1、 電弧單相接地過電壓發(fā)展的物理過程

1.1、單相接地故障的分析

在中性點不接地系統(tǒng)中，正常運行時，線路三相對地

電容相等，且

三相對地電容電壓相等,

,中性點對地電壓 ,系統(tǒng)A相發(fā)生單相接地，對地發(fā)生電弧放電，以D表示故障點發(fā)弧間隙，其等值電路如圖所

1.2、電弧接地過電壓發(fā)展的物理過程

在中性點不接地系統(tǒng)中，運行經(jīng)驗證明，當系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，接地點流過的電容電流為10A及以上時，在接地點產生的電弧就不會自動熄滅，現(xiàn)對電弧接地發(fā)展的物理過程分析如下：

圖2.單相弧光接地過電壓發(fā)展過程

設t 瞬間，A相對地D間發(fā)生電弧，此時A相電源電壓為最大瞬時值：

式中：Um—系統(tǒng)相電壓最大值，式中：2—電源通過電感對電容充電系數(shù)。

過渡過程結束后，U2和U3按圖2中的電源線電壓UBA和UCA變化。

故障點的電弧電流中，包含有工頻分量和逐漸衰減的高頻分量,電弧電流將持續(xù)半個工頻周期½T，待A相工頻電流分量過零時t2時刻電弧才自動熄滅，見圖2，t2時刻故障點發(fā)生第一次斷弧。t2時刻電弧熄滅，又要引起過渡過程。這時，三相導線上的電壓不等于零，電壓的初始值為：

由于系統(tǒng)是中性點絕緣的，各導線電容上的電荷在故障點電弧熄滅后仍保留在系統(tǒng)內，三相導線地對電容上總電荷：

所以在熄弧瞬間必然有一個很快完成的電荷全新分配過程，這個分配過程實際上是電容C2、C3通過電源電感L對C1充電的高頻振蕩過程，其結果要使三相導線對地電壓相等，但由于A相仍接地，也使對地絕緣的中性點對地產生了一個位移電壓

電壓為

故障點的電弧電流將持續(xù)半個工頻周期，待工頻分量過流時才熄弧，完成第二次斷弧。以后的熄弧及重燃過程將和第二次的發(fā)生電弧、熄弧，過渡過程完全相同，其過電壓的幅值也相同，直到電弧將故障點導線燒斷，斷開接地點或從電源側斷開接地線路，接地故障才解除。

顯然，按工頻熄弧理論分析得到的過電壓最大值并不太高，從波形圖2中可以看出過電壓的波形具有同一極性，在故障相中不產生振蕩過程。健全相的最大過電壓為-3.5Um，故障相最大過電壓為2Um。在實際情況下，由于過渡過程的衰減，殘余電荷的泄漏以及相間電容和接地過渡電阻的降壓作用，燃弧相位不同等原因，過電壓倍數(shù)還要低一些。目前，普遍認為，電弧接地過電壓最大值不超過3.5Um，一般在3Um以下。

3、單相電弧接地的危害

在中性點不接地系統(tǒng)運行中，每年發(fā)生單相接地故障的機率占電網(wǎng)運行總故障率的70%，其中間歇性電弧接地又占接地故率的50%。從以上分析可知，發(fā)生間歇性弧光接地不僅引起系統(tǒng)過電壓，造成交聯(lián)電纜絕緣擊穿，引起相間短路故障，還要造成火災。例如2007年8月6日天下雨，我局由涿鹿110kV站，10kV583#線路，9號桿B相斷線，帶電導線落在牛家場村村民木結構房頂上，由于間歇性電弧將房點燃造成火災，燒壞房屋4間，屋內家用電器、家具、衣服、被褥等全部燒毀，后我局對用戶進行了賠償，對10kV線路進了改遷更新改造。

2008年3月13日，涿鹿牛西井煤礦戶內式35kV變電站，室內4#35kV母線4.9#電壓互感器避雷器柜，因C相35kV電壓互感器一次線圈絕緣擊穿發(fā)生單相間歇性弧火接地，引起柜內著火冒出黑煙，燒壞柜內三只JDZX8-35kV干式電壓互感器，三只35kV管式熔斷器，燒著三相鋁母帶引線間的兩塊絕緣板和套在引線上的硅膠絕緣罩，三只35kV避雷器也受到損壞，柜面鋼板燒得變形，并引起相間短路，主變開關跳閘，牛西井煤礦停電4小時，最后更換了新的高壓柜。

另外也發(fā)生過多次因10kV和35kV線路斷線，帶電導線落在田野地面，落地導線被電弧燒傷，地面土壤被燒成玻璃柱狀，莊稼被燒死，如果有人觸及到導線還會發(fā)生觸電傷亡。因此，單相弧光接地故障嚴重影響了電網(wǎng)的安全運行，必需采取措施，減少單相接地故障的發(fā)生。

4、防止單相電弧接地過電壓的技術措施

4.1、裝設自動跟蹤補償消弧線圈

根據(jù)1997年原電力部頒發(fā)的DL/T620-1997年“交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合”規(guī)程規(guī)定：10kV鋼筋混凝土或金屬桿塔架空線路構成的系統(tǒng)和所有35kV、66kV系統(tǒng)，當單相接地電容電流超過10A;3-10kV電纜線路構成的系統(tǒng)，接地電容電流超過30A時，應采用中性點經(jīng)消弧線圈接地方式運行。消弧線圈主要作用是在電網(wǎng)發(fā)生單相接地時，產生電感電流以補償電網(wǎng)對地的電容電流，使接地故障點殘流變小，達到自行熄弧消除故障的目的;對抑制間歇性電弧過電壓，消除電壓互感器飽和引起的鐵磁諧振過電壓，降低故障跳閘率方面能起到明顯效果。

4.1.1 35kV系統(tǒng)消弧線圈的選擇

110kV站主變35kV側為Y0型接線有中性點引出，而且變壓器零序阻抗Z 較低，可以在中性點引線經(jīng)35kV單極刀閘直接自動補償?shù)南【€圈。

110kV站站內一般安裝兩臺主變壓器，35kV系統(tǒng)配電裝置為戶外式單母線分段，經(jīng)計算每段母線35kV系統(tǒng)接地電容電流超過10A時，兩臺變壓器35kV中性點各裝一臺消弧線圈，小于10A時且母線并聯(lián)運行時接地電容電流大于10A時，兩臺變壓器從35kV側中性點各經(jīng)35kV單極刀閘可共用一臺消弧線圈。

35kV成套消弧線圈一、二、設備有：戶外型油浸XHDZ-550/35型消弧線圈，外上部裝有DYJZⅡ-35/100-9型有載分接開關，受控制器指令可手動或自動操作，調節(jié)消弧線圈檔位1-9檔，補償電感電流9.4A-24.8A，以保證脫諧度≤±5%，才能把過電壓限制在2.6倍相電壓以下。消弧線圈內部設有二次測量線圈和二次阻尼線圈，以滿足測量和阻尼作用。消弧線圈旁，裝有ZNX阻尼電阻箱，箱內裝有不銹鋼無感電阻，并接于消弧線圈二次阻尼線圈上。系統(tǒng)正常運行時，阻尼電阻限制串聯(lián)諧振過電壓，可限制全補時中性點位移電壓≤15%相電壓。系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，經(jīng)零序電流保護，快速繼電器斷開二次并聯(lián)電阻，使殘流值小于規(guī)定值5A。

消弧線圈二次控制設備主要有KZ-Ⅱ型控制器，裝于室內中心屏上，主要功能有：(1)、實測35kV系統(tǒng)電容電流的變化，及時自動調整消弧線圈的分頭(2)、現(xiàn)場設定殘流值(一般小于5A)，設定脫諧度≤±5%。(3)、顯示功能：電感電流I 、電容電流I 、殘流值、檔位等。(4)、報警功能：單相接地、位移電壓過限(﹥15%相電壓)，自動手動切換。(5)、閉鎖功能：設置檔位到頭，單相接地掉閘閉鎖、手動、自動之間互鎖。(6)選線功能(7)追憶功能(8)打印功能(9)運動通訊功能：可通過RS-485接口，光纜線路傳輸實現(xiàn)“四遙”。

4.1.2.、10kV系統(tǒng)消弧線圈選擇

變電站10kV系統(tǒng)，主變壓器10kV側為a型接線，無中性點引出線，無法在中性點安裝10kV消弧線圈，10kV配電裝置一般為戶內式，單母線分段，需在每段10kV母線上安裝一臺有中性點引出的線的接地變壓器，接地變由配電室10kV開關柜控制，而接地變和消弧線圈安裝在專用的配電室內。

10kV成套消弧線圈一、二次主要設備有：(1)10kV接地變。接地變接線組別為ZN，Yn-11，一次繞組為ZN接線(有中性點)，由匝數(shù)相同的兩段繞組分別繞在不同的兩相鐵芯柱上，繞阻反極性連接，二次繞組為Yn接線。當10kV系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，接地變高壓側每相繞組流過的相電流是流過消弧線圈電流的

倍，而中性線流過的電流是流過消弧線圈電流的3倍，三相同方向的零序電流流過一次線圈在三相鐵芯柱上產生的零序磁通相互抵消，使零序阻抗Z0 很小(約10Ω)，所以空載損耗較低，變壓器容量95%可以被利用。接地變一次線圈的容量S ，除滿足消弧線圈單相接地時的補償容量Q 外，還兼作變電站的用電容量

，二次線圈容量只作為站內用電容量,所以三相接地一次線圈容量

故選用戶內型、環(huán)氧澆注三相干式接地變，型號DKSC-303-100/10型，額定電壓Ue=10.5±2*2.5/0.4kV,額定電流16.7A/5.5A/137A,中性點INe=50A/2n，(2)調匝式消弧線圈:戶內每段10kV母線，裝有戶內式環(huán)氧澆注干式單相調匝式消弧線圈。其容量按10kV系統(tǒng)單相接地電容電流,

10A-33A。消弧線圈配有干式單獨的MFKD-12/100-9型空氣有載開關，配過渡電阻14.24Ω。其額定容量、額定電壓、、調檔分頭和消弧線圈配套。有載分節(jié)開關受XHK-Ⅱ型控制器控制，可以實現(xiàn)自動或手動“升、降、停”調檔功能，來改變消弧線圈的調檔分頭，保證脫諧度≤±5%。

(3)阻尼電阻箱，RNK-10型阻尼電阻箱，箱內裝有RXHGB-20Ω/600瓦無感電阻，它串接在消弧線圈尾端可靠接地。系統(tǒng)正常運行時，用來限制串聯(lián)諧振過電壓，使中性點位移電壓在全補償時≤15%相電壓。系統(tǒng)單相接地時，為防止電阻過熱，用快速電壓、電流雙重保護，使并聯(lián)在電阻兩端的無源雙晶閘管將電阻短接，減少殘流保護了電阻。

(4)一次輔助設備還有在接地變中性線上安裝GW9-12/400A單極刀閘，作為消弧線圈正常投切操作使用

HY5WZ2-17.5/45kV氧化鋅避雷器作為內部過電壓保護;JDZ-10/0.5kV單相電壓互感器和LQKG-0.66kV.50/5電流互感器用來測量中性線零序電壓、零序電流。

二次主要控制設備有XHK-Ⅱ型控制器，裝于控制屏上，用二次控制電纜和有載控制開關，阻尼電阻箱，中性線上電壓互感器，電流互感器二次側相連，所有計算和控制等由它來實現(xiàn)?？刂破鞴δ芎?5kV消弧線圈控制器的功能相同。

4.1.3、消弧線圈系統(tǒng)運行

(1)消弧線圈一、二次設備安裝完后應由制造廠,運行單位共同進行系統(tǒng)整組聯(lián)合傳動功能試驗，合格后方可投入運行。

(2)消弧線圈設定自動補償位置，調定脫諧度≤±5%。補償方式可現(xiàn)場設定過補、欠補、最小殘流三種補償方式任一種。一般設定最小殘流值﹤5A,即當

(為消弧線圈相鄰檔位間級差電流)時，消弧線圈不進行調檔，

≥±使脫諧度≤±5%。因此，消弧線圈初選分頭1,補償電流為10A，殘流值一般小于5A，殘流值可能是容性的，或是感性的。

(3)、母線分段運行時，不得將兩臺變壓器中性點同時接到一臺消弧線圈上，以免發(fā)生虛幻接地及過電壓，母線并列運行時可以投入一臺消弧線圈運行。

4.2、加強對線路，變電設施的運行管理

運行經(jīng)驗說明，電弧單相接地最嚴重的是架空線路斷線接地。架空線路常年受到風、冰、低溫等氣象條件的影響，導線和桿塔除受到風的水平荷載外，還會引起導線振動，在絕緣子固定處死點折射和反折射，使導線磨損疲勞，造成斷股或斷線的接地故障，由于線路設計水平不高，直線桿塔出現(xiàn)上拔，懸垂絕緣子串搖擺角不夠，在風力作用下導線和橫擔相碰放電燒傷或斷線。雷雨季節(jié)線路遭受雷擊，絕緣子被擊穿，破碎，電弧燒斷導線，另外，架空線還受到鳥害、樹害、外力破壞等，也會使線路發(fā)生單相接地或短路故障。

在變電站35kV和10kV系統(tǒng)，經(jīng)計算接地電容電流已超過規(guī)定值，但未安裝消弧線圈，已經(jīng)安裝的消弧線圈但未及時投入運行。系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，產生的過電壓使事故范圍擴大。針對以上存在問題，為了減少事故的發(fā)生，應加強對線路，變電設施的運行管理。首先要做好線路和變電設備的防雷保護工作，處理不合格的接地裝置，更換不合格的避雷器要提高線路的絕緣水平，做好導線的防振工作，需加裝防振設施，將出現(xiàn)上拔的直線桿塔懸掛點加高或改為耐張桿塔，要設專人對線路定期進行巡視檢查，發(fā)現(xiàn)缺陷及時處理，每年春季還要做一次停電檢修工作。對運行多年質量較差的線路要進行更新改造。對變電站的設備，每年做一次春查預試和檢修工作，已經(jīng)安裝的消弧線圈檢修后要及時投入運行，對接地電流超標的變電站，應進行改造安裝消弧線圈。

為實現(xiàn)農村電氣化，要求每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設一座35kV變電站供電。要提高設計水平，本著多布點，小型化的建站原則，要縮短10kV線路供電半徑為7km，合理的選擇導線截面，城鎮(zhèn)、農村架設的線路要使用JKLYJ防老化的絕緣導線，以達到減少線路損耗和接地電容電流，提高供電可靠性的目的。因此，只要采取技術措施和運行管理措施，就可以防止系統(tǒng)電弧接地過電壓。

參考文獻

(1)南京工學院周澤存主編“高電壓技術”

水利電力出版社 1988年6月

(2)涿鹿110kV站35kV消弧線圈設計安裝說明書

2008年9月

(3)涿鹿工業(yè)園35kV站10kV消弧線圈

設計安裝說明書 2009年6月