关于10KV系统中电网安全的分析
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摘要：随着改革开放的深入进行，工农业生产和人民群众的日常生活对于供电稳定性和安全性的要求越来越高，这也成为了电网值班和管理人员日常工作中的主要内容。单相接地是电网的常见故障，切断直流电路时产生的电弧也时刻威胁着电网的安全。本文主要对10Kv系统中应用比较广泛的快速灭弧装置以及接地选线装置进行了介绍。
关键词：10Kv系统；快速灭弧；接地选线；电网安全
1 快速灭弧装置在10Kv系统中的应用
10Kv系统中的断路器在切断电流时产生的电弧威胁着触头的绝缘性和安全性，严重时甚至会导致断路器的爆炸并引发会火灾，不仅影响着系统的安全、稳定供电，还容易给电力企业带来不必要的经济损失，因此，加强在10Kv系统中灭弧装置的运用对于确保10Kv系统和设备的安全、稳定具有重要作用。
1.1快速灭弧装置的灭弧原理
在分断直流电路的过程中，如果被断开电路的电流以及加在触头间隙的电压值达到了一定水平，那么在触头间就会产生电弧。电弧的总压降（uh）由阴极压降（uk）、阳极压降（ua）和弧柱压降（uz）三部分组成，即uh=uk+ua+uz。其中，uk和ua之和为近极压降,uz=EZ•LZ（EZ代表的是弧柱电位梯度，单位为V/cm；LZ代表的是电弧长度，单位为cm）。大量的理论、实践经验表明，直流电弧的静伏安特性会随着直流电弧的总压降（uh）的增大而提高，快速灭弧装置的灭弧原理就是通过增加直流电弧的总压降（uh）来促使直流电弧熄灭。
1.2 10Kv系统中快速灭弧装置灭弧室的主要类型
（1）金属栅片式
金属栅片灭弧室主要由1～4 mm 厚的铁、铜栅片叠装而成，各栅片间距1～10mm且彼此绝缘，以扇形或平行的方式安置在灭弧室中。具有造价低、结构简单、分断电流值较大且过电压值较低的特点。该灭弧室的灭弧原理是通过栅片将电弧分割成相互串联的短弧，通过增加近极压降的方式提高电弧总压降，从而达到熄灭电弧的目标。
（2）部分绝缘栅片式
该灭弧室的灭弧原理是通过非绝缘栅片将电弧分割成相互串联的短弧，并在增加近极压降，提高电弧总压降的同时通过磁场力将电弧导入绝缘栅片当中。绝缘栅片通过加强对电弧的表面负荷作用促使电弧冷却，从而达到熄灭电弧的目标。部分绝缘栅片灭弧室具有熄弧能力强、过电压值低、体积相对较小等优点。
（3）绝缘钢片式
此类灭弧室是在部分绝缘栅片灭弧室的基础上发展而来的，它在原有的绝缘栅片嵌入具有导磁性的钢片，从而增强了对电弧的吸引力，促进了电弧与绝缘板的摩擦，从而使灭弧效果得到了很大的提升。绝缘钢片灭弧室具有熄弧能力强、电弧电压上升梯度大等优点，但是制造工艺较为复杂，造价也更加高昂。
（4）螺旋电弧式
此类灭弧室的灭弧原理是通过导弧角将直流电弧分割成许多段串联的短弧，并通过电动力的作用使其排列成螺旋状并将其拉长，最终通过与灭弧室的摩擦促使电弧冷却最终达到灭弧的目标。其主要优点是体积较小、熄弧迅速、过电压较低，缺点是需要利用磁吹力将电弧吹入各小弧角后才能发挥效能。
2 接地选线装置在10Kv系统中的应用
单相接地是电网系统最为常见的故障之一，当单相接地发生时，高压侧的非故障相电压会升高，故障相电压会降低，这虽然会引起中性点的位移，但由于故障电流较小且线电压仍然处于对称状态，因此不会对设备造成损害，用户在短时间内也可以继续正常用电。但是，如果长时间未能对其进行有效处理，那么单相接地就容易发展成为两相接地等较为严重的故障，所以为了确保人员和电气设备的安全，当系统发生单相接地时，应尽快对其进行处理。
传统方法对单相接地故障的检测需要值班人员对各线路进行轮流断电，这种检测模式不仅效率地下，也会对电网的正常运行和用户的正常用电带来不利影响。随着技术的不断向前发展，出现了专门的接地选线装置，这种装置可以在不拉闸断电的情况下检测出故障线路，相比于传统的检测方式具有显著的优势。
2.1 接地选线装置的工作原理
当电网系统发生单相接地故障时，接地选线装置通过电压互感器的二次绕组向母线的接地相发送一种加载了高频信号的电流（高频信号电流的发生器是通过电压互感器的开口三角电压启动的，由于所加载的高频信号电流的频率与各次谐波频率和工频不同，因此不会产生干扰），该电流的绝大部分会通过故障线路接地相的接地点入地，少部分会通过非故障线路的对地电容入地。然后，将一只根据电磁感应以及谐波原理制成的信号电流探测器放置在线路的导体附近接受信号电流，其中信号较强的为故障线路，信号较弱的为非故障线路，并且它们之间的差异往往非常大。
2.2 10Kv系统中接地选线装置的主要类型
（1）MLN98型
MLN98型接地选线装置是根据“相对相位”原理制成的，该装置对于故障线路的选择比较准确，并且能够区分母线和负荷接地，有效避免了因电网运行方式的不同而引起的误判。
当电网发生单相接地故障时，故障线路的零序电流是非故障线路零序电流之和，一般来说，它是装置采样值中最大的，但由于测量误差和各类外界因素的影响，排序可能会发生一些变化，但基本不会超出前三位，这一步为初选，采用的原理也是相对值的概念。判定的第二步是利用电流和电压间或电流之间的超前滞后关系来进一步确定是线路故障还是母线故障。
由于采用了计算机元件作为中央处理器，因此MLN98型接地选线装置对于故障的响应时间更快，人机界面也更加友好，并且调试也十分简单，无论是在人为短路的实验中还是在处理实际的故障时都能准确、快速的显示出发生故障的线路，对于保护10KV系统的安全和稳定发挥了巨大的作用。其优点主要体现在以下几个方面：①减轻了值班人员的工作强度，缩短了对故障线路的排查时间，大幅提升了工作效率。②调试和日常维护都比较简便，可以自动显示故障线路。③对于故障线路的选择带有方向性，能够区分母线接地与线路接地。④抗干扰性强，能够从发生接地的同时记录接地初始时间和累计时间。⑤对于电力系统不同运行模式的适应性较强，并且不会受接地电阻和线路长短的影响。⑥能够实现自动跳闸，安全性较高。
（2）能够反映出工频电容电流方向的接地选线装置
当电网发生单相接地故障时，故障线路的电容电流相对于零序电压会滞后90°，而非故障线路的电容电流相对于零序电压则会领先90°，这就让通过零序方向元件区分故障线路成为了可能。目前，采用这种判定方式的接地选线装置主要有XDJ-6型、ZD-6型以及ZD-4型，这些装置都是通过逐条检测零序电流方向的方式来寻找接地线路。但如果系统中存在长度较短的线路，那么对于功率方向的测量就会因为零序电流较小而容易受到干扰，因此在实际测量中往往会出现多选、误判、漏选等现象，测量精度有待改善。
3 结语
随着社会经济的不断向前发展，人民群众对于供电稳定性和安全性的要求逐渐提升，而灭弧装置与接地选线装置的应用在很大程度上确保了10KV系统的安全和稳定运行，尽管目前的应用中还存在着精度不足等问题，但相信随着技术的不断发展和进步，会有更多、更新、更加完善的灭弧装置与接地选线装置应用于电力系统当中，为实现电力系统的安全稳定运行作出更大的贡献。
参考文献：
[1]李景禄.电力系统安全技术[M].北京：水利水电出版社，2009.9
[2]束洪春.配电网络故障选线[M].北京：机械工业出版社，2008.9
[3]龚静.配电网综合自动化技术[M].北京：机械工业出版社，2008.8
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