配網(wǎng)弧光接地故障及應(yīng)對(duì)措施

摘要：根據(jù)近年來(lái)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(duì)地電容值，系統(tǒng)故障時(shí)的電容電流不斷增加，這給系統(tǒng)故障處理帶來(lái)了難題。其中弧光接地過(guò)電壓危害最為明顯，本文就配網(wǎng)中發(fā)生的弧光接地過(guò)電壓的一些性質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行闡述，并提出了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。

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

中圖分類(lèi)號(hào)：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599 (2012) 09-0000-02

配電網(wǎng)多數(shù)采用中性點(diǎn)非直接接地運(yùn)行方式，該方式下發(fā)生接地故障時(shí)，接地點(diǎn)的電流較小，即被稱(chēng)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(shí)，往往會(huì)衍生成為弧光接地故障。在中性點(diǎn)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(huì)產(chǎn)生較高倍數(shù)的過(guò)電壓，形成兩點(diǎn)或者多點(diǎn)接地故障，產(chǎn)生更高的過(guò)電壓，嚴(yán)重威脅了電力設(shè)備安全，影響系統(tǒng)運(yùn)行安全。同時(shí)，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(guò)電壓是間歇性弧光接地過(guò)電壓的簡(jiǎn)稱(chēng)，當(dāng)該類(lèi)型故障出現(xiàn)在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中時(shí)，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(guò)電壓幅值往往會(huì)達(dá)到3.15~3.5倍。系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，一般會(huì)產(chǎn)生警鈴，如“xx千伏母線接地”信號(hào)，或者是在中性點(diǎn)經(jīng)過(guò)消弧線圈接地系統(tǒng)中出現(xiàn)“消弧線圈動(dòng)作”信號(hào)；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(lái)回?cái)[動(dòng)，即間歇性弧光接地；當(dāng)出現(xiàn)間歇性弧光接地故障時(shí)，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(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生以下共同特點(diǎn)：

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(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓，且過(guò)電壓值存在明顯波動(dòng)，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(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的小電流系統(tǒng)中，消弧線圈中多會(huì)出現(xiàn)位移過(guò)電壓超過(guò)限制、裝置故障等；

4.單相接地故障時(shí)多會(huì)伴隨著出現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作、開(kāi)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(shí)，流過(guò)的電流較小，不會(huì)對(duì)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(yùn)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(shí)容易產(chǎn)生弧光接地故障。中性點(diǎn)絕緣電網(wǎng)中電容儲(chǔ)存的電量失去了釋放通道，電弧反復(fù)熄滅、重燃，對(duì)電網(wǎng)電容進(jìn)行反復(fù)的充放電過(guò)程。而電容中的能量不能得到及時(shí)的釋放，每重復(fù)一次熄滅重燃過(guò)程電容電壓就會(huì)升高一個(gè)臺(tái)階，最終將會(huì)導(dǎo)致中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中產(chǎn)生很高的弧光接地過(guò)電壓，這將對(duì)系統(tǒng)設(shè)備絕緣產(chǎn)生極大的危害。

近年來(lái)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(shí)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(yùn)行過(guò)程中的過(guò)電壓難免會(huì)對(duì)固體絕緣產(chǎn)生一種累積性的損傷，特別是系統(tǒng)操作過(guò)電壓如由于真空短路器超強(qiáng)的滅弧性能導(dǎo)致的操作過(guò)電壓、雷電過(guò)電壓、單相金屬接地過(guò)電壓等。當(dāng)固體絕緣的累積性損傷積累到一定程度時(shí)，電網(wǎng)中就會(huì)出現(xiàn)周期性的過(guò)電壓波動(dòng)，當(dāng)相應(yīng)的固體絕緣在過(guò)電壓作用下反復(fù)擊穿時(shí)就會(huì)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(lái)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(guò)電壓都會(huì)對(duì)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(zhǎng)，系統(tǒng)發(fā)生單相弧光接地故障的概率也會(huì)越大。電纜越長(zhǎng)，系統(tǒng)單相電容值越大，系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)故障點(diǎn)電容電流就會(huì)越大，這也會(huì)使得弧光電弧燃燒得更為嚴(yán)重，甚至?xí)^(guò)電網(wǎng)中性點(diǎn)消弧線圈的補(bǔ)償能力。

在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的配網(wǎng)系統(tǒng)中，有時(shí)消弧線圈并不能有效地抑制弧光接地過(guò)電壓。并且相應(yīng)的消弧線圈通常會(huì)出現(xiàn)位移過(guò)電壓過(guò)限或者裝置出現(xiàn)故障信號(hào)等，此時(shí)消弧線圈并不能有效補(bǔ)償單相弧光接地故障點(diǎn)的電容電流，更加不能夠限制故障范圍的擴(kuò)大。其中，主要是因?yàn)榻陙?lái)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(bǔ)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(shí)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(bǔ)償能力卻跟諧波頻率成反比，因此在單相弧光接地過(guò)程中產(chǎn)生的諧波使得消弧線圈的補(bǔ)償能力大大降低，使得無(wú)法對(duì)電弧進(jìn)行有效地抑制。但是，固體絕緣在過(guò)電壓作用下被反復(fù)擊穿，主要是因?yàn)榛」饨拥剡^(guò)電壓，與消弧線圈的補(bǔ)償能力無(wú)關(guān)。

三、單相弧光接地故障帶來(lái)的危害

小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生單相弧光接地故障時(shí)，系統(tǒng)中的電容電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作整定值，因此在接地故障時(shí)故障系統(tǒng)中不會(huì)出現(xiàn)保護(hù)跳閘，系統(tǒng)也會(huì)繼續(xù)運(yùn)行。在系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行過(guò)程中，中性點(diǎn)出現(xiàn)位移電壓，往往會(huì)導(dǎo)致非故障相電壓升高至線電壓值。此時(shí)，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(shí)，該故障越容易發(fā)生?；」饨拥毓收显斐傻奈：χ饕袔c(diǎn)：

1.弧光接地故障的間歇性電弧導(dǎo)致非常嚴(yán)重的過(guò)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(huì)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(guò)電壓嚴(yán)重威脅著母線上的互感器安全，因該過(guò)電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了相應(yīng)的電壓互感器的額定限制，使得互感器飽和，勵(lì)磁電流急劇增加，使得互感器高壓側(cè)熔絲因過(guò)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(guò)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(guò)電壓中的能量，使得故障持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，在過(guò)電壓超出避雷器的耐流限制2ms時(shí)就會(huì)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(shí)該故障產(chǎn)生的高溫也會(huì)危及到周?chē)h(huán)境中的人和物。

四、調(diào)度處理措施

在中性點(diǎn)廢紙接接地系統(tǒng)發(fā)生接地故障信號(hào)時(shí)，值班人員應(yīng)該首先保持冷靜的思考能力，及時(shí)向上一級(jí)調(diào)度匯報(bào)，并且對(duì)故障現(xiàn)象做好應(yīng)有的記錄，并且根據(jù)故障信號(hào)、表計(jì)指示、運(yùn)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(hào)裝置，在裝置正常運(yùn)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(hào)的同時(shí)，如果另有一線路也發(fā)出了接地信號(hào)，則故障點(diǎn)很有可能就在該線路上；如果僅僅發(fā)出了母線接地信號(hào)，則故障點(diǎn)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(méi)有裝設(shè)接地信號(hào)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(yùn)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(yùn)行時(shí)，首先應(yīng)該從總的降壓站內(nèi)分支開(kāi)始，分別切除10kV系統(tǒng)中的供電回路，然后再逐級(jí)往下進(jìn)行查找，直到找到接地點(diǎn)為止。

針對(duì)這些，特別提出了2個(gè)相應(yīng)的重要應(yīng)對(duì)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(shí)，主要通過(guò)以下信號(hào)進(jìn)行判斷。當(dāng)出現(xiàn)接地故障時(shí)，都會(huì)出現(xiàn)過(guò)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(gè)較大的范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)。根據(jù)互感器二次側(cè)的電壓值可大致判斷故障類(lèi)型：普通單相接地故障時(shí)3V0值約為100V；而出現(xiàn)單相弧光接地過(guò)電壓時(shí)，所導(dǎo)致的過(guò)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(shí)，應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：

1.應(yīng)該將小電流選線裝置的選線結(jié)果作為重要參考：?jiǎn)蜗嗷」饨拥剡^(guò)程中，故障點(diǎn)流過(guò)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(qiáng)對(duì)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?yàn)楣腆w絕緣介質(zhì)的累積性損傷導(dǎo)致的，該類(lèi)故障通常都和電纜故障相關(guān)聯(lián)；

3.調(diào)度應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)相關(guān)聯(lián)的壓變以及電容器的運(yùn)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(guò)程中，故障過(guò)電壓情況嚴(yán)重，甚至?xí)?duì)系統(tǒng)中的壓變和電容器等裝置的安全運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅，因此需要對(duì)系統(tǒng)中的壓變、電容器等設(shè)備的運(yùn)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(huì)出現(xiàn)“虛幻接地”，這時(shí)系統(tǒng)的絕緣并沒(méi)有遭到破壞，而是其他因素使得某些不對(duì)稱(chēng)狀態(tài)發(fā)出了接地信號(hào)。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(hào)。

五、結(jié)語(yǔ)

隨著城市用電量的增加，過(guò)去的單電源輻射網(wǎng)絡(luò)或者樹(shù)型網(wǎng)路都已不再適用，而網(wǎng)孔式供電方式是必然趨勢(shì)。在經(jīng)濟(jì)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(duì)地電容越來(lái)越大，單相電容電流也隨之增加，電網(wǎng)故障幾率也會(huì)增大。一方面運(yùn)行檢修人員給要加強(qiáng)對(duì)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(lái)的損失。

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