消弧柜在电力系统中起什么作用？

消弧及过电压保护装置（简称KWX），是为了迅速消除中性点非直接接地系统弧光接地给电器设备带来的危害而研制的产品。装置主要由三相组合式过电压保护器DCB、! D o ]可分相控制的高压真空接触器JZ; 4 x 9 O I、微机控制器、高压限流熔断器组件FU及带有辅助二次绕组的电压互感器PT等组成。

一、中性点非直接接地系统弧光接地过电压的危害

1.1弧光接地的产生

①固体绝缘设备的增多降低了系统承受过电压的能力

随着我国电网的发展，具有固体绝I W x E ; 0 D W N缘的电缆线路逐渐取代架空线路。由于固体绝缘击穿的积累效应，在3～j O N d4倍的内部过电压作用下，局部放电& f 0 Q p + V会造成绝缘的积累性损伤。

②真空断路器的大量采用使操作过电压的概率大大提高

由于真空断路器很强的灭弧能力，在电弧过零点之? S j & 7 0 k t /前被强行截断。截流后电感中的磁能在向杂散电容充放电的振荡过程中，产生过电压。这种过电压，主要产生在相间，一般为额定相电压的3～4倍。

③内部过电压得不到有效限制使绝缘寿命大大降低

按照国标GB311.1的规定，220kV及以下的# f w 7 b N系统以雷电过电压作为防护重点。对于3～3Z ` n : ~ 3 z 95kV的中压系统，大多数场合还在采用传统的避9 i ? U ( C v a雷器来限制过电压。避雷器的放电电压为相电压的4倍以上，按躲过内部过电压设计。而且避雷器接在相对地之间，对发生在相与相之间的操作过电压，根本起不到z c m限制作用。

在内部过电压的长期持续作用下，聚乙烯交联电缆等固体绝缘设备的运行寿命大大降低，形成绝缘的薄弱环节，导致对地击穿。

④雷击、鸟害、断线、树枝等外力破坏以及阀式避雷器放电等，是产生弧光接地的外部原因。

1.2弧光接地过电压的产生e 8 C t r f

形成弧光接地过电压的基础是间歇性电弧。当中性点非直接接地系统发生单相间歇性弧光接地（以下简称“弧光接地”）故障时，3 w Z ( , ) 1由于电弧多次不断的熄灭和重燃，导致系统对地电容上的电荷多次不断的积累和重新再分配，在非故障相的电感—电容回路上引起高频振荡过o 5 R q @ 1电压。对于架空线路，过电压幅值一般可达3.1～3.5倍相电压。

以电缆线路为主的供电电网， 绝缘击穿或电弧重燃时过渡过程中的高频电流，可达数百安培甚* B 2 h y x ) Q至上千安培。高频电流过零点电弧熄灭的可能性大大提高，电缆线路弧光接地时，非故障相的过电压可达4～K v U o71倍。Y B G f 4 (

1.3弧光接地过电压的危害

①高幅值的过电压加剧了电缆等固体绝缘的积累B ( o } E 3 ] o j性破坏

对于中性点非直接接地系统，我国现行规程笼统地规定允许带单相接地故障运行2小时，并未区分是架空线路还是~ . I 7 9 7电缆线路，也没有明确是弧光接地还是金属接地。在高幅值的弧光接地过电压的持续作用下，加剧了电缆等固体绝缘的积累性破坏。最终在非故障相的绝缘* u r E薄弱环节造成对地击穿，进而发展成为相间短路事故。

②弧光接地过电压导致烧PT或保险熔断

普通的电压互感器饱和点一般为1.6～1.8倍，在弧光接地过电压作q j J用下/ i ] Q r d，使电压互感器严重饱和，激磁电流剧烈增加。另一方面，电压互感器饱和，也很容易激发铁磁谐振，导致电压互感器过载。上述两种情况，都将造成5 6 X B @电压互感器烧毁或高压保险熔断。

③ 弧光接地过电压导致避雷器爆炸

弧光接地时，过电压的能U ] { { ?量由电源提供，持续时间较长，能量很大。当过电压的能量超过避雷器所能承受的400A* h % 2m[ [ :S的能量指标时，就会造成避雷器的爆炸事故。

二、弧光接\ I ] ( y 2 G 8地时电弧对故障点的破坏

2.1 弧光接地时流过故障点的电弧电流

弧光接地或电弧重燃的瞬间，已充电的相对地电容将要向故障u d y e L ] F点放电，相当于RLC放电过程。放电( - 5 | \ + _ `电流为：

过渡过程结束后，流过故障点的电弧电流只剩下稳态的工频电容电流，其有效值为_ C & \ A 5 e：

I=3Uω0C

2.2 不同电网单相接地时的电弧电流

不难证明以电缆线路为主的电网和以架空线路为主的电网，当发生单相电弧接地时，电弧电流具有如下特征：

① 电缆线路的稳态工频电弧电流是架空线路的25～50倍；

② 电缆线路的高频电弧电流是架空线路的十倍以上 ；

③ 架空线路的接地电弧较长，高频电弧电流衰减较快。

2.3 单相接地电弧电流对架空线路的破坏

由于高频电流较小，且衰减较快，发生单相接地时，电弧电流对故障点的破坏程度，主要取决于稳态的工频电容电流。正因为这样，几十年来，人们一直把工频电容电流当作单相接地时的电弧电流。

单相接地时的电弧电流对故障点的破坏，主要表现在：

① 燃弧点的温度高达5000K以上，将会烧伤导线，甚至导致断线事故。

② 若电弧不能很快熄灭，则在风吹、电动力、热气流等因素的影响下，将会发展X ! n N o w P成为相3 k : Q 8间弧光短路事故。

2.4 单相O O r w接地电弧电流对电缆线路的B 0 l $ c破坏

① 由于电缆线路的稳态工频电容电流比架空线路大很多，而过渡过程中的高频Y v - y H ~ ~电流更大，电弧电流对故障点的破坏程度远比架空线路严重得多；

② 电缆线路的相间距; O l 2 Z a G离很短，电弧燃烧时将直接破坏相- w I X ] v L p间绝缘，以致于在几分钟之内就会r 2 c } S N i ` Y形成相间短路事故。

三、我国限制弧光接地过电压的措施分析

① 消弧线圈曾经对提高3～35kV架空线路供电可靠性起到了积极的^ K A f f G作用

中性点非直接接地系统发生单相接地时，三相电压是对称的，仍然可以继续1 . Q k N供电。由于消弧线圈的电感电流补偿G t ; S - 0 p h了电容电流，使得故障点的电弧能够自行熄灭，这就大/ ? O 0 6 | j O大减小了因受风吹、电动力等影响而引起直接的相间弧光短路的可能性。一旦电弧自行熄灭后，架空r P i t F V f W p线路的绝缘又可以完全恢复。

②O M # I S n ?消弧线圈对于以电缆线路为主的供电网络已不能继续发挥作用

随着城网改造的进行，架空线路逐步被电缆线路取代，中压电网中s | D \ H z固体绝缘的设备逐年增多，以及现有电缆线路随着运行时间的加长绝缘逐渐老化。近几年来弧光接地过电压的问题越来越突出，以至于电缆放炮等绝缘事故成为影响企业内部电网和供电电网安全运行的主要因素。

几十H 3 B ] o I年来人们误认为消弧线圈能够限制弧光接地过电压。其实不然，消弧E / h c ? % \ U线圈不仅不能抑制弧光接地过电压，1 8 s S i j p有时反而加大了过电压的幅值。

从弧光接地过电压产生的整个过程来看e * # c \，与系统对地电容n ^ ( ( 6 ! ;电流的大小并无关系。有人曾经在系统对地电容电流为1.1～4.5A的情况下v x F \ @ ] C w u做过上千次试验，结果每次都有弧光接地过电压产I z y K生。消弧线圈无法将故障点的电弧电流降低到1.1A以下，因此并不能抑制弧光接地过电! B 6 9 @ t A i压。所以，我国现行规程并不建议采用消弧线圈来抑制弧光Q X 8 c & @ u u 6接地过电压。

正是由于消弧线圈的投入，减少了故障点的电流，加快了故障点绝缘的恢复，使得在1 o S : ! F (电压接/ { x g近最大值的时候发生击穿的可能性以及在高频电流过零点击穿的可能性大大增加。这都会导致过电压幅值的增加? @ { ? X I y 6 f。

如前所述，电缆线路发生单相电弧接地时，电# @ 4 t _ \ | ^ b弧电流以高频电流为主。而消弧线圈只能补偿工频电流的90～95%，对于高频电流根本起不到补偿作用。消弧线圈无法减轻高频电弧电流对故障点的破坏。

与架空线路不同的是，电缆线路等固体绝缘设备的绝缘水平低于架空N k Q e Z 2线路，一旦发生击穿其绝缘很难恢复，而且故障的发展非+ 7 r b | j n ; 9常迅速，这类设备对弧光接地过电压的承受能f I [ a N _力远远低于架空线路。大量的事故表明，电路线路发生单相接地警报之后，少则几秒钟多则十几分钟就已发展{ T ^ 9 U U { e成为相间短路事故。

③消= t ` : v g ^弧线圈正常运行时给系统带来的问题

a.消弧线圈与系统对地电容串联谐振，产生虚幻接地或串联谐振过电d * R压

可以证明，是消弧线圈的投入，放大了系统的不平衡电压Ubp，使系统中性点产生位移电压U0：

正是这一位移电压，才导致接地保护误动作发出接地警报，造成虚幻接g D G 8 \ Z ; @地现象或者串联谐振过电压。

b.消弧线圈与系统对地电容并联谐振，产生传递过电压

变压器高压侧的对地过电压U01通过高低压绕组之间的耦合电容C12传递到低压侧，使低压侧产生过电压U02.这一过电压取决于变压器低压侧对地阻抗Z20与W e q ^高低压绕组间耦合阻抗Z1^ ! p 4 K } i2之间的分压比，即传A n b I l . . U递系数K.等效电路如下图所示：

其中，Z12由高低压绕组之间的耦合电容C; l ] $ r12构成，Z20由消弧线圈的电感L及系统对地电容C构成。