單相弧光接地過電壓引起的重大事故分析

徐恩慶

【摘 要】隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，電力系統(tǒng)越來越龐大，電網(wǎng)中的各種過電壓發(fā)生機(jī)率越來越高，每一次的過電壓都是對電氣設(shè)備的安全運(yùn)行造成直接的、嚴(yán)重的考驗(yàn)，而且每發(fā)生一次過電壓就會對電氣設(shè)備的絕緣造成一次沖擊破壞，并且這種過電壓破壞具有明顯的累積效應(yīng)，當(dāng)累積一定程度時(shí)，會造成電氣設(shè)備損壞，甚至是造成局域電力網(wǎng)絡(luò)發(fā)供電中斷。僅供參考，不足之處，請?zhí)岢鰧氋F意見。

【關(guān)鍵詞】弧光接地；過電壓

隨著電力系統(tǒng)的隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，電力系統(tǒng)越來越龐大，尤其是電網(wǎng)中電纜越來越多，電網(wǎng)中的各種過電壓發(fā)生機(jī)率越來越高，而弧光接地過電壓不屬于常見的，沒引起重視，每一次的過電壓都是對電氣設(shè)備的安全運(yùn)行造成直接的、嚴(yán)重的考驗(yàn)，而且每發(fā)生一次過電壓就會對電氣設(shè)備的絕緣造成一次沖擊破壞，并且這種過電壓破壞具有明顯的累積效應(yīng)，當(dāng)累積一定程度時(shí)，會造成電氣設(shè)備損壞，甚至是造成局域電力網(wǎng)絡(luò)發(fā)供電中斷。2011年11月，XX熱電廠主控室事故信號報(bào)警，并網(wǎng)運(yùn)行的#2、#3發(fā)電機(jī)組跳閘，廠內(nèi)10KV高壓系統(tǒng)母聯(lián)開關(guān)跳閘。值班人員檢查兩個(gè)發(fā)電機(jī)組均為差動保護(hù)動作，廠內(nèi)10KV高壓系統(tǒng)母聯(lián)開關(guān)為過流動作。

（1）配電室現(xiàn)場檢查：1）一電纜出線柜內(nèi)過電壓保護(hù)器爆炸，產(chǎn)生較大沖力。2）一廠變壓器三相高壓熔斷器全部熔斷，過電壓保護(hù)器燒毀。3）一高壓風(fēng)機(jī)重啟時(shí)，接地報(bào)警。

（2）絕緣搖測檢查：1）#2機(jī)組 A：0B：0C：6GΩ。

2）#3機(jī)組 A：0B：0C：2.5GΩ。3）高壓電機(jī)：0（兆歐表檢查）用2500V搖表檢查絕緣為200MΩ。

（3）發(fā)電機(jī)定子檢查：#2、#3發(fā)電機(jī)定子繞組多處絕緣受損。

故障前運(yùn)行方式：35KV架空線#2線運(yùn)行，#2主變壓器運(yùn)行，35KV架空線#1線備用，35KV母聯(lián)開關(guān)備用，10KV母線母聯(lián)開關(guān)全部運(yùn)行。故障時(shí)無設(shè)備操作，電網(wǎng)無重大波動。

故障分析：由于電廠為早期投產(chǎn)，沒有錄波設(shè)備及后臺機(jī)檢測，根據(jù)故障現(xiàn)象及廠家、專家分析，認(rèn)為造成這次故障的根本原因是高壓電機(jī)的弧光接地，產(chǎn)生過電壓，致使過電壓保護(hù)器爆炸弧光短路。

單相弧光接地過電壓的形成機(jī)理。

單相弧光接地過電壓形成機(jī)理的理論分析方法很多，對于電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，電力電纜在其相間和相地間都存在等效電容。經(jīng)計(jì)算表明，電網(wǎng)發(fā)生單相弧光接地時(shí)過電壓的最大值將達(dá)到：

Umax=1.5Um+（1.5Um-0.7Um）=2.3Um

單相弧光接地的過電壓瞬時(shí)最大可以達(dá)到20.4KV。如果弧光接地在接地點(diǎn)造成弧光間歇性反復(fù)燃燒，那么產(chǎn)生的過電壓將大于2.3倍。根據(jù)介紹，在國外有些專家對單相弧光接地進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果顯示，過電壓幅值甚至高達(dá)正常相電壓幅值的3～3.5倍。在系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，都產(chǎn)生了較高的過電壓，才會引起避雷器放電。強(qiáng)烈的過電壓使相間空氣絕緣被擊穿，形成相間弧光短路，至于避雷器的爆炸，主要是由于避雷器的選型錯(cuò)誤和產(chǎn)品質(zhì)量欠佳，再加上弧光短路產(chǎn)生的高能熱量使避雷器的爆炸。由此可見如此高的過電壓一旦產(chǎn)生就會使電力網(wǎng)絡(luò)絕緣薄弱環(huán)節(jié)形成閃絡(luò)放電，嚴(yán)重時(shí)將破壞絕緣，造成相間短路或者損害電氣設(shè)備。這時(shí)發(fā)電機(jī)接地電流已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于5A，才會造成發(fā)電機(jī)定子鐵芯熔化，即與發(fā)電機(jī)有電氣連接的電力網(wǎng)絡(luò)的單相接地電流已大大超過了5A。

單相弧光接地產(chǎn)生的原因。

從上述分析可見，單相弧光接地是威脅電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和可靠運(yùn)行的最主要和最直接因素之一。而中性點(diǎn)的接地方式，是直接影響到單相弧光接地的產(chǎn)生和限制的。在我國的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)中，在6KV-35KV電力系統(tǒng)普遍采用中性點(diǎn)不接地的方式，這是因?yàn)樵谠缙诘碾娏W(wǎng)中，電力電纜采用量不大，系統(tǒng)的單相接地電容電流并不大。而隨著各電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，原電力系統(tǒng)主發(fā)生了很大的變化，電力電纜的采用量急劇增加。從系統(tǒng)的運(yùn)行現(xiàn)狀和經(jīng)驗(yàn)來看，其過電壓發(fā)生的機(jī)率越來越高，由于過電壓造成的事故在整個(gè)電氣事故中所占的比例也越來越大。電力供電系統(tǒng)亦屬于這種情況。該系統(tǒng)從最初的以架空線為主的配電系統(tǒng)發(fā)展成為了擁有發(fā)電、供配電以及以電力電纜連接為主的電力系統(tǒng)，再加上即將上馬的更高變配電網(wǎng)絡(luò)，將形成以發(fā)、變和配電綜合一體化電力系統(tǒng)。因此最初采用的中性點(diǎn)不接地方式將受到前所未有考驗(yàn)！

單相弧光接地的防范措施。

針對現(xiàn)在電力系統(tǒng)容易發(fā)生單相接地后的情況，要解決過電壓以及發(fā)電機(jī)的單相接地電流的問題，應(yīng)從以下幾方面著手，以提電力系統(tǒng)在出現(xiàn)單相接地時(shí)的穩(wěn)定性和安全性。

1.調(diào)整系統(tǒng)中性點(diǎn)的接地方式

電力系統(tǒng)6KV-35KV中性點(diǎn)目前采用的是不接地運(yùn)行方式，這種方式對其本身來說雖然有它的諸多優(yōu)越性，根據(jù)《電氣事故處理規(guī)程》的規(guī)定，單相接地時(shí)，允許運(yùn)行0.5～2h，在出現(xiàn)單相弧光接地時(shí)允許運(yùn)行15min，這對于電力用戶來說其可靠性相對較好。但是實(shí)際上一旦產(chǎn)生弧光接地，過電壓以及大的接地電流對電氣設(shè)備的損壞是迅速的，根本就沒有15min的時(shí)間留給值班人員進(jìn)行分析、判斷和處理。實(shí)踐證明電力系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地的可靠性與其由此造成的損失和它帶來的不利因素的影響相比，這種可靠性已經(jīng)很難體現(xiàn)。結(jié)合上述的分析，中性點(diǎn)是否繼續(xù)維持不接地方式，值得探討。要從根本上這類問題，中性點(diǎn)采用消弧線圈接地，應(yīng)該不失為行之有效的措施之一。

2.采用消弧線圈接地的防治措施

消弧線圈是一個(gè)鐵芯可調(diào)節(jié)的電感線圈，將它裝設(shè)于熱電廠發(fā)電機(jī)或即將新建的變電站變壓器的中性點(diǎn)處，這樣系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)侯，可形成一個(gè)與接地電流大小近似相等、方向相反的電感電流與容性接地電流相互補(bǔ)償，從而達(dá)到限制接地電流的目的，避免在接地點(diǎn)形成弧光。同時(shí)即使是運(yùn)行方式發(fā)生變化，使消弧線圈的補(bǔ)償度或脫諧度發(fā)生變化（無論如何變化，只要在設(shè)計(jì)上考慮充分，均不可能由過補(bǔ)償轉(zhuǎn)變?yōu)槿a(bǔ)或欠補(bǔ)），而產(chǎn)生弧光接地，燃弧后電容的充放電電流要經(jīng)過消弧線圈流回，而不會在故障點(diǎn)形成多次弧光重燃，這樣就有效地避免了接地點(diǎn)的間歇性燃弧，達(dá)到限制弧光過電壓的目的。同時(shí)在經(jīng)過精確測試現(xiàn)有系統(tǒng)的單相接地電流的基礎(chǔ)上，合理地設(shè)計(jì)和選擇好消弧線圈，可以將接地電流限制在5A以下，以確保電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全。在我國現(xiàn)在很多電網(wǎng)，特別是一些大型工礦企業(yè)的系統(tǒng)都已經(jīng)進(jìn)行了中性點(diǎn)接地方式的改造，技術(shù)可行，經(jīng)驗(yàn)成熟，運(yùn)行可靠。

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