关于2011年国网947号文件 明确禁用消弧柜

故障相接地法消弧装置的技术缺陷分析

摘要：中性点不接地系统中，采用故障相接地法的消弧装置能够对线路发生的弧光接地进行消弧。但是，故障相接地法的消弧装置有着严重的技术缺陷，会对安全供电产生严重危害，甚至造成大面积停电，应禁止使用。
关键词：配电；故障；接地；消弧；安全

一直以来，中性点不接地方式是我国配电网采用最多的一种接地方式，它投资省、供电可靠性高。但是，当该系统中发生弧光接地时，由于对地电容中的能量不能有效释放，将会产生弧光接地过电压或谐振过电压，该电压的数值很高，会对系统中电气设备的绝缘造成威胁。长期以来，我国推荐使用消弧线圈对此故障进行消弧，但消弧线圈投资高、占地面积大，而且存在一些性能方面的缺陷，近几年市场上推出一种采用故障相接地法的消弧装置，其原理是当中性点不接地系统发生单相接地时，将故障相接地，强行导致故障相对地电压为零，从而实现消弧，该装置造价低、占地面积小，被一些单位接受使用。由于采用故障相接地法的消弧装置推出时间较短，对其技术本身的缺陷研究较少，一些单位在使用后发生装置爆炸、停电等事故，本文通过对故障相接地消弧装置存在的缺陷进行技术分析，说明配电网不能使用故障相接地法的消弧装置。
一、故障相接地法消弧装置的工作原理
如图1所示，故障相接地法消弧装置的工作原理是：当某条线路C相发生单相接地时，故障相接地法消弧装置将C相的真空接触器合上，使C相直接接地，此时故障相C相对地电压为零，如果是弧光接地，由于故障点对地电压为零，故障点将不会再次击穿从而实现消弧。但是，如果故障点的绝缘耐受值小于相电压，且故障为永久性的，当该消弧装置一旦退出，故障点会继续重燃。

图1
二、故障相接地法消弧装置的技术缺陷分析
与消弧线圈相比，采用故障相接地法的消弧装置具有造价低、占地面积小等优点，对线路发生的单相接地也能够消弧。但是，该技术的存在严重的技术缺陷，会对安全供电产生严重危害，甚至造成大面积停电，应禁止使用。
1、故障相判断不能做到100%
⑴ 没有100%的判相理论支持。
中性点不接地系统，由于消弧线圈的长期应用，无须对故障相判断，因而故障相判断的研究仅限于经验归纳。
110kV以上中性点直接接地系统，由于重合闸的要求，故障相判断研究比较成熟，由于故障接地的复杂性，也不能做到100%的准确判断。
故障相接地消弧装置判相错误就会引起相间短路，故障相接地消弧装置无法做到100%的故障相判断，从而给系统产生严重的安全隐患。
⑵ 消弧柜中的高压熔断器，正是为防止判相错误而设。
故障相接地消弧装置为防止判相错误，均设置高压熔断器，来防止其判相错误产生的相间短路。
高压熔断器最重要的缺陷就是开断大电流的能力较低，这正是制约高压熔断器广泛使用的原因。因此配电系统依然使用断路器，而不使用熔断器。
故障相消弧装置使用高压熔断器来开断因其判相错误造成的相见短路，显然是非常不可靠的，一旦高压熔断器不能正确开断，电弧在高压熔断器熔管中产生大量的热量，造成高压熔断器爆炸。
2、一旦判相错误将造成相间短路
⑴ 高压熔断器正常开断，系统将失去消弧保护，弧光接地有可能造成事故。
⑵ 高压熔断器不能开断，将造成两方面的严重后果：
A、 要么消弧柜中的高压熔断器爆炸。
B、 要么母线进线开关跳闸，造成母线停电，如化工等对供电可靠性要求特别高的企业，等于饮鸩止渴。
3、非总降变电所的开闭所、末端变母线段应严禁使用消弧柜
非总降变电所任何出线发生单相接地，开闭所、末端变母线上的消弧柜都会动作，造成多点接地，总降变电所无法判断那条出线故障，超过2小时，总降变电所母线必须停电，造成大面积停电。分析如下：

图2
如图2所示，假设1号客户端母线安装了故障相接地消弧装置，当2号客户线路发生单相接地，故障相接地消弧装置动作将故障相接地，就会有2条线路的故障相接地，供电公司配变变电所就无法实施选线，当手动拉开2号客户线路，接地现象不会消失，拉开1号客户线路，接地同样也不会消失，按规程规定，故障2小时后，供电公司配变母线必须停电。
如果在多个客户端安装故障相接地消弧装置，危害则更大，何一个消弧柜判相错误，将造成所有的消弧柜相间短路，后果不堪设想。
4、有直配高压电机的母线段不能使用消弧柜
直配高压电机年损坏率1.25/百台年。一旦电机绕组发生单相接地，消弧装置动作，短接一部分电机绕组，被短接的这部分电机绕组切割磁力线，产生电动势，相当于故障相接地消弧装置短接一个电源，短路电流可达几千安乃至几十千安，烧坏电机定子槽，电机报废。
5、造成小容量变压器绕组发生单相接地时损坏
如果变压器绕组发生单相接地，本来油浸式变压器的拉弧可自愈，不会造成事故，但采用故障相接地法的消弧装置动作后，短接一部分变压器绕组，被短接的这部分变压器绕组切割铁芯中的磁力线，产生电动势，等于故障相接地消弧装置短接一部分电源，短路电流也可达几千安乃至几十千安，从而烧坏变压器绝缘造成事故。特别是小容量的10kV/0.38kV的变压器，本身只有配备瓦斯保护，一旦绕组发生单相接地，采用故障相接地法的消弧装置动作后短接一部分电源，近似于发生匝间短路，微机保护又不会动作，只靠瓦斯保护动作，若动作时间过长将会造成很大的事故。因此，采用故障相接地法的消弧装置只能用于线路消弧，但是许多输电线路总是与变压器或电机相连接的。
6、退出消弧时可能引发PT铁磁谐振。
故障相接地消弧装置退出消弧时刻，此刻系统对地电容储存的电荷，由于中性点不接地系统只有PT中性点接地，系统对地电容储存的电荷只能通过PT泄放，因而可能引发PT谐振。
7、电容电流﹥30A的系统不能使用故障相接地消弧装置
由于对地电容电流﹥30A的系统，X0/X1（零序阻抗/正序阻抗）可能落在（-20，-1）之间，当发生单相接地时，系统对地电容与系统电感发生基频谐振，健全相的工频电压很高，系统无法承受。因而我国规程要求对地电容电流﹥30A的系统要采取消弧线圈，改变零序阻抗，使X0/X1远离（-20，-1），防止发生单相接地时，系统对地电容与系统电感发生基频谐振。
故障相接地消弧装置不改变系统的零序阻抗，故电容电流﹥30A的系统不能使用故障相接地消弧装置。
8、有树障的架空线路不能使用采用故障相接地法的消弧装置
对于有树障的架空线路，假如树枝接触A相而故障相接地法消弧装置动作将A相接地，当风再一吹使树枝接触B相或C相就会发生两相分别接地短路（相间短路），此时，故障相接地法消弧装置不仅不能消弧还会造成线路跳闸停电。
9、影响小电流选线装置正确选线
当出线发生单相弧光接地故障时，消弧柜动作将故障相在母线处直接接地，形成多点接地，小电流选线装置无法判断故障线路。
总之，故障相接地消弧装置虽然能够消弧，但是其本身的技术缺陷非常严重，会给系统带来严重的安全隐患，因而系统中应禁止使用故障相接地消弧装置。

参考文献：
[1]朱家骝.城乡配电网中性点接地方式的发展及选择[J].电力设备,2000,Z1期:31-35.
[2]要焕年,曹梅月.电力系统谐振接地[M].北京:中国电力出版社,2000.