發(fā)布時(shí)間：2021-07-19　　　

　　1、引言

　　我國(guó)3～35kV中壓供電網(wǎng)絡(luò)中以6kV、10kV、35kV三個(gè)電壓等級(jí)應(yīng)用較為普遍，目前采用的供電方式主要有中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地、中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地三種方式。這三種接地方式針對(duì)系統(tǒng)過(guò)電壓的防護(hù)比較通用的方式是開(kāi)關(guān)柜出線(xiàn)側(cè)安裝避雷器，在母線(xiàn)上設(shè)置電壓互感器及避雷器柜。這種傳統(tǒng)的保護(hù)方式是在以架空線(xiàn)路為主，少油開(kāi)關(guān)作為開(kāi)斷裝置的小供電系統(tǒng)的技術(shù)背景下產(chǎn)生的，九十年代中后期開(kāi)始，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，企業(yè)供電網(wǎng)絡(luò)不斷擴(kuò)大，供電方式也發(fā)生根本性的變化，企業(yè)電網(wǎng)多以電纜輸電，開(kāi)斷裝置以真空斷路器為主，而現(xiàn)代化企業(yè)對(duì)供電質(zhì)量的要求也在不斷提高，在此背景下，僅僅安裝避雷器的過(guò)電壓保護(hù)方式顯然不能滿(mǎn)足現(xiàn)代化企業(yè)對(duì)供電質(zhì)量的要求。

　　在此背景下，九十年代后期開(kāi)始，國(guó)內(nèi)過(guò)電壓保護(hù)產(chǎn)品也在不斷地發(fā)展與提高，陸續(xù)出現(xiàn)了組合式過(guò)電壓保護(hù)器、消弧柜、抑制柜等產(chǎn)品，但是，在使用的過(guò)程中，效果并不明顯，甚至形成新的故障點(diǎn)，究其原因，主要在于上述產(chǎn)品在設(shè)計(jì)以及選用時(shí)都是“頭疼醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳”，針對(duì)某一種故障原因，孤立地選用產(chǎn)品，沒(méi)有形成整體的參數(shù)配合，也沒(méi)有考慮技術(shù)方案的適用性，導(dǎo)致產(chǎn)品無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)效果，甚至產(chǎn)品自身引起供電系統(tǒng)大的故障，給企業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)直接或間接的經(jīng)濟(jì)損失。

　　中壓供電系統(tǒng)的過(guò)電壓保護(hù)不同于電流保護(hù)，其電壓通常是等電位，所以，過(guò)電壓保護(hù)的設(shè)置不僅僅要考慮縱向的配合，還需要考慮橫向的參數(shù)配合，必須針對(duì)企業(yè)中壓供電網(wǎng)絡(luò)制定一個(gè)整體的保護(hù)方案，在整體保護(hù)方案的基礎(chǔ)上，選用合適的產(chǎn)品，通過(guò)參數(shù)的配合形成一個(gè)完整的防護(hù)體系。本文針對(duì)企業(yè)供電系統(tǒng)常用的三種接地方式，提出相應(yīng)的整體保護(hù)方案，并對(duì)其技術(shù)原理進(jìn)行分析探討，以期找到一種有效的防范措施，全面提高企業(yè)的供電質(zhì)量。

　　2、中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)

　　針對(duì)工礦企業(yè)3~35kV中性點(diǎn)不接地供電系統(tǒng)，以及供電、用電的特性，結(jié)合國(guó)內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)水平，可以形成一個(gè)三級(jí)保護(hù)的整體防護(hù)體系，如圖1所示，落實(shí)到產(chǎn)品設(shè)置，包括以下設(shè)置：

　　限壓裝置1+能量抑制裝置2+單項(xiàng)接地裝置3

　　2.1限壓裝置：

　　避雷器的設(shè)計(jì)目的是為了防止雷電產(chǎn)生的相對(duì)地過(guò)電壓，現(xiàn)在的企業(yè)供電網(wǎng)絡(luò)主要以電纜輸電為主，操作開(kāi)關(guān)以真空斷路器為主，這種供電工況下，系統(tǒng)過(guò)電壓的主要威脅來(lái)自于內(nèi)部過(guò)電壓，包括操作過(guò)電壓、諧振過(guò)電壓、間歇性弧光接地過(guò)電壓、單相金屬接地等等，表現(xiàn)形式既有相對(duì)地過(guò)電壓，更多的是相間過(guò)電壓，采用避雷器已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足要求。所以，九十年代中后期，工礦企業(yè)開(kāi)始大量采用組合式過(guò)電壓保護(hù)器，組合式過(guò)電壓保護(hù)器采用六通道設(shè)置，對(duì)相地、相間具有同等的保護(hù)作用，實(shí)現(xiàn)了全面性的保護(hù)，使供用電設(shè)備的安全性大大提高；保護(hù)器的2ms方波通流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于避雷器，由150A提高到最大800A，也使得過(guò)電壓保護(hù)器的自身安全性大大提高。

　　組合式過(guò)電壓保護(hù)器包括無(wú)間隙組合式過(guò)電壓保護(hù)器和串聯(lián)間隙組合式過(guò)電壓保護(hù)器，由于串聯(lián)間隙的分散度大、以及間隙放電沖擊的影響，串聯(lián)間隙組合式過(guò)電壓保護(hù)器事故率太高，不建議采用。

　　所以，該方案中的限壓裝置由開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的無(wú)間隙組合式過(guò)電壓保護(hù)器和PT柜內(nèi)的限壓裝置共同構(gòu)成。包括每個(gè)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)設(shè)置組合式過(guò)電壓保護(hù)器，另外在PT綜控柜內(nèi)再設(shè)置專(zhuān)門(mén)的限壓裝置。每個(gè)保護(hù)單元的動(dòng)作參數(shù)配合一致，主要作用是限制斷路器關(guān)合過(guò)程中斷路器出線(xiàn)側(cè)產(chǎn)生的操作過(guò)電壓，和系統(tǒng)外部（雷電侵入波）、內(nèi)部（操作、諧振、接地等）產(chǎn)生的瞬時(shí)性過(guò)電壓。限壓裝置抗沖擊能力較強(qiáng)、可以緩和過(guò)電壓波頭的的陡度，限制過(guò)電壓的峰值，作為電壓突變的第1級(jí)保護(hù)。

　　2.2能量抑制裝置

　　電壓突變導(dǎo)致的破壞大小決定于電壓突變的能量大小，所以要充分考慮各種過(guò)電壓可能造成的過(guò)電壓能量，限壓裝置主要是針對(duì)瞬時(shí)性過(guò)電壓而設(shè)置的，電壓突變的能量一旦超出過(guò)電壓保護(hù)器的設(shè)計(jì)承受能量，就會(huì)導(dǎo)致過(guò)電壓保護(hù)器的擊穿、形成熱積累、進(jìn)而熱崩潰，就是通常所說(shuō)的爆炸。能量抑制裝置的作用是在過(guò)電壓保護(hù)器能量承受不住時(shí)，用來(lái)吸收系統(tǒng)電壓突變產(chǎn)生的能量，主要針對(duì)短時(shí)間過(guò)電壓。能量抑制裝置是整個(gè)過(guò)電壓防護(hù)體系的第2級(jí)防護(hù)。

　　2.3單相接地裝置

　　如果供電系統(tǒng)發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間間歇性弧光接地故障，產(chǎn)生長(zhǎng)時(shí)間間歇性弧光接地過(guò)電壓，而電壓突變的能量通過(guò)限壓裝置、能量抑制裝置的控制還無(wú)法消除時(shí)，則通過(guò)泄放單元實(shí)現(xiàn)電壓突變能量的對(duì)地泄放。主要針對(duì)長(zhǎng)時(shí)間的間歇性弧光接地過(guò)電壓，可以作為供電系統(tǒng)過(guò)電壓防護(hù)的第3級(jí)保護(hù)。

　　2.4多級(jí)保護(hù)的工作原理

　　傳統(tǒng)的PT柜只是對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行測(cè)量并提供100V電壓供儀表或計(jì)量使用，眾所周知，電網(wǎng)質(zhì)量的控制應(yīng)包括測(cè)量、分析、處理三個(gè)層面，所以，該方案將每段母線(xiàn)的PT柜升級(jí)為PT綜合控制柜。

　　PT綜合控制柜由PT裝置、電網(wǎng)異常監(jiān)測(cè)裝置KYZK、限壓裝置KYX、能量抑制裝置KYD、單相接地裝置共同構(gòu)成，安裝在母線(xiàn)上、替換常規(guī)的PT柜。

　　設(shè)置電壓互感器：包含傳統(tǒng)PT柜的功能，主要是測(cè)量顯示功能。設(shè)置電網(wǎng)異常監(jiān)測(cè)儀：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)供電網(wǎng)絡(luò)各個(gè)參數(shù)的變化，對(duì)電網(wǎng)發(fā)生的異常變化進(jìn)行分析，判斷供電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生異常的原因，并進(jìn)行針對(duì)性的處理。

　　對(duì)于供電系統(tǒng)產(chǎn)生的過(guò)電壓，不論什么原因引起的，過(guò)電壓保護(hù)器和PT綜控柜內(nèi)的限壓裝置在故障發(fā)生的瞬時(shí)，過(guò)電壓達(dá)到動(dòng)作值時(shí)，高壓氧化鋅非線(xiàn)性電阻導(dǎo)通，緩和過(guò)電壓波頭陡度，限制過(guò)電壓峰值。如果過(guò)電壓是瞬時(shí)性的，其他保護(hù)單元不需要投入，過(guò)電壓防護(hù)過(guò)程結(jié)束。

　　如果系統(tǒng)發(fā)生短時(shí)間過(guò)電壓，電壓突變的能量超出過(guò)電壓保護(hù)器和限壓裝置的能量承受能力，母線(xiàn)PT綜控柜內(nèi)的能量抑制裝置投入運(yùn)行，高能氧化鋅非線(xiàn)性電阻導(dǎo)通，進(jìn)一步限制過(guò)電壓，并吸收電壓突變產(chǎn)生的能量。

　　一般情況下，上述的二級(jí)防范措施就可以保證系統(tǒng)的電壓突變不會(huì)超過(guò)用電設(shè)備的絕緣承受能力。如果要確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行，在系統(tǒng)發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間間歇性弧光接地，通過(guò)限壓、能量抑制兩級(jí)防護(hù)，間歇性弧光接地過(guò)電壓依然存在，PT綜控柜內(nèi)的接地單元將發(fā)生間歇性弧光接地的故障相直接金屬接地，強(qiáng)制消弧，系統(tǒng)在保證用配電設(shè)備安全的前提下帶故障運(yùn)行。

　　整個(gè)過(guò)程，系統(tǒng)應(yīng)該是安全的，電氣人員根據(jù)故障屬性以及生產(chǎn)的需要，安排停電維修。

　　3、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地系統(tǒng)

　　針對(duì)工礦企業(yè)3~35kV中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地的供電系統(tǒng)，以及消弧線(xiàn)圈的特性、消弧線(xiàn)圈與其他保護(hù)單元的配合能力，可以形成一個(gè)四級(jí)保護(hù)的整體防護(hù)體系，如圖2所示，落實(shí)到產(chǎn)品設(shè)置，包括以下設(shè)置：

　　消弧線(xiàn)圈接地補(bǔ)償裝置0+限壓裝置1+能量抑制裝置2+能量泄放裝置3

　　3.1消弧線(xiàn)圈

　　消弧線(xiàn)圈作為一種保護(hù)措施，主要是針對(duì)系統(tǒng)對(duì)地雜散電容電流較大，可能導(dǎo)致間歇性弧光接地過(guò)電壓的問(wèn)題，主要原理是利用電感電流與電容電流在相位上相差180°的原理對(duì)系統(tǒng)的電容電流進(jìn)行補(bǔ)償，但這種補(bǔ)償只是針對(duì)工頻過(guò)電壓，而間歇性弧光接地故障常常是高頻振蕩過(guò)電壓，消弧線(xiàn)圈無(wú)能為力。

　　另外，消弧線(xiàn)圈對(duì)其他原因引起的電網(wǎng)電壓突變沒(méi)有保護(hù)作用。電氣設(shè)備在運(yùn)行中承受的過(guò)電壓有來(lái)自外部的雷電過(guò)電壓和由于系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)電磁能產(chǎn)生振蕩，積聚而引起的內(nèi)部過(guò)電壓兩種類(lèi)型。按其產(chǎn)生的原因雷電過(guò)電壓又分為直擊雷過(guò)電壓、感應(yīng)雷過(guò)電壓及雷電侵入波過(guò)電壓；內(nèi)部過(guò)電壓主要分為暫時(shí)過(guò)電壓及操作過(guò)電壓。在操作過(guò)電壓中又分為操作電容負(fù)荷過(guò)電壓、操作電感負(fù)荷過(guò)電壓以及間歇性電弧接地過(guò)電壓等。按照過(guò)電壓持續(xù)時(shí)間劃分，有瞬時(shí)性的脈沖過(guò)電壓，短時(shí)間過(guò)電壓，長(zhǎng)時(shí)間過(guò)電壓等。

　　所以，安裝消弧線(xiàn)圈不能夠替代電網(wǎng)過(guò)電壓的整體防護(hù)設(shè)置，但可以減少系統(tǒng)弧光接地發(fā)生的幾率，可以作為一種整個(gè)防護(hù)體系的0級(jí)保護(hù)，在消弧線(xiàn)圈以外，系統(tǒng)的整體過(guò)電壓保護(hù)體系如前所述按照三級(jí)保護(hù)設(shè)置，消弧線(xiàn)圈作為零級(jí)保護(hù)設(shè)置，共同形成四級(jí)的防護(hù)體系。

　　3.2工作原理

　　消弧線(xiàn)圈是預(yù)調(diào)式，沒(méi)有延時(shí)，系統(tǒng)如果發(fā)生間歇性弧光接地過(guò)電壓，消弧線(xiàn)圈快速進(jìn)行系統(tǒng)雜散電容電流的補(bǔ)償，如果補(bǔ)償殘流小于一定值時(shí)，弧光消除，則過(guò)電壓控制過(guò)程結(jié)束。針對(duì)消弧線(xiàn)圈補(bǔ)償過(guò)程中的過(guò)電壓，或者其他原因引起的系統(tǒng)過(guò)電壓，對(duì)系統(tǒng)過(guò)電壓的控制按照前述1到3級(jí)的動(dòng)作原理，對(duì)系統(tǒng)實(shí)施保護(hù)。

　　特別說(shuō)明的是，1級(jí)保護(hù)限壓裝置是利用非線(xiàn)性電阻的物理特性，與系統(tǒng)的接地方式?jīng)]有關(guān)系，是針對(duì)任何原因引起的達(dá)到一定值的過(guò)電壓。而2級(jí)保護(hù)能量抑制裝置、3級(jí)保護(hù)單相接地裝置的動(dòng)作與消弧線(xiàn)圈在時(shí)間上形成配合，消弧線(xiàn)圈的動(dòng)作是瞬時(shí)的，單相接地裝置的動(dòng)作一般延時(shí)5秒，如果消弧線(xiàn)圈達(dá)到補(bǔ)償效果，弧光過(guò)電壓消除，則3級(jí)保護(hù)單相接地裝置不會(huì)動(dòng)作，否則，在延時(shí)5秒后，單項(xiàng)接地裝置動(dòng)作將發(fā)生間歇性弧光接地的故障相直接金屬接地，強(qiáng)制性消除弧光。在延時(shí)5秒的過(guò)程中，系統(tǒng)過(guò)電壓的抑制由能量抑制裝置承擔(dān)，那么，能量抑制裝置的設(shè)計(jì)承受能量必須超過(guò)5秒。也即在整個(gè)過(guò)電壓發(fā)生到消除的過(guò)程中，保證系統(tǒng)過(guò)電壓不能超過(guò)用配電設(shè)備的絕緣耐受能力。

　　4、中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)

　　針對(duì)工礦企業(yè)3~35kV中壓供電系統(tǒng)，如果采用小電阻接地的供電方式，考慮小電阻接地的工作特性，可以形成三級(jí)保護(hù)的整體防護(hù)體系，如圖3所示，落實(shí)到產(chǎn)品設(shè)置，包括以下設(shè)置：限壓裝置1+能量抑制裝置2+中性點(diǎn)接地電阻3

　　4.1中性點(diǎn)接地電阻柜

　　中性點(diǎn)小電阻接地裝置主要針對(duì)單相接地故障，包括金屬接地、間歇性弧光接地。中性點(diǎn)通過(guò)小電阻接地，主要目的是針對(duì)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的單相接地故障通過(guò)故障線(xiàn)路的跳閘實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的保護(hù)，并不是針對(duì)所有的系統(tǒng)電壓突變。

　　無(wú)論是什么原因?qū)е碌南到y(tǒng)過(guò)電壓，對(duì)系統(tǒng)的破壞都是電壓突變的幅值和波頭陡度，以及過(guò)電壓持續(xù)的時(shí)間，也就是電壓突變的能量。所以，小電阻接地系統(tǒng)是整體保護(hù)系統(tǒng)的一個(gè)環(huán)節(jié)，不能代替整體保護(hù)體系。

　　4.2工作原理

　　針對(duì)中性點(diǎn)小電阻接地系統(tǒng)，整體電壓保護(hù)方案采用KYG-I型PT綜合控制柜。

　　KYG-I型PT綜合控制柜由PT裝置、電網(wǎng)異常監(jiān)測(cè)裝置、限壓裝置、能量抑制裝置共同構(gòu)成，安裝在母線(xiàn)上、替換常規(guī)的PT柜。KYG-I型PT綜合控制柜不設(shè)置泄放單元，其保護(hù)功能由中性點(diǎn)小電阻接地柜承擔(dān)。其它功能與上述相同。

　　中性點(diǎn)采用小電阻接地的供電方式，整體保護(hù)體系的基本原理如下：

　　電網(wǎng)異常監(jiān)測(cè)儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)供電網(wǎng)絡(luò)各個(gè)參數(shù)的變化，對(duì)電網(wǎng)發(fā)生的異常變化進(jìn)行分析，判斷供電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生異常的原因，并進(jìn)行針對(duì)性的處理。

　　對(duì)于供電系統(tǒng)產(chǎn)生的過(guò)電壓，不論什么原因引起的，過(guò)電壓保護(hù)器和PT綜控柜內(nèi)的限壓裝置在故障發(fā)生的瞬時(shí)，過(guò)電壓達(dá)到動(dòng)作值時(shí)，氧化鋅非線(xiàn)性電阻導(dǎo)通，緩和過(guò)電壓波頭陡度，限制過(guò)電壓峰值。如果過(guò)電壓是瞬時(shí)性的，其他保護(hù)單元不需要投入，過(guò)電壓防護(hù)過(guò)程結(jié)束。

　　如果系統(tǒng)發(fā)生非接地原因?qū)е碌亩虝r(shí)間過(guò)電壓，電壓突變的能量超出過(guò)電壓保護(hù)器和限壓裝置的能量承受能力，PT綜控柜內(nèi)的能量抑制裝置投入運(yùn)行，進(jìn)一步限制過(guò)電壓，并吸收電壓突變的能量。

　　如果系統(tǒng)發(fā)生接地故障，包括金屬接地和間歇性弧光接地，由中性點(diǎn)接地電阻柜與故障線(xiàn)路形成大電流實(shí)現(xiàn)故障切除保護(hù)。而在故障切除之前與故障切除過(guò)程中形成的過(guò)電壓，由上述的兩級(jí)保護(hù)承擔(dān)，這樣可以確保整個(gè)過(guò)程中用電設(shè)備的安全。

　　5、結(jié)語(yǔ)

　　1）工礦企業(yè)3~35kV供電系統(tǒng)，如果只是針對(duì)某一種故障原因孤立地選擇過(guò)電壓保護(hù)的產(chǎn)品，在實(shí)際運(yùn)行中往往達(dá)不到預(yù)期效果，甚至保護(hù)裝置自身形成一個(gè)新的故障點(diǎn)。

　　2）根據(jù)供電方式的不同，應(yīng)該制定一個(gè)電網(wǎng)電壓的整體控制方案，按照該方案配置系統(tǒng)過(guò)電壓的保護(hù)產(chǎn)品。

　　3）過(guò)電壓的限制應(yīng)該根據(jù)過(guò)電壓能量的大小，形成一個(gè)多級(jí)的保護(hù)層，各保護(hù)層的參數(shù)相互配合。

　　4）多級(jí)保護(hù)方案中個(gè)保護(hù)層之間的參數(shù)配合保證供電系統(tǒng)的過(guò)電壓不會(huì)超過(guò)用配電設(shè)備的絕緣承受能力，保障供電系統(tǒng)安全有效的運(yùn)行。

　　參考文獻(xiàn)

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