淺析間歇性弧光接地過電壓的產生原因及其預防措施

摘 要：文章一方面分析了間歇性弧光接地過電壓的產生原因，另一方面探討了解決間歇性電弧過電壓措施，對實際配電線路運行維護有一定指導意義。

關鍵詞：間歇性電弧；間歇性電弧；過電壓

1 引言

改革開放后，伴隨著中國經濟的高速增長，對各類電力設施數量的需求越來越多，現有的配電線路數量已經跟不上經濟發展需求的節奏，因此，為了跟上社會主義現代化的腳步，我國開始全面更新改造城網和農網。然而作為影響中性點不接地電網系統的主要事故原因，以間歇性弧光過電壓為主的線路接地問題并未引起足夠的重視。因此，有必要對間歇性弧光接地過電壓產生原因進行研究，并制定出相應的預防措施。

2 間歇性弧光接地過電壓的分析

目前，我國電力系統的運行方式按照中性點連接方式可以分為三種，分別是中性點直接接地、中性點不接地和中性點經阻抗接地。其中，電壓在110kV以上的輸電線路多為中性點直接接地，單相接地一旦發生，故障產生相會直接接地，相當于單相短路。因單相短路發生時，電流急劇增大，進而觸發動作繼電保護裝置，驅動斷路器使單相短路線路剔除出輸電線路，因此不會產生間歇電弧，更不會有弧光過電壓產生。而對于那些中性點非直接接地的輸電線路，單相接地一旦發生，間歇性電弧會在接地故障點處產生，其產生過程如圖1所示。

以A相電發生單相接地為例，A相、B相和C相電源的電壓分別為ea、eb、ec，ijd為工頻電流，A相、B相和C相對地電壓分別為 Ua、Ub、Uc，其波形關系如圖l所示。假設A相電壓對地閃絡發生在其幅值-Uxg處，那么B相和C相對地電容的初始電壓應為其幅值的一半，即0.5Uxg。因A相電壓發生接地故障，B相和C相對地電壓值將會有所改變，其所達到的穩態瞬時值一般為1.5Uxg。所以，在B相和C相對地電壓升高至穩態瞬時值這一過程中可達到的最大電壓為：

Umax=2×1.5Uxg-0.5Uxg=2.5Uxg

B相和C相對地電壓達到最大電壓后會很快衰減，最終以線電壓大小穩定運行。相比于Eii'，通過接地點的工頻電流相位滯后90°。當經歷整個工頻周期的一半時，即達到t1時，B、C相電壓變為-1.5 Uxg，ijd值為零，電弧會自動熄滅，即完成工頻熄弧。但處于斷弧瞬間時，因B、C相電壓均為-1.5 Uxg，而A相電壓缺為零，因此電網中會儲存電荷，其電荷量為q=2C0（-1.5Uxg）=-3C0Uxg。儲存的電荷無法釋放出去，只能加載在三相對地電容間，進而在電網中產生直流電壓分量，其數值大小為q/3C0=-Uxg。因此，工頻熄弧后，導線對地穩態電壓由兩部分構成，分別為各相電源電勢和直流電壓分量-Uxg。斷弧后瞬間，B、C相的電源電勢為-0.5Uxg，疊加結果為-1.5Uxg；而A相電源電勢Uxg，與直流電壓分量-Uxg疊加后數值為零。所以，斷弧后瞬間，A、B、C三相電壓的初始值均與瞬態值相同，不會出現各相對地電壓值改變的情況。之后， 再經歷半個工頻周期，即達到t2時，B、C相對地電壓會升至-2Uxg。此時弧光可能重燃，B、C相電壓-0.5Uxg趨于線電壓的瞬時值1.5Uxg，之后再衰減至線電壓運行。往后每隔半個工頻周期依次發生熄弧和重燃，故障相最大過電壓Uam=2Uxg，非故障相最大過電壓Ubm=3.5Uxg。

通過上述分析可以發現，過電壓最大值在很大程度上取決于電弧的熄滅與重燃的時間。10kV供電線路發生間歇性孤光過電壓可高達30kV，并且過電壓頻率會遠超工業用交流電頻率，過電壓擴散性之強，極易導致設備絕緣損壞。

3 解決間歇性電弧過電壓措施

3.1 裝設避雷器

在10kV母線裝設避雷器限制間歇性電弧接地過電壓。考慮到間歇性電弧過電壓的幅值、變化過程和分布規律，實際中產生的約占50%左右的間歇性接地過電壓不會使避雷器動作，所以采取這種方法也不能徹底解決間歇性電弧過電壓。

3.2 中性點經消弧線圈接地

目前，我國10kV-50kV等級電網普遍采用中性點經消弧線圈接地以限制孤光過電壓，其原理如圖2所示。正常情況下，中性點電位為零，消弧線圈無電流通過。以C相發生金屬性接地為例，那么消弧線圈兩端電壓為地對中性點電壓Uc，并有電感電流IL通過消弧線圈和接地點，IL滯后于Uc90°。接地點通過的電流是單相接地電容電流Ic（超前于Uc90°）和消弧線圈的電感電流IL的向量和。因IL和Uc相位相差180°，因此在接地點IL和Ic起相互抵消作用，所以，若能合理選擇消弧線圈電感，能夠降低接地點的電流值。為此，國內優先采用消弧線圈接地補償裝置，可將消弧線圈的脫諧度限制在5%～10%，可以將過電壓限制在3倍相電壓以下。

3.3 中性點加裝電阻

利用中性點經電阻接地能夠抑制間歇性弧光接地過電壓。電阻的加裝類似于消弧線圈加裝方法。目前，一些電網采取中性點加裝非線性電阻的方式，在有效抑制孤光過電壓的同時，還具備發生單相接地故障不影響，此外，采用中性點經非線性電阻接地方式，一旦發生單相接地，對設備的短路沖擊非常小。

3.4 其他方法

解決防止產生間歇性弧光接地過電壓的一種新途徑是：結合配網自動化，大量使用微機消諧小電流接地選線綜合裝置，及時發現接地線路，并利用故障測距裝置，盡快發現和消除接地現象。目前，我國在電容電流的補償方面研究較多，其具體原理為：由于故障線路與正常工作線路相比，兩者電流方向相反，一旦線路出現接地故障，可以從接地電流最大的三條線路中按照其接地電流方向的不同，判斷出故障線路。針對加裝消弧線圈的線路，可以通過五次諧波電流相位和幅值來確定出故障線路。

4 結束語

隨著國民經濟和國家現代化進程的迅猛發展，使得在城市化建設中需要越來越多的電力線路，通過掌握間歇性弧光接地過電壓的產生原因，并有針對的實施預防措施，對于保障配電線路平穩運行而言至關重要。

參考文獻

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