配电网快速开关消除弧光接地故障技术研究.docVIP

配电网快速开关型消除弧光接地故障技术研究 　　1 引言 　　中国配电网的中性点主要采用不接地和谐振接地两种运行方式，规程规定其可以带单相接地故障运行2h。但是随着配电网中越来越多的使用固体绝缘的电缆线路，线路绝缘不具有自恢复性，在发生单相电弧接地故障时，长时间带故障运行会造成绝缘损伤积累，在间歇性弧光接地过电压的作用下容易发生绝缘击穿，引发更为严重的相间短路事故，所以必须采取措施消除弧光接地故障。而电缆线路单位长度对地电容较架空线路大很多，故障电容电流很大，当其值达到或超过150A时，采用谐振接地方式的配电网中消弧线圈将难以补偿接地电容电流，不能完全消除电弧。在以电缆线路为主的配电网中，消弧线圈不仅不能消弧，反而会带来选线灵敏度降低等问题，必须选择更为有效的消弧措施以适应电网发展要求。 　　按照熄弧原理，目前配电系统消弧方式大致可分为电流型消弧和电压型消弧。传统的中性点经消弧线圈接地方式属于电流型消弧，由于消弧线圈不能达到全补偿的目的，国内外学者尝试利用附加的电力电子器件组成补偿装置，对接地残流进行补偿[3-8]，称为有源电流型消弧方式，现阶段技术较为成熟的有瑞典RCC残流补偿装置[9]、哈佛ERC+补偿装置[3]、华北电力大学主从式消弧线圈[10-13]等。有源电流型消弧方式仍然存在补偿电流有限，响应时间慢，依赖电流精确测量装置等诸多缺点，难以广泛应用。电压型消弧方式则是通过对故障相恢复电压的控制，抑制电弧重燃，从而达到消除电弧的目的[14，15]，国内现有的电压型消弧方式有将故障相弧光接地转换为金属性接地、小电抗接地和氧化锌电阻接地三种。电压型消弧与故障电流大小无关[16，17]，故障电流很大时也可以达到完全消弧，相比于电流型消弧方式有较大优势，已有装置投入使用[18，19]，但是在装置的动作策略以及相配套的故障判别和故障选相策略方面还有进步的空间，需要进一步研究。 　　针对将故障相弧光接地转换为金属性接地的电压型消弧方式，本文研究了一种配电网快速开关型消弧技术，介绍了该技术相对于传统消弧线圈的优点，对其消弧原理及相应的故障判别、故障选相、故障选线等环节的流程进行研究，并通过仿真验证了快速开关型消弧消谐技术原理的可行性和动作流程的合理性。结果说明快速开关型消弧技术在理论上可以达到快速消除电弧接地故障的目的，有助于提高配电系统的供电可靠性。 　　2 快速开关型消弧技术概述 　　2.1 电压型消弧方式概述 　　快速开关型消弧技术以弧隙恢复抗电强度理论为基础[14]，是一种典型的电压型消弧方式。采用快速开关将单相弧光接地转换成母线处故障相稳定的金属性接地，实现接地故障的转移并钳制故障相恢复电压，使得故障相弧隙电压始终小于弧道介质的恢复强度，电弧将不会重燃。电容电流分布图如图1所示。 　　由式（1）可知故障电流与线路对地电容直接相关，配电网中大量使用电缆线路时，线路对地电容大幅度增加，电流型消弧方式的应用将受到限制。 　　利用快速开关将线路弧光接地故障转换为母线金属性接地，见图1中虚线，线路故障点电弧电流全部转移到母线的金属性接地相，流过故障点的电弧电流迅速降为0，电弧很快熄灭，而且故障相电压被钳制在较低水平，电弧不发生重燃，从而消除弧光接地故障。 　　电压型消弧方式不受接地电容电流大小的影响，在实现完全消弧的同时避免了有源电流型消弧方式中对故障电流的复杂追踪和补偿计算过程，消弧过程相对简单，响应时间短。 　　2.2 快速开关开断技术 　　在发生单相接地故障时，要求开关在尽可能短的时间内将弧光接地故障转换为稳定的金属性接地。传统的机械开关虽然带负载能力强、导通稳定，但响应速度慢，一般在50ms左右，不能满足开关快速动作要求；电力电子开关响应速度快，但其通态损耗过大、耐压力低。因此，快速开关型消弧装置一般采用基于电磁斥力机构的改进型快速开关，可实现7ms内合闸，3ms内分闸，开断电流达40kA，能够满足快速分合闸并且在两相接地故障时迅速断开短路电流的要求。 　　改进型快速开关是一种基于涡流原理的新型快速操动机构，结构原理如图2所示。主要由真空灭弧室、动导电杆、分合闸线圈、金属盘等组成[20-21]。灭弧室内动触头的操作机构由电磁斥力机构带动。电磁斥力机构的工作原理：当开关收到合闸（或分闸）命令时，分闸（或合闸）线圈中产生持续几毫秒的脉冲电流，励磁线圈在此脉冲电流作用下产生交变的磁场，同时金属盘因感应出涡流而产生电磁力。金属盘受到洛仑兹斥力的作用迅速运动，通过连杆驱动真空灭弧室的动触头动作，从而实现快速真空开关支路的快速分合闸。 　　3 快速开关型消弧装置 　　3.1 快速开关型消弧装置结构 　　基于电压型消弧方式的快速开关型消弧装置结构如图3所示。装置通过电压互感PT的辅助二次开口三角电压来判断系统是否发生故障，控制器