摘要：根據(jù)近年來城市化建設(shè)和環(huán)境改進(jìn)的要求，多數(shù)城市中的10kV配電網(wǎng)絡(luò)大量采用電纜線路，這大大增加了系統(tǒng)對地電容值，系統(tǒng)故障時的電容電流不斷增加，這給系統(tǒng)故障處理帶來了難題。其中弧光接地過電壓危害最為明顯，本文就配網(wǎng)中發(fā)生的弧光接地過電壓的一些性質(zhì)特點進(jìn)行闡述，并提出了相應(yīng)的應(yīng)對措施。

關(guān)鍵詞：10kV配網(wǎng)系統(tǒng)；電纜；弧光接地過電壓

中圖分類號：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9599 (2012) 09-0000-02

配電網(wǎng)多數(shù)采用中性點非直接接地運行方式，該方式下發(fā)生接地故障時，接地點的電流較小，即被稱為小電流接地系統(tǒng)。小電流接地系統(tǒng)中產(chǎn)生單相接地故障時，往往會衍生成為弧光接地故障。在中性點經(jīng)消弧線圈接地或者經(jīng)小電阻接地的系統(tǒng)中，弧光接地故障同樣會產(chǎn)生較高倍數(shù)的過電壓，形成兩點或者多點接地故障，產(chǎn)生更高的過電壓，嚴(yán)重威脅了電力設(shè)備安全，影響系統(tǒng)運行安全。同時，電力系統(tǒng)中存在大量的電容和電感元件，在系統(tǒng)參數(shù)配合適當(dāng)?shù)那闆r下，極易產(chǎn)生線性諧振或者是鐵磁非線性諧振。

一、故障現(xiàn)象

弧光接地過電壓是間歇性弧光接地過電壓的簡稱，當(dāng)該類型故障出現(xiàn)在中性點非直接接地系統(tǒng)中時，不穩(wěn)定的間歇性電弧反復(fù)熄滅和重燃，引起故障相和非故障相間電感電容回路的高頻振蕩，其非故障相的過電壓幅值往往會達(dá)到3.15~3.5倍。系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，一般會產(chǎn)生警鈴，如“xx千伏母線接地”信號，或者是在中性點經(jīng)過消弧線圈接地系統(tǒng)中出現(xiàn)“消弧線圈動作”信號；絕緣監(jiān)視表中的三相電壓指示值不盡相同，出現(xiàn)一相降低，兩相升高的情況，即穩(wěn)定接地，或者是表針不停來回擺動，即間歇性弧光接地；當(dāng)出現(xiàn)間歇性弧光接地故障時，非故障相電壓較高，常常出現(xiàn)表針打到頭，并伴隨有互感器高壓側(cè)熔斷等。

系統(tǒng)發(fā)生單相弧光接地故障時，往往會產(chǎn)生以下共同特點：

1.故障均繁盛在小電流接地的配電網(wǎng)中；

2.弧光接地故障中均會產(chǎn)生過電壓，且過電壓值存在明顯波動，并且這跟電力系統(tǒng)中的非周期分量和系統(tǒng)諧振有關(guān)；

3.在中性點經(jīng)消弧線圈接地的小電流系統(tǒng)中，消弧線圈中多會出現(xiàn)位移過電壓超過限制、裝置故障等；

4.單相接地故障時多會伴隨著出現(xiàn)過電流保護(hù)動作、開關(guān)跳閘等事故；

5.單相弧光接地故障多發(fā)生在配網(wǎng)的電纜線路部分。

二、單相弧光接地故障起因

按照《電力系統(tǒng)安全規(guī)程》規(guī)定，小電流接地系統(tǒng)發(fā)生故障時，流過的電流較小，不會對負(fù)荷的連續(xù)供電產(chǎn)生較大影響，因此電網(wǎng)可持續(xù)運行0.5～2.0h。但是小電流接地系統(tǒng)在遭受單相接地故障時容易產(chǎn)生弧光接地故障。中性點絕緣電網(wǎng)中電容儲存的電量失去了釋放通道，電弧反復(fù)熄滅、重燃，對電網(wǎng)電容進(jìn)行反復(fù)的充放電過程。而電容中的能量不能得到及時的釋放，每重復(fù)一次熄滅重燃過程電容電壓就會升高一個臺階，最終將會導(dǎo)致中性點非直接接地系統(tǒng)中產(chǎn)生很高的弧光接地過電壓，這將對系統(tǒng)設(shè)備絕緣產(chǎn)生極大的危害。

近年來配電網(wǎng)中大量引入了電纜線路，這不僅僅導(dǎo)致了單相接地故障中電容電流大幅增加，同時還大大增加了系統(tǒng)中固體絕緣比例系統(tǒng)固體絕緣具有累積效應(yīng)，電網(wǎng)運行過程中的過電壓難免會對固體絕緣產(chǎn)生一種累積性的損傷，特別是系統(tǒng)操作過電壓如由于真空短路器超強的滅弧性能導(dǎo)致的操作過電壓、雷電過電壓、單相金屬接地過電壓等。當(dāng)固體絕緣的累積性損傷積累到一定程度時，電網(wǎng)中就會出現(xiàn)周期性的過電壓波動，當(dāng)相應(yīng)的固體絕緣在過電壓作用下反復(fù)擊穿時就會產(chǎn)生單相弧光接地故障。

例如：曾經(jīng)在勝利變電站中，由于近年來考慮到城市建設(shè)和環(huán)境等因數(shù)，城區(qū)配網(wǎng)中大量引入了電纜線路。每一次的過電壓都會對電纜的絕緣造成一定的積累性的損傷，遭受積累性損傷的電纜線路越長，系統(tǒng)發(fā)生單相弧光接地故障的概率也會越大。電纜越長，系統(tǒng)單相電容值越大，系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時故障點電容電流就會越大，這也會使得弧光電弧燃燒得更為嚴(yán)重，甚至?xí)^電網(wǎng)中性點消弧線圈的補償能力。

在中性點經(jīng)消弧線圈接地的配網(wǎng)系統(tǒng)中，有時消弧線圈并不能有效地抑制弧光接地過電壓。并且相應(yīng)的消弧線圈通常會出現(xiàn)位移過電壓過限或者裝置出現(xiàn)故障信號等，此時消弧線圈并不能有效補償單相弧光接地故障點的電容電流，更加不能夠限制故障范圍的擴大。其中，主要是因為近年來電網(wǎng)中大量引入電纜導(dǎo)致系統(tǒng)中的電容電流增大至消弧線圈的補償范圍之外。其次，電弧接地故障中產(chǎn)生的電弧電流中不僅僅包含有工頻分量，同時還含有大量的諧波分量和非周期分量，系統(tǒng)中的電容電流大小為 ，與系統(tǒng)的諧波頻率成正比，而消弧線圈的補償能力卻跟諧波頻率成反比，因此在單相弧光接地過程中產(chǎn)生的諧波使得消弧線圈的補償能力大大降低，使得無法對電弧進(jìn)行有效地抑制。但是，固體絕緣在過電壓作用下被反復(fù)擊穿，主要是因為弧光接地過電壓，與消弧線圈的補償能力無關(guān)。

三、單相弧光接地故障帶來的危害

小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生單相弧光接地故障時，系統(tǒng)中的電容電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及繼電保護(hù)裝置的動作整定值，因此在接地故障時故障系統(tǒng)中不會出現(xiàn)保護(hù)跳閘，系統(tǒng)也會繼續(xù)運行。在系統(tǒng)繼續(xù)運行過程中，中性點出現(xiàn)位移電壓，往往會導(dǎo)致非故障相電壓升高至線電壓值。此時，如果不盡快找到故障并迅速處理，系統(tǒng)故障容易發(fā)展為單相弧光接地故障，特別是當(dāng)故障發(fā)生在配網(wǎng)的電纜部分時，該故障越容易發(fā)生。弧光接地故障造成的危害主要有幾點：

1.弧光接地故障的間歇性電弧導(dǎo)致非常嚴(yán)重的過電壓，加重了電纜固體絕緣的積累性損傷，在弧光接地的惡性循環(huán)中，往往會導(dǎo)致故障線路所在母線上出現(xiàn)更多更嚴(yán)重的接地故障，甚至發(fā)展為相間短路故障等。

2.弧光接地過電壓嚴(yán)重威脅著母線上的互感器安全，因該過電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了相應(yīng)的電壓互感器的額定限制，使得互感器飽和，勵磁電流急劇增加，使得互感器高壓側(cè)熔絲因過熱而熔斷，甚至引起電壓互感器器燒毀。

3.間歇性電弧在燃燒的過程中很容易在風(fēng)力、熱氣流等外部力量的作用下發(fā)展成為同一輸電線路的相間短路故障或者是三相短路故障。

4.電源提供了弧光接地過電壓中的能量，使得故障持續(xù)時間長，在過電壓超出避雷器的耐流限制2ms時就會發(fā)生避雷器爆炸事故。

5.弧光接地故障中電弧燃燒產(chǎn)生的高溫嚴(yán)重后果威脅了電氣設(shè)備的安全，同時該故障產(chǎn)生的高溫也會危及到周圍環(huán)境中的人和物。

四、調(diào)度處理措施

在中性點廢紙接接地系統(tǒng)發(fā)生接地故障信號時，值班人員應(yīng)該首先保持冷靜的思考能力，及時向上一級調(diào)度匯報，并且對故障現(xiàn)象做好應(yīng)有的記錄，并且根據(jù)故障信號、表計指示、運行方式等判斷故障情況。例如：如果變電站的出現(xiàn)中都裝有接地信號裝置，在裝置正常運行的情況下，就很容易發(fā)現(xiàn)故障區(qū)域；在發(fā)出母線接地信號的同時，如果另有一線路也發(fā)出了接地信號，則故障點很有可能就在該線路上；如果僅僅發(fā)出了母線接地信號，則故障點很可能就在母線上或者是在與母線相連的設(shè)備上。但是，如果母線出現(xiàn)沒有裝設(shè)接地信號裝置，則應(yīng)該根據(jù)以上特征，判別故障性質(zhì)，在進(jìn)行分網(wǎng)運行，以縮小查找范圍。在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障，進(jìn)行分網(wǎng)運行時，首先應(yīng)該從總的降壓站內(nèi)分支開始，分別切除10kV系統(tǒng)中的供電回路，然后再逐級往下進(jìn)行查找，直到找到接地點為止。

針對這些，特別提出了2個相應(yīng)的重要應(yīng)對措施：一是制定變電站10kV母線單相接地故障處理流程，并且要求按照流程進(jìn)行嚴(yán)格執(zhí)行；二是要正確的區(qū)分普通的單相接地故障與單相弧光接地故障。

區(qū)分普通單相接地故障與單相弧光接地故障時，主要通過以下信號進(jìn)行判斷。當(dāng)出現(xiàn)接地故障時，都會出現(xiàn)過電壓且電壓互感器二次側(cè)3V0遠(yuǎn)大于100V，并且電壓在一個較大的范圍內(nèi)波動時。根據(jù)互感器二次側(cè)的電壓值可大致判斷故障類型：普通單相接地故障時3V0值約為100V；而出現(xiàn)單相弧光接地過電壓時，所導(dǎo)致的過電壓3V0值通常為200V左右。

調(diào)度在處理單相弧光接地故障時，應(yīng)該注意以下幾點：

1.應(yīng)該將小電流選線裝置的選線結(jié)果作為重要參考：單相弧光接地過程中，故障點流過的電容電流一般較大，這便于小電流選線裝置進(jìn)行選線判斷，在這種情況下小電流選線裝置的選線結(jié)果通常都比較準(zhǔn)確；

2.調(diào)度應(yīng)該加強對電纜故障線路進(jìn)行徹底的尋找，而單相弧光接地故障通常都是因為固體絕緣介質(zhì)的累積性損傷導(dǎo)致的，該類故障通常都和電纜故障相關(guān)聯(lián)；

3.調(diào)度應(yīng)該加強對相關(guān)聯(lián)的壓變以及電容器的運行狀態(tài)進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)控，在發(fā)生單相弧光接地故障過程中，故障過電壓情況嚴(yán)重，甚至?xí)ο到y(tǒng)中的壓變和電容器等裝置的安全運行構(gòu)成嚴(yán)重威脅，因此需要對系統(tǒng)中的壓變、電容器等設(shè)備的運行狀態(tài)進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控。

此外，還應(yīng)該特別注意的是在某些情況下會出現(xiàn)“虛幻接地”，這時系統(tǒng)的絕緣并沒有遭到破壞，而是其他因素使得某些不對稱狀態(tài)發(fā)出了接地信號。這種情況下，投入一條線路或者變壓器，則可以破壞諧振條件，消除接地信號。

五、結(jié)語

隨著城市用電量的增加，過去的單電源輻射網(wǎng)絡(luò)或者樹型網(wǎng)路都已不再適用，而網(wǎng)孔式供電方式是必然趨勢。在經(jīng)濟發(fā)達(dá)地區(qū)的10kV配網(wǎng)大多采用電纜供電，這使得配網(wǎng)對地電容越來越大，單相電容電流也隨之增加，電網(wǎng)故障幾率也會增大。一方面運行檢修人員給要加強對設(shè)備的維護(hù)管理，另一方面調(diào)度人員也應(yīng)該熟悉掌握該故障性質(zhì)，提高事故處理速度，縮小事故范圍，減小事故帶來的損失。

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