間歇單相接地產生過電壓的探討與抑制

李鴻彬

（徐州供電公司 江蘇 徐州 221000）

間歇單相接地產生過電壓的探討與抑制

李鴻彬

（徐州供電公司 江蘇 徐州 221000）

本文淺析了小電流接地系統發生單相接地故障的危害，單相弧光接地的一般抑制方法，氧化鋅避雷器對過電壓的抑制優缺點，消弧線圈抑制單相弧光接地的優缺點，使用消弧線圈抑制單相接地的改進設想，并由此提出運用消弧裝置對間歇單相接地故障的抑制方法等綜合措施,可以極大的提高電網的安全性和可靠性。

單相接地；過電壓；探討與抑制

0 概述

小電流接地系統發生單相接地是電網運行的常見的主要故障形式，單相接地的弧光過電壓，由于不采用措施，就難以避免過電壓對系統中所可能產生的不利因素，對于發生在3-35kV中性點非直接接地的電網中的間歇性電弧接地過電壓及諧振過電壓，幅值高、持續時間長，對電氣設備的內絕緣造成積累性損傷，在外絕緣薄弱點造成對地間隙擊穿或相間閃絡引發短路事故，造成高壓設備爆炸。

在中性點不接地電網中，單相接地并不改變三相系統電壓的對稱性，電網的線電壓的量值仍維持不變，且仍具有120°的相位差，三相用電設備的工作并未受到影響，因而不影響電能的正常傳輸,供電可靠性較高。另外中性點不接地系統中，相與地間的絕緣是按線電壓考慮的，在發生一相接地時，對線路絕緣及各類電氣設備如變壓器、電流/電壓互感器、斷路器等是沒有危險的。所以，我國35kV及以下配電網中性點絕大部分采用非有效接地的運行方式。

1 單相接地的危害

對于發生在3-35kV中性點非直接接地的電網中的間歇性電弧接地過電壓及諧振過電壓，幅值高、持續時間長，對電氣設備的內絕緣造成積累性損傷，在外絕緣薄弱點造成對地間隙擊穿或相間閃絡引發短路事故，造成氧化鋅避雷器爆炸。

危及3-35kV電網絕緣安全的主要因素是大氣（即雷電，下同）過電壓與內部過電壓，因而長期以來采取的過電壓保護措施僅是以防止大氣過電壓對設備的侵害。主要技術措施僅限于裝設各種類型的避雷器。其保護值較高，一般為正常運行時相對地電壓峰值的4倍，因而僅對保護雷電侵害有效，對于內部過電壓不起任何保護作用。運行經驗證明，當這類電網發展到一定規模時，內部過電壓，特別是電網發生單相間隙性的弧光接地時產生的弧光接地過電壓及特殊條件下產生的鐵磁諧振過電壓已成為這類電網設備及安全運行的一大威脅，其中以單相弧光接地過電壓為最。目前，抑制這種過電壓的主要措施仍是電網中性點經消弧線圈接地。

2 單相弧光接地的一般抑制方法

運行經驗證明，中性點經消弧線圈接地的電網，單相弧光接地過電壓造成的設備損壞及影響系統運行安全的事故仍時有發生，其原因是消弧線圈是分級調諧的，一旦系統運行方式變化，饋線的增加及減少，原補償狀態就被破壞，故障狀態下很難達到理想的補償效果；另外，消弧線圈伏安特性的好壞、電網頻率和電壓的波動、三相負荷不平衡、電容電流的自然變化和自然界一些氣象條件等因素都影響故障點接地電弧的熄滅，使中性點經消弧線圈接地的電網同樣會發生單相弧光接地過電壓。

3 氧化鋅避雷器對過電壓的抑制優缺點

當今電力系統廣泛使用的過電壓保護裝置是無間隙金屬氧化鋅避雷器。在電力網中出現過電壓時，無論電壓高低、能量大小、持續時間長短，無間隙金屬氧化鋅避雷器都會動作，以泄放過電壓能量。在中性點非直接接地電網中，無間隙金屬氧化鋅避雷器因承受不住間隙性電弧接地過電壓和諧振過電壓能量應力，其設計都避開這兩種過電壓，其額定電壓、運行電壓、參考電壓值都高，從而使殘壓過高，降低了過電壓保護水平。對于帶串聯間隙的金屬氧化鋅避雷器，用串聯間隙隔斷上述過電壓，選用較低的參考電壓值，降低殘壓。但實際運行經驗表明，帶串聯間隙金屬氧化鋅避雷器仍時有爆炸，其原因仍然是這種矛盾作用的結果，串聯了間隙，提高了避雷器起始動作電壓，一旦發生長時間存在的超過間隙放電電壓值的過電壓，避雷器仍然不能承受。過電壓對設備的危害，既決定于其幅值的大小，又決定于累積時間的長短，帶串聯間隙金屬氧化鋅避雷器對內部過電壓不起限制作用，而由設備絕緣承受所有可能出現的內部過電壓，頻發的內部過電壓加速絕緣老化，影響其壽命。

4 消弧線圈抑制單相弧光接地的優缺點

目前國外（國內也有少數地區開始試用）對此類電網采取中性點經小電阻接地來限制弧光接地及諧振過電壓，但這種系統發生單相接地時，不論單相接地故障是瞬間的、還是永久性的，都直接將故障接地線路切除，明顯降低了供電可靠性，而電力系統的運行經驗表明，單相接地故障絕大多數是瞬間的，特別是架空線路的電網，這樣必然造成停電事故的急劇增多，這對生產工藝連續性強，安全要求高的工礦企業是很不利的。

目前，限制弧光接地過電壓的主要措施仍是電網中性點經消弧線圈接地。但消弧線圈并不能消除間隙性電弧接地過電壓，也不能限制過電壓的幅值，甚至使弧光接地過電壓升高。消弧線圈不能補償接地電流中的高頻分量和有功分量，高頻性的間隙電弧接地仍然存在；在有功分量或殘余電流大于一定值時，故障點接地電弧同樣不能自熄。實際運行經驗也證明，在中性點經消弧線圈接地的3-35kV電網中，由電弧接地引發的事故時有發生。對于采取將間歇性電弧接地轉變為母線金屬性直接接地的消弧措施，不僅由絕緣下降引起的單相接地，發展為兩相或三相短路事故仍然存在，而且在母線接地和斷開的瞬間造成對系統的沖擊，特別是斷開接地母線（相當于開斷電容器）瞬間產生的暫態過電壓，使在絕緣水平下降由過電壓沖擊引起的單相間隙電弧接地仍然再次發生，不但不能消除瞬間單相接地故障，反而將瞬間性故障轉變為母線永久性接地故障，嚴重威脅著電網安全運行。

電氣設備總是具有電感或電容屬性。當系統進行操作或發生故障時，這些電感、電容元件形成振蕩回路，產生諧振，導致系統出現嚴重的諧振過電壓，危及電氣設備絕緣，諧振持續的過電流甚至燒毀小容量電感元件設備。

現有運行規程規定，當非直接接地系統發生單相接地故障時，允許繼續運行兩小時,如果單相接地故障為間隙性的弧光接地，過電壓的值最高可達3.5倍正常運行相電壓的峰值，這樣高的電壓數小時作用于電網，勢必造成電氣設備內絕緣的積累性損傷及在外絕緣薄弱點造成對地擊穿或線間閃絡而引發成短路事故。

隨著我國城網及農網大規模的技術改造，電纜線路越來越多，必然導致電容電流越來越大，要求補償用的消弧線圈容量也須隨之加大，對電容電流達上百安培的系統，可能需要幾臺消弧線圈，結構復雜，運行可靠性差，占地、經濟上都比較困難，同時，一個變電站饋線是逐漸增多的，接地電容電流逐漸增大，并且運行中電容電流變化范圍也較大，自動跟蹤補償消弧線圈的跟蹤范圍有限，不更換容量合適的消弧線圈，也就難以滿足補償要求。

在中性點不接地或消弧線圈補償電網中，威脅設備絕緣的另一過電壓是諧振過電壓，為了解決這類過電壓對設備的侵害，目前主要采用各種類型的專用消諧器，不僅增加投資，且一些消諧器都有不能正確地區分基波諧振和單相接地的共同缺點，也就不能保證只在基波諧振發生時動作。

隨著城鄉電網的發展以及生產、生活對供電可靠性的要求越來越高，每次絕緣事故造成的危害及波及面勢必增加，因而尋找新的、更有效的、能抑制弧光過電壓和諧振過電壓對這類電網的侵害，提高這類電網運行可靠性的方法，已成為新的課題。

5 使用消弧線圈抑制單相接地的改進設想

目前3-35kV中性點非有效接地的電力系統中，廣泛采用消弧線圈消除系統接地弧光，如果能克服如下方案，將具有優越伏安特性性能的非線性電阻代替消弧線圈，從限制電弧電壓，消除電弧重燃的角度上抑制單相接地的弧光過電壓，由于不采用消弧線圈，就避免了鐵磁電感元件在系統中所可能產生的不利因素。

5.1 有完善的過電壓保護，除消除瞬間單相接地故障外，能對各種過電壓進行保護。

5.2 具有接地選線功能。采取瞬時增大故障線路的零序電流，依靠檢測零序電流的相對量值進行判斷，原理簡明，計算迅速，擺脫了電流互感器等測量誤差的影響，同時可以進行重復計算和重復判斷，靈敏度和可靠性都很高。

5.3 安全性好，維護費用低。通過限壓器和電容并聯接地，結合微機自校功能，自動消除裝置可能出錯引起的兩相接地短路事故。

6 結論

我們對消弧線圈抑制單相接地的效果預想：能夠自動根據配電網運行的狀態，判斷有無過電壓發生；能夠自動判斷配電網發生的過電壓的性質；能夠自動判斷接地的相別；能夠自動判斷接地的性質（弧光接地或金屬性接地）；能夠快速消除瞬時性單相接地故障；消弧的方式不受電網的大小及運行方式改變的影響；能夠充分發揮現有的微機繼電保護裝置的功能，以增大線路本身的接地保護的選擇性和動作的可靠性，迅速選擇故障線路，切除故障點；具有限制諧振過電壓的綜合措施,可以極大的提高電網的安全性和可靠性。

［1］肖白，束洪春，高峰.小電流接地系統單相接地故障選線方法綜述[J].繼電器,2001，29（4）：16-20.

［2］賈輕泉，劉連光，楊以涵.應用小波檢測故障突變特性實現配電網小電流接地故障選線保護[J].中國電機工程學報,2001，21（10）.

［3］操豐梅，蘇沛浦.小波變換在配電自動化接地故障檢測中的應用研究[J].電力系統自動化，1999，23（13）：33-36.

李鴻彬，徐州供電公司，助理工程師。

曹明明］