間歇電弧接地過(guò)電壓的防護(hù)措施

　　摘要：本文結(jié)合工程實(shí)例對(duì)間歇電弧接地過(guò)電壓的防護(hù)措施進(jìn)行了探討，可供大家參考。

　　關(guān)鍵詞：間歇電弧,接地故障,發(fā)展過(guò)程,防護(hù)措施

　　運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，電力系統(tǒng)中的故障至少有60%是單項(xiàng)接地故障，隨著電網(wǎng)的發(fā)展和電壓等級(jí)的提高，單相接地的電容電流也隨之增加，當(dāng)6～10kV電網(wǎng)的對(duì)地電容電流超過(guò)30A，35～60kV電網(wǎng)的對(duì)地電容電流超過(guò)10A時(shí)，電弧就難以自動(dòng)熄滅，而以間歇電弧的形式存在，就會(huì)產(chǎn)生一種嚴(yán)重的操作過(guò)電壓——間歇電弧接地過(guò)電壓。這種電壓的演化過(guò)程和幅值大小都與熄弧的時(shí)間有關(guān)，并存在有兩種熄弧時(shí)間：一種是電弧在過(guò)渡過(guò)程中的高頻振蕩電流過(guò)零時(shí)熄滅，另一種是電弧等到工頻電流過(guò)零時(shí)才能熄滅，當(dāng)然，這種電容電流一般不會(huì)形成穩(wěn)定電弧的程度，因此在故障點(diǎn)可能出現(xiàn)電弧“熄滅—重燃”的間歇現(xiàn)象，引起電力系統(tǒng)狀態(tài)瞬息改變，導(dǎo)致電網(wǎng)中電感、電容回路的電磁振蕩，系統(tǒng)中性點(diǎn)發(fā)生偏移，健全相和故障相都產(chǎn)生過(guò)電壓。

　　1、發(fā)展過(guò)程

　　這種過(guò)電壓的發(fā)展過(guò)程和幅值大小都與 熄弧時(shí)間有關(guān)。存在兩種熄弧時(shí)間：

　　電弧在過(guò)渡過(guò)程中的高頻振蕩電流過(guò)零時(shí)即可熄滅電弧的熄滅發(fā)生在工頻電流過(guò)零的時(shí)刻下面假定電弧的熄滅發(fā)生在工頻電流過(guò)零的時(shí)刻，來(lái)說(shuō)明這種過(guò)電壓的物理發(fā)展過(guò)程：作如下簡(jiǎn)化：

　　1)略去線間電容的影響;

　　2)設(shè)各相導(dǎo)線的對(duì)地電容均相等，即 C1=C2=C3=C。就可得如圖1 (a)所示的等值電路。

　　設(shè)接地故障發(fā)生于A相，而且是正當(dāng) U A 經(jīng)過(guò)幅值CU 時(shí)發(fā)生，這樣A相導(dǎo)線的電位立即變?yōu)榱悖�中性點(diǎn)電位 U N 由零升至相電壓，即U N =- U A ，B、C兩相的對(duì)地電壓 都升高到線電壓 U BA U CA 。

　　流過(guò)C2和C3的電流I2和I3分別較UBA和UCA超前90O，其幅值為

　　I2=I3=√3ωCU 因?yàn)镮2與I3在相位上相差60O，所以故障點(diǎn)的電流幅值為

　　IC=√3 I2=√3ωCU ∝Un·l

　　Un—電網(wǎng)額定電壓

　　l—線路總長(zhǎng)度

　　C—每相導(dǎo)線的對(duì)地電容

　　C0—單位長(zhǎng)度的對(duì)地電容

　　由此可知：1)流過(guò)故障點(diǎn)的電流是線路對(duì)地電容所引起的電容電流

　　2)故障電流的大小與電網(wǎng)額定電壓和線路總長(zhǎng)度成正比

　　如以u(píng)A，uB，uC代表三相電源電壓;以u(píng)1，u2，u3代表三相導(dǎo)線的對(duì)地電壓，即C1、C2、C3上的電壓，則通過(guò)分析可得如圖2所示的過(guò)電壓發(fā)展過(guò)程。

　　按工頻電流過(guò)零時(shí)熄弧的理論分析得出的結(jié)論是：

　　1)非故障相上的最大過(guò)電壓為3.5倍;

　　2)故障相上的最大過(guò)電壓為2.0倍。

　　長(zhǎng)期以來(lái)大量試驗(yàn)研究表明：故障點(diǎn)電弧在工頻電流過(guò)零時(shí)和高頻電流過(guò)零時(shí)熄滅都是可能的。

　　發(fā)生在大氣中的開(kāi)放性電弧往往要到工頻電流過(guò)零時(shí)才能熄滅;在強(qiáng)烈去電離的條件下，電弧往往在高頻電流過(guò)零時(shí)就能熄滅。電弧的燃燒和熄滅會(huì)受到發(fā)弧部位的周?chē)�媒質(zhì)和大氣條件等的影響，具有很強(qiáng)的隨機(jī)性質(zhì)，因而它所引起的過(guò)電壓值具有統(tǒng)計(jì)性質(zhì)。

　　2、防護(hù)措施

　　為了消除電弧接地過(guò)電壓，最根本的途徑就是消除間歇性電弧，可以通過(guò)改變中性點(diǎn)接地方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　2.1采用中性點(diǎn)直接接地方式，若中性點(diǎn)接地，單相接地故障將在接地點(diǎn)產(chǎn)生很大的短路電流，斷路器將跳閘，從而徹底消除電弧接地過(guò)電壓。目前，110kV及以上電網(wǎng)大多采用中性點(diǎn)直接接地的運(yùn)行方式。

　　2.2采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式 采用中性點(diǎn)直接接地方式雖然能夠解決斷續(xù)電弧問(wèn)題，但每次發(fā)生單相接地故障都會(huì)引起斷路器頻繁跳閘，嚴(yán)重影響供電的連續(xù)性。所以，我國(guó)35kV及以下電壓等級(jí)的配電網(wǎng)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式。

　　根據(jù)補(bǔ)償度的不同，消弧線圈可以處于三種不同的運(yùn)行狀態(tài)：

　　(1)欠補(bǔ)償

　　消弧線圈的電感電流不足以完全補(bǔ)償電容電流，此時(shí)故障點(diǎn)流過(guò)的殘流為容性電流。

　　(2)全補(bǔ)償

　　消弧線圈的電感電流恰好完全補(bǔ)償電容電流，此時(shí)流過(guò)故障點(diǎn)的殘流為泄露電流。

　　(3)過(guò)補(bǔ)償

　　消弧線圈的電感電流不僅完全補(bǔ)償電容電流且還有數(shù)量超出，此時(shí)流過(guò)故障點(diǎn)的殘流為感性電流。

　　3、案例分析

　　某110kV變電站35kV線路開(kāi)關(guān)B相爆裂事故分析

　　3.1事故前運(yùn)行方式：

　　某110kV變電站，110kV采用中性點(diǎn)直接接地的運(yùn)行，35kV中性點(diǎn)不接地運(yùn)行。#1主變運(yùn)行帶10kVⅠ段母線各出線、#2主變運(yùn)行帶35kV母線(沒(méi)有分段)及10kVⅡ段各出線運(yùn)行。#1主變中壓側(cè)開(kāi)關(guān)，10kV母聯(lián)開(kāi)關(guān)處于熱備用狀態(tài)。35kV QS4線空載運(yùn)行。

　　3.2 故障經(jīng)過(guò)： 12時(shí)24分20秒110kV變電站#2主變中壓側(cè)保護(hù)裝置過(guò)電流Ⅱ段保護(hù)動(dòng)作出口，跳開(kāi)主變中壓側(cè)開(kāi)關(guān)，35kV母線失壓，當(dāng)時(shí)故障電流Ia=11.6A(二次值)，Ib=10.5A(二次值)，Ic=1.7A(二次值)，Ua:61.3V, Ub:1.3 V, Uc:87.3 V，U0:66.2 V。過(guò)電流保護(hù)(定值：5.3A(二次值),2.1S,變比:800/5)，

　　經(jīng)檢查保護(hù)動(dòng)作正確，現(xiàn)場(chǎng)人員檢查發(fā)現(xiàn)35kV QS4線開(kāi)關(guān)B相爆炸，#2主變中壓側(cè)開(kāi)關(guān)A相主變側(cè)接線夾處有明顯放電燒傷痕跡。

　　3.3故障初步原因分析：

　　二次保護(hù)方面：從35kV QS4線保護(hù)分析，故障點(diǎn)在開(kāi)關(guān)靠母線側(cè)，線路保護(hù)范圍是在電流互感器至線路側(cè)，故障點(diǎn)在保護(hù)范圍外，保護(hù)未動(dòng)作是正確的(故障為母線范圍故障)

　　故障錄波裝置檢查，由35kV母線電壓故障時(shí)間段來(lái)分析如下：

　　35kV母線電壓突變時(shí)起：0--1640ms之間，母線A相電壓降幅較大，明顯有接地現(xiàn)象(圖5)，導(dǎo)致B、C相電壓升高(峰值40kV)，期間A相有不規(guī)則波動(dòng)(圖6)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)可判斷為0--1640ms 系統(tǒng)A相對(duì)地放電(在此之前有較長(zhǎng)的間歇接地放電現(xiàn)象，但時(shí)間都較短，難以察覺(jué));在1640ms---3820ms之間，35kV母線B相電壓近乎為0，A、C相電壓升高(其中A相約21kV比C相30kV低)(圖7)，即35kV系統(tǒng)存在A、B兩相接地短路，#2主變35kV側(cè)過(guò)流時(shí)限2的保護(hù)定值時(shí)間為2.1S(2100ms)從故障錄波上(圖8)看保護(hù)起動(dòng)時(shí)間到開(kāi)關(guān)跳閘時(shí)間為3820-1640=2180ms≈2100ms+開(kāi)關(guān)動(dòng)作反應(yīng)時(shí)間，即#2主變35kV側(cè)保護(hù)動(dòng)作正確。

　　根據(jù)故障錄波圖和保護(hù)動(dòng)作情況時(shí)間和現(xiàn)場(chǎng)分析，大概12時(shí)24分20秒系統(tǒng)A相對(duì)地放電，引起35kV母線B、C相電壓升高(峰值40kV)，而B(niǎo)、C相電壓升高，對(duì)設(shè)備絕緣弱點(diǎn)的35kV QS4線B相互感器絕緣套管與本體銜接處有明顯放電造成閃絡(luò)擊穿，形成AB相接地短路，并引起#2主變35kV側(cè)后備保護(hù)過(guò)流II段動(dòng)作跳閘。由于35kV母線接地告警整定時(shí)間為9秒，整個(gè)事故過(guò)程總共用時(shí)才不到4秒左右，所以也沒(méi)有查到報(bào)35kV母線接地信息。因而，這是一次危害性很大的一次過(guò)電壓造成的事故。

　　4、結(jié)束語(yǔ)

　　對(duì)付間歇電弧接地過(guò)電壓的防護(hù)措施，可采用中性有效接地方式和采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式來(lái)避免類(lèi)似事故的發(fā)生。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 文遠(yuǎn)芳，高電壓技術(shù) [M]，華中科技大學(xué)出版，2001年.