单相弧光接地过电压引起的重大事故分析

徐恩庆

【摘 要】随着经济的高速发展，电力系统越来越庞大，电网中的各种过电压发生机率越来越高，每一次的过电压都是对电气设备的安全运行造成直接的、严重的考验，而且每发生一次过电压就会对电气设备的绝缘造成一次冲击破坏，并且这种过电压破坏具有明显的累积效应，当累积一定程度时，会造成电气设备损坏，甚至是造成局域电力网络发供电中断。仅供参考，不足之处，请提出宝贵意见。

【关键词】弧光接地；过电压

随着电力系统的随着经济的高速发展，电力系统越来越庞大，尤其是电网中电缆越来越多，电网中的各种过电压发生机率越来越高，而弧光接地过电压不属于常见的，没引起重视，每一次的过电压都是对电气设备的安全运行造成直接的、严重的考验，而且每发生一次过电压就会对电气设备的绝缘造成一次冲击破坏，并且这种过电压破坏具有明显的累积效应，当累积一定程度时，会造成电气设备损坏，甚至是造成局域电力网络发供电中断。2011年11月，XX热电厂主控室事故信号报警，并网运行的#2、#3发电机组跳闸，厂内10KV高压系统母联开关跳闸。值班人员检查两个发电机组均为差动保护动作，厂内10KV高压系统母联开关为过流动作。

（1）配电室现场检查：1）一电缆出线柜内过电压保护器爆炸，产生较大冲力。2）一厂变压器三相高压熔断器全部熔断，过电压保护器烧毁。3）一高压风机重启时，接地报警。

（2）绝缘摇测检查：1）#2机组 A：0B：0C：6GΩ。

2）#3机组 A：0B：0C：2.5GΩ。3）高压电机：0（兆欧表检查）用2500V摇表检查绝缘为200MΩ。

（3）发电机定子检查：#2、#3发电机定子绕组多处绝缘受损。

故障前运行方式：35KV架空线#2线运行，#2主变压器运行，35KV架空线#1线备用，35KV母联开关备用，10KV母线母联开关全部运行。故障时无设备操作，电网无重大波动。

故障分析：由于电厂为早期投产，没有录波设备及后台机检测，根据故障现象及厂家、专家分析，认为造成这次故障的根本原因是高压电机的弧光接地，产生过电压，致使过电压保护器爆炸弧光短路。

单相弧光接地过电压的形成机理。

单相弧光接地过电压形成机理的理论分析方法很多，对于电网中性点不接地系统，电力电缆在其相间和相地间都存在等效电容。经计算表明，电网发生单相弧光接地时过电压的最大值将达到：

Umax=1.5Um+（1.5Um-0.7Um）=2.3Um

单相弧光接地的过电压瞬时最大可以达到20.4KV。如果弧光接地在接地点造成弧光间歇性反复燃烧，那么产生的过电压将大于2.3倍。根据介绍，在国外有些专家对单相弧光接地进行了试验，结果显示，过电压幅值甚至高达正常相电压幅值的3～3.5倍。在系统发生单相接地时，都产生了较高的过电压，才会引起避雷器放电。强烈的过电压使相间空气绝缘被击穿，形成相间弧光短路，至于避雷器的爆炸，主要是由于避雷器的选型错误和产品质量欠佳，再加上弧光短路产生的高能热量使避雷器的爆炸。由此可见如此高的过电压一旦产生就会使电力网络绝缘薄弱环节形成闪络放电，严重时将破坏绝缘，造成相间短路或者损害电气设备。这时发电机接地电流已远远大于5A，才会造成发电机定子铁芯熔化，即与发电机有电气连接的电力网络的单相接地电流已大大超过了5A。

单相弧光接地产生的原因。

从上述分析可见，单相弧光接地是威胁电力系统安全、稳定和可靠运行的最主要和最直接因素之一。而中性点的接地方式，是直接影响到单相弧光接地的产生和限制的。在我国的传统设计经验中，在6KV-35KV电力系统普遍采用中性点不接地的方式，这是因为在早期的电力网中，电力电缆采用量不大，系统的单相接地电容电流并不大。而随着各电力系统的快速发展，原电力系统主发生了很大的变化，电力电缆的采用量急剧增加。从系统的运行现状和经验来看，其过电压发生的机率越来越高，由于过电压造成的事故在整个电气事故中所占的比例也越来越大。电力供电系统亦属于这种情况。该系统从最初的以架空线为主的配电系统发展成为了拥有发电、供配电以及以电力电缆连接为主的电力系统，再加上即将上马的更高变配电网络，将形成以发、变和配电综合一体化电力系统。因此最初采用的中性点不接地方式将受到前所未有考验！

单相弧光接地的防范措施。

针对现在电力系统容易发生单相接地后的情况，要解决过电压以及发电机的单相接地电流的问题，应从以下几方面着手，以提电力系统在出现单相接地时的稳定性和安全性。

1.调整系统中性点的接地方式

电力系统6KV-35KV中性点目前采用的是不接地运行方式，这种方式对其本身来说虽然有它的诸多优越性，根据《电气事故处理规程》的规定，单相接地时，允许运行0.5～2h，在出现单相弧光接地时允许运行15min，这对于电力用户来说其可靠性相对较好。但是实际上一旦产生弧光接地，过电压以及大的接地电流对电气设备的损坏是迅速的，根本就没有15min的时间留给值班人员进行分析、判断和处理。实践证明电力系统中性点不接地的可靠性与其由此造成的损失和它带来的不利因素的影响相比，这种可靠性已经很难体现。结合上述的分析，中性点是否继续维持不接地方式，值得探讨。要从根本上这类问题，中性点采用消弧线圈接地，应该不失为行之有效的措施之一。

2.采用消弧线圈接地的防治措施

消弧线圈是一个铁芯可调节的电感线圈，将它装设于热电厂发电机或即将新建的变电站变压器的中性点处，这样系统发生单相接地时侯，可形成一个与接地电流大小近似相等、方向相反的电感电流与容性接地电流相互补偿，从而达到限制接地电流的目的，避免在接地点形成弧光。同时即使是运行方式发生变化，使消弧线圈的补偿度或脱谐度发生变化（无论如何变化，只要在设计上考虑充分，均不可能由过补偿转变为全补或欠补），而产生弧光接地，燃弧后电容的充放电电流要经过消弧线圈流回，而不会在故障点形成多次弧光重燃，这样就有效地避免了接地点的间歇性燃弧，达到限制弧光过电压的目的。同时在经过精确测试现有系统的单相接地电流的基础上，合理地设计和选择好消弧线圈，可以将接地电流限制在5A以下，以确保电力系统的运行安全。在我国现在很多电网，特别是一些大型工矿企业的系统都已经进行了中性点接地方式的改造，技术可行，经验成熟，运行可靠。

【参考文献】

[1]熊信银.发电厂电气部分（第4版）.中国电力出版社.

[2]张保会，尹项根.电力系统继电保护.中国电力出版社.

[3]王辑祥.电气接线原理及运行（第2版）.中国电力出版社.

[4]袁小华.电力工程.中国电力出版社.

[5]肖湘宁.电能质量分析与控制.中国电力出版.