕圖形液晶顯示，動態顯示一次系統圖、實時波形圖、故障錄波圖、各種電氣參數及保護信息，多語言菜單切換，操作快捷方便。

2.8 故障錄波功能：

采用COMTRADE標準錄波格式，可記錄20個錄波報告，可將故障前、故障中、故障后的電流、電壓、斷路器狀態和保護信息完整真實記錄下來，為用戶進行故障分析提供依據。

2.9 故障自動推畫面功能：

當保護動作或者有告警信息時，裝置自動彈出畫面，提示用戶動作或者告警的保護。

2.10 調試接口：

裝置具有專門的以太網調試接口，通過配置軟件，可以就地和遠方實現程序升級、定值設定、故障分析，提高了用戶的使用和維護方便性，提高了工作效率。