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油田电网内部过电压应对措施探讨

发表时间：2021/3/26 来源：《中国电力企业管理》2021年1月作者：张辛酉孙平张海涛

[导读] 消弧消谐选线综合装置可快速消除间隙性弧光接地故障和非线性谐振故障,大大提高了油田电网的安全可靠性,相关装置还具有准确的接地选线功能,为故障排除和系统分析提供了极大方便。本文主要针对油田电网内部过电压探讨相关措施。

胜利石油管理局有限公司公共事业服务中心张辛酉孙平张海涛

摘要：消弧消谐选线综合装置可快速消除间隙性弧光接地故障和非线性谐振故障,大大提高了油田电网的安全可靠性,相关装置还具有准确的接地选线功能,为故障排除和系统分析提供了极大方便。本文主要针对油田电网内部过电压探讨相关措施。
关键词：油田；电网；过电压
        随着油田产能不断提升，生产区域逐年扩大，10kV系统总的线路长度逐年增加，导致系统对地电容电流增长过快，系统单相接地时流经接地点的故障电流较大，而间歇性的弧光接地则易出现过电压，在长时间作用下会对整个系统的绝缘产生较大危害。
        1、弧光过电压及危害
        在系统单相接地时，若接地点接地电流较小，接地电弧在电动力和热空气的作用下，一般能在短时间内自行熄灭。但若系统线路总长度较大时，接地电流进一步增大，接地电弧不能自行熄灭，将会出现时燃时灭的不稳定状态，形成因系统电感电容的电磁振荡过程，造成遍及整个系统的间歇性弧光接地过电压。其作用时间一般较长，且遍及整个电网，在绝缘条件不好的情况下容易造成事故。而中性点不接地电网中出现间歇电弧的概率很大，有资料表明，在电网全部接地故障中约60%是由间歇性电弧过电压引起的。根据实际运行经验，间歇性弧光接地过电压倍数一般不超过3.1倍相电压，两个案例中最高电压分别达到了正常相电压的2.4倍及2倍。
        在发生弧光接地过电压期间，一个工频周期内发生2次过渡过程，短时间内避雷器将多次动作，内部吸收过度热量，从而导致避雷器内部阀片温升过高，对于生产质量本身不够高或因外界环境因素(包括温度、湿度等)而导致效能下降的避雷器来说，运行性能进一步下降，而在多次间歇性过电压的作用下，避雷器动作次数过多，发生击穿损毁事故的概率也就更大。除了避雷器，间歇性弧光接地过电压还会导致TV熔丝熔断或烧毁，以及引发短路故障造成变压器损毁等，已成为油田电网中影响正常运行的一个重要因素。
        2、消弧线圈补偿抑制弧光接地过电压
        DL/T620—1997《交流电气装置的过电压和绝缘配合》中规定，对于中性点不接地的3～10kV钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路构成的系统和所有35kV、66kV系统，当需要在接地故障条件下运行时，若单相接地故障电容电流值超过10A，则应采用消弧线圈接地方式。当不接地系统中性点使用消弧线圈后，系统谐振接地，若发生单相接地故障，消弧线圈将产生与电容电流反相的电感电流，通过补偿最终使接地电流变得很小，理想情况可达到零，从而减小接地处的电弧以及由它所产生的过电压危害。同时能延缓熄弧后恢复电压的上升速度，减小重燃的可能性。
        目前中性点经消弧线圈接地方式已在我国6～35kV配电网得到广泛应用，系统电容电流的准确检测及系统位移电压的控制是影响消弧线圈补偿效果的关键。为了避免加剧中性点位移电压，消弧线圈一般情况下应采用过补偿方式，脱谐度控制在10%以内。
        3、对消弧线圈作用的几点讨论
        虽然消弧线圈对抑制间歇性弧光接地过电压有一定的作用，但因为油田电网6～35kV系统中性点不直接接地，导致不能从根本上解决弧光接地过电压及其引发的相关次生危害。
        1)现行所有为消弧线圈设计的自动跟踪或自动调谐装置都是在电网工频下工作的，在高频振荡的过渡过程中，由于消弧线圈和电网电容两者的频率特性相差悬殊，是不可能互相补偿或调谐的。

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单相接地故障最危险的时刻发生在单相间歇性电弧接地阶段，此时在非故障相上产生的弧光接地过电压最高可达3.5倍相电压，电流从一种稳定状态过渡到另一种稳定状态时必须经过高频振荡过渡过程，通过电弧接地故障点的高频电流也最大，而当稳定接地时通过故障点的电流才是工频电容电流或经消弧线圈自动跟踪补偿后的残流。系统中有消弧线圈时，单相间歇性电弧接地时刻通过故障点的电网电容电流和电感电流均是高频的，但这两者的频率特性完全不同，电容电流分量达到最大值时，消弧线圈中的电感电流还没有，待电容电流衰减到稳态后消弧线圈才产生很大的饱和高频电流。所以在单相间歇性电弧接地时刻消弧线圈中的电感电流分量和电网电容电流分量是不可能完全补偿或调谐的。
        2)在消弧线圈使用过程中，如果接地残流、脱谐度等参数设置不当，甚至会产生更高的谐振过电压。而如果消弧线圈未投入前系统已经不平衡，投入消弧线圈后，将加剧系统的不平衡。此外，如果线路不对称度很大，特别是开关非全相动作或线路发生单相、两相断线时，有可能引起串联谐振。
        3)随着电网的发展与建设，对地电容电流将随线路长度持续增加，而当消弧线圈的补偿容量不足时易形成欠补偿，仍不利于电网安全运行。
        4)根据电网运行经验，与消弧线圈配套的近谐振选线系统一般情况下选线准确率较低，不利于接地故障的查找与排除。
        4、消弧线圈与消弧装置的比较
        消弧线圈主要基于补偿原理，用感性电流补偿单相接地时所形成的电容电流，使得接地电流减小，同时使故障相恢复电压速度减小，治理电容电流过大所造成的危害;同时由于消弧线圈的嵌位作用，可有效防止铁磁谐振过电压的发生概率。在谐波含量较大或是电缆线路占较大比重的系统中，消弧线圈往往起不到消弧作用，从而引发事故的扩大。此外，其使用还受到线圈容量的限制，不利于系统长远规划，但其对接地电流的抑制作用是毋庸置疑的。
        消弧原理与消弧线圈原理截然不同，虽然可有效消除弧光接地的危害，但对于接地电流无抑制效果。虽然部分设备制造厂家称可保证200A大小的电容电流连续通过至少2h以上，因其本质上相当于将故障点电流转移到装置接地点处，在电网电容电流水平较大的情况下，接地点热效应增大，对变电所电缆等设备造成热破坏。同时该接地电流流入变电所接地网内将使接地网电压升高，对于设备、人身的安全将会产生影响，此外产生的交流杂散电流危害也不容忽视。
        消弧线圈与消弧装置的配合使用鉴于消弧线圈、消弧装置的各自特点，可在10kV电网电容电流水平超过规程规定的10A时采用消弧线圈配合消弧装置的使用方案。正常运行时，利用消弧线圈自动跟踪计算系统电容电流，为补偿接地电容电流提供依据。消弧装置隔离刀开关闭合，系统三相电压接入，真空接触器断开。当系统发生单相接地故障时，消弧线圈自动调谐成套补偿装置迅速(约为10μs)对接地点电流进行补偿;消弧装置在40μs内闭合接地相对应的真空接触器，把故障点的电流转移到消弧装置内，并将接地故障转化为稳定的金属接地。通过消弧线圈自动调谐成套补偿装置和消弧装置的配合使用达到既消除弧光接地过电压，又补偿了单相接地电流的效果。目前，消弧线圈与消弧装置配合使用方案在地方电网用户中得到较好的应用效果。
        结束语
        本文根据油田电网两起过电压故障，对弧光接地过电压进行了分析，介绍了目前长庆油田电网消弧线圈应用情况，分析了消弧线圈对抑制过电压的不足，及消弧装置对消除弧光接地过电压的优势。综合两者特点，结合油田电网发展趋势，在面对接地故障引起的内部过电压情况下，可考虑消弧线圈及JWSX消弧装置配合使用的措施来限制过电压水平，保证电网安全可靠运行。
参考文献
[1]李军鸿,刘辉,王丹.一起消弧装置引起的矿井电网事故分析[J].能源与环保,2019,41(09):57-60.
[2]张明,刘建政,梅红明,刘树.谐振型电网单相接地故障消弧及选线研究[J].电工电能新技术,2011,30(01):36-39+83.