中性点不接地系统单相接地故障产生过电压的治理

杨仲英 曹丰伟 蔡伟伟

摘 要：本文通过哈得油田电力系统10-35kV供电系统单相接地故障产生的过电压事故频发的问题，进行分析并提出了解决办法，对系统过电压进行综合治理，实践证明效果很好。

关键词：中性点不接地系统;单相接地故障;过电压;综合治理

1.前言

哈得油田电力系统10-35kV供电系统中性点采用不接地方式，系统内10-35kV配出支路全部由电缆和架空线路组成，电缆运行时间较长且运行环境恶劣，户外线路分支多，走向复杂，运行中发生单相接地故障的几率很高，约占配电网故障的80%以上，大多集中在7-10月份。在该接地方式下发生单相间歇弧光接地时，电弧的重燃和熄灭将导致电网强烈电磁振荡，其值可达相电压的2.5—3倍。过电压持续时间较长时，将会对电网设备的绝缘造成严重破坏，烧损一次设备。中性点不接地系统产生的过电压的治理一直是供电系统需要研究解决的问题，但因过电压产生因素较多、机理复杂，一直没有彻底解决。仅2019年就发生2起因单相接地故障引起系统过电压导致的大面积停电的较大事故：1、2019年

5月27日哈四联变电所10kV一段母线过电压导致10kV1#PT烧损短路，造成10kV一段母线失压的较大事故。2、2019年9月17日哈四联变电所10kV三段母线过电压，导致系统大面积停电的较大事故，给单位造成14.44万元的直接经济损失。为确保设备安全运行，提高变电所电能质量，保证电网的安全可靠运行，需对系统内单相接地故障产生的过电压进行综合治理。

2.单相接地故障的危害

（1）中性点不接地系统中由于非故障相对地电压升高（全接地时升至线电压值），系统中的绝缘薄弱点可能击穿，造成短路故障。

（2）中性点不接地系统故障点产生电弧，会烧坏设备并可能发展成相间短路故障。

（3）中性点不接地系统故障点产生间歇性电弧时，在一定条件下，产生串联谐振过电压，其值可达相电压的2.5—3倍，对系统内设备绝缘危害很大。

3.单相接地故障类型

3.1不完全接地

不完全接地是指通过高电阻或电弧接地。当发生一相不完全接地时，不完全接地时故障相的相电压降低，但是不会降到零;非故障相的相电压高于正常相电压，但达不到线电压。

3.2完全接地

完全接地是指线路发生接地时，接地相和地之间阻值接近零欧姆，也称金属性接地。当一相发生完全接地时，完全接地时故障相的相电压降到零，非故障相的电压升高，等于线电压。

3.3弧光接地

弧光接地是指在接地的瞬间产生电弧。弧光接地过电压又称间隙性弧光接地过电压。当中性点非直接接地系统发生单相间隙性弧光接地故障时，由于不稳定的间歇性电弧多次不断的熄灭和重燃，在故障相和非故障相的电感电容回路上会引起高频振荡过电压，非故障相的过电压幅值一般可达2.5—3倍相电压。这种过电压是由于系统对地电容上电荷多次不断的积累和重新再分配形成的，是断续的瞬间发生的且幅值较高的过电压，对电力系统的设备危害极大。

4.弧光接地过电压的危害

4.1高幅值的过电压加剧了电缆等固体绝缘的积累性破坏

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薄弱环节造成对地击穿，进而发展成为相间短路事故。

4.2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用下，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，都将造成电压互感器烧毁或高压保险熔断。

4.3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400A2mS的能量指标时，就会造成避雷器的爆炸事故。

5.弧光接地时电弧对故障点的破坏

（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，将会发展成为相间弧光短路事故。

（3）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。

（4）电缆线路的相间距离很短，电弧燃烧时将直接破坏相间绝缘，以致于在几分钟之内就会形成相间短路事故。

6.哈得油田电力系统10V-35kV中性点不接地系统单相接地故障产生过电压的治理

6.1套管零序过流功能完善

6.1.1排查、确认

对系统内所管辖的10-35kV开关柜套管零序过流功能从两个方面进行排查、确认：1、10-35kV出线开关柜微机继电保护是否具备套管零序过流跳闸功能;2、10-35kV出线开关柜电缆是否装设有套管零序互感器。经统计10-35kV有15套开关柜需要整改，整改需要在出线电缆加装零序互感器和保护装置进行程序升级，从而进一步实现套管零序过流0秒跳闸功能。

6.1.2套管零序过流0秒跳闸功能完善

本次整改是将10-35kV出线开关柜微机继电保护装置套管零序过流投入，实现0秒跳闸功能，配出开路发生接地故障时迅速切除故障点，避免长时间的弧光接地造成系统过电压。

6.2消弧消谐改造、试验

对中性点不接地系统消弧消谐进行改造，改造后在发生弧光接地时，故障相的真空接触器可在30ms内合闸，将弧光接地转化为金属性接地，不仅使故障点的电弧立即熄灭，同时也彻底消除了弧光接地过电压。本次改造消弧消谐装置工作原理及动作判据分相模拟PT断线、金属接地、弧光接地功能，均正确动作，达到预期整改目的。

6.3电压互感器治理

目前哈得油田电力系统中性点不接地系统中采用的电压互感器有半绝缘电压互感器和全绝缘电压互感器两种，二者接线方式不同，半绝缘电压互感器高压N极必须直接接地运行，在正常运行中只承担相电压，在系统单相接地时，很容易激发形成高幅值铁磁谐振，需要承受线电压的冲击，可能会造成击穿故障;全绝缘电压互感器可以直接接地运行，也可以间接（接电阻、零序压变等）接地运行，还可以V形接线不接地运行，运行中可以承受线电压，在系统单相接地时，承受的是额定电压，不易击穿。将半绝缘电压互感器更换为全绝缘互感器且加装专用消谐器，可有效防止铁磁谐振过电压，减少电压互感器击穿故障发生。

7.结论

通过对套管零序过流0秒跳闸功能的完善、消弧消谐改造、全绝缘电压互感器更换的综合治理，目前10-35kV供电系统设备运行稳定，当微机保护装置和消弧消谐控制器检测到系统弧光接地后，微机保护装置快速发出跳闸命令切除故障，而消弧消谐真空接触器立即动作吸合转化为金属接地，二者完美的配合可有效的避免了孤光接地引起的系统过电压，此次治理符合哈得油田电力系统现场实际需求。

参考文献：

[1]郭雷，《中性点不接地系统单相接地故障的分新及处理》.

[2]要焕年，《电力系统谐振接地》.中国电力出版社，200905.

[3]要焕年，曹梅月等《电力系统谐振接地（第二版）》中国电力出版社，2009.09.

（新疆坤龍中泰电力工程有限公司）