电弧接地过电压分析研究

张亚磊

摘要：电力系统中的大部分故障是单相接地故障，在中性点不接地系统中发生单相接地故障时，常出现电弧的燃烧与熄灭的不稳定状态。这种间歇性的电弧将导致系统中电感、电容回路的电磁振荡过程，产生遍及全电网的间歇性电弧接地过电压，对电气设备的绝缘也造成威胁。

关键词：电弧接地过电压;消弧线圈。

引言

运行经验表明，电力系统中的大部分故障是单相接地故障，在中性点不接地系统中发生单相接地故障时，将有数值不大的接地电容电流流过故障点。这时故障相的对地电压变为0，而另外两相的对地电压升高到线电压。但系统三相电源电压仍维持对称，不影响对用户继续供电。因此允许带故障运行一段时间（一般1.5 ～2 h），以便运行人员查明故障并进行处理，这就大大提高了供电可靠性。

随着中国城市电网及农村电网改造力度的加大，以及城市现代化进程的快速推进，地下电缆得到了广泛应用，导致配电网系统电容电流越来越大。由于电容电流的增大，当系统发生单相接地时不能可靠熄弧，使故障扩大，使其成为相间短路而导致线路跳闸，从而造成事故扩大。

1电弧接地过电压产生的原因

在中性点不接地系统中，当发生一相对地短路故障时，常出现电弧，经过故障点的电容电流处于某一范围内时，电弧既不能自动熄灭，又不会形成稳定持续的电弧，可能出现电弧的燃烧与熄灭的不稳定状态。由于系统中存在电容和电感，这种间歇性的电弧将导致系统中电感、电容回路的电磁振荡过程，产生遍及全电网的间歇性电弧接地过电压。此时可能引起线路某一部分的振荡，当电流振荡零點或工频零点时，电弧可能暂时熄灭，之后事故相电压升高后，电弧则可能重燃，这种现象为间歇性电弧接地。

单相接地时流过故障点的容性电流与系统运行相电压和各相对地电容成正比。电弧接地过电压的发展过程和幅值大小与熄弧的时间有关。随着情况不同，有两种可能的熄弧时间，一种是电弧在过渡过程中的高频电流过零时即可熄灭;另一种是电弧要到工频电流过零时才能熄灭。工频电流过零时熄弧的情况来说明这种过电压的发展机理。故障点发弧光接地后，电路中将有一电磁振荡过程。在这个振荡过程中，故障相电容上的电荷通过电弧电流泄放入地，电压突降到0。两非故障相电容则有一个由电源线电压通过电源内电感进行充电的高频振荡过程。以上分析是在一定的假定条件下进行的，事实上电弧燃烧与熄灭具有随机性，即第一次发弧及重燃均发生在故障相电压达到最大值的时刻，且熄弧发生在工频电流过零的时刻。实际上电弧的燃烧与熄灭会受到发弧部位的周围媒质和大气条件等的影响，燃弧不一定发生在故障相电压达最大值的时刻，熄弧也不一定是在工频电流过零的时刻，也可能发生在第一次或几次高频电流过零后熄灭。所以电弧的熄灭和重燃具有强烈的随机性，过电压的数值也具有统计性。

2电弧接地过电压的抑制措施

电弧接地过电压与系统中性点的位移电压有关，零序回路电荷的累积是造成中性点直流位移电压的根源，如将中性点接地，这种过电压就不会产生。这种过电压的幅值并不太高，通常变压器和其他电气设备及线路的绝缘应能承受得住。但是这种过电压遍及全系统，且持续时间较长，对于绝缘较弱的设备威胁较大，必须予以重视。

为了限制这种过电压，最根本的防护办法就是防止产生不稳定的电弧，尽量减少其产生的可能性，这可以通过改变中性点接地方式来实现。

（1）采用中性点直接接地方式

这时单相接地将造成很大的单相短路电流，断路器将立即跳闸而切断故障，经过一段短时间歇，让故障点电弧熄灭后再自动重合.如能成功，可立即恢复送电;如不能成功，断路器将再次跳闸，不会出现断续电弧现象。我国110 kV及以上电网采用这种中性点接地的方式，在这些电网中不会出现这种过电压。

（2）采用中性点经消弧线圈接地方式

对于66 kV及以下电网来说，采用中性点有效接地方式降低绝缘水平的经济效益不明显，所以大都采用中性点非有效接地方式，以提高供电的可靠性。当单相接地流过故障点的电容电流达到一定数值时，接地的电弧将难以自熄，需要装设消弧线圈来补偿，方能避免断续电弧出现。消弧线圈是一个铁芯可调节的电感线圈，将它装设于中性点，这样片区系统一旦发生单相接地时，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补偿，从而达到限制接地电流，避免在接地中性点经消弧线圈接地方式点形成弧光。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，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。由于消弧线圈的补偿作用，流过接地点的电流减小了，当接地点的电很小时，接地点的电弧就不再发生重燃，从而限制了电弧接地过电压的发展。

为了避免危险的中性点电位升高，最好使三相对地电容对称。因此在电网中要进行线路换位。但由于实际上对地电容受各种因索影响是变化的，且线路数目也会有所增减，很难做列各相电容完全相等，为此要求消弧线圈不要处于完全调谐（全补偿）工作状态。通常消弧线圈采用过补偿运行。之所以过补偿是因为电网运行过程中可以逐渐发展成为欠补偿运行。不至于像欠补偿那样因为电网的运行而导致脱谐度过大，失去消弧作用。其次是采用欠补偿，在运行中部分线路可能退出，则可能形成完全补偿，产生较大的中性点偏移，有可能引起零序网络中产生严重的铁磁谐振过电珏。中性点经消弧线圈接地后，在大多数情下能够迅速地消除单相接地电弧而不破坏电网的正常运行，接地电弧一般不重燃，从而把单相电弧接地过电压限制到最大运行相电压的2.5倍以内。

电网中性点经消弧线圈接地方式有如下优点：①降低了电网绝缘闪络（如雷击闪络）接地故障电流的建弧率，从而降低了线路跳闸率;②金属性接地故障可带单相接地运行，有利于电网的不间断供电，提高了供电可靠性。

（3）选择合适的过电压保护装置和加装消弧柜

系统面临的过电压不仅仅是单相弧光接地过电压，对于雷电过电压、操纵过电压、谐振过电压等等仍然是存在的。因此正确的选择和设置过电压保护装置，对于现有的电力网来说显得异常重要。采用避雷器作为过电压吸收装置，还是目前电力系统的主要措施。目前大多电厂都加装消弧柜，将单相弧光接地变为直接接地，用直接跳闸的方式防止事故的扩大。

结束语

各地电力系统的中性点接地方式都不尽相同，主要是根据自己的经验和传统，权衡利弊，因地制宜地选用。在电网发展的不同阶段不同中性点接地方式的“利弊”是不同的，在电网发展初期，电容电流较小，电网结构薄弱，一般以中性点不接地方式运行为宜。随着线路长度的增加和电力系统标称电压的提高，使高压长线路的电弧接地故障难以自动消除，有时甚至发展为两相短路故障。就应该采用中性点经消弧线圈接地方式。

参考文献

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