间歇电弧接地过电压的防护措施
摘要：本文结合工程实例对间歇电弧接地过电压的防护措施进行了探讨，可供大家参考。
关键词：间歇电弧,接地故障,发展过程,防护措施
运行经验表明，电力系统中的故障至少有60%是单项接地故障，随着电网的发展和电压等级的提高，单相接地的电容电流也随之增加，当6～10kV电网的对地电容电流超过30A，35～60kV电网的对地电容电流超过10A时，电弧就难以自动熄灭，而以间歇电弧的形式存在，就会产生一种严重的操作过电压——间歇电弧接地过电压。这种电压的演化过程和幅值大小都与熄弧的时间有关，并存在有两种熄弧时间：一种是电弧在过渡过程中的高频振荡电流过零时熄灭，另一种是电弧等到工频电流过零时才能熄灭，当然，这种电容电流一般不会形成稳定电弧的程度，因此在故障点可能出现电弧“熄灭—重燃”的间歇现象，引起电力系统状态瞬息改变，导致电网中电感、电容回路的电磁振荡，系统中性点发生偏移，健全相和故障相都产生过电压。
1、发展过程
这种过电压的发展过程和幅值大小都与 熄弧时间有关。存在两种熄弧时间：
电弧在过渡过程中的高频振荡电流过零时即可熄灭电弧的熄灭发生在工频电流过零的时刻下面假定电弧的熄灭发生在工频电流过零的时刻，来说明这种过电压的物理发展过程：作如下简化：
1)略去线间电容的影响;
2)设各相导线的对地电容均相等，即 C1=C2=C3=C。就可得如图1 (a)所示的等值电路。
设接地故障发生于A相，而且是正当 U A 经过幅值CU 时发生，这样A相导线的电位立即变为零，中性点电位 U N 由零升至相电压，即U N =- U A ，B、C两相的对地电压 都升高到线电压 U BA U CA 。
流过C2和C3的电流I2和I3分别较UBA和UCA超前90O，其幅值为
I2=I3=√3ωCU 因为I2与I3在相位上相差60O，所以故障点的电流幅值为
IC=√3 I2=√3ωCU ∝Un·l
Un—电网额定电压
l—线路总长度
C—每相导线的对地电容
C0—单位长度的对地电容
由此可知：1)流过故障点的电流是线路对地电容所引起的电容电流
2)故障电流的大小与电网额定电压和线路总长度成正比
如以uA，uB，uC代表三相电源电压;以u1，u2，u3代表三相导线的对地电压，即C1、C2、C3上的电压，则通过分析可得如图2所示的过电压发展过程。
按工频电流过零时熄弧的理论分析得出的结论是：
1)非故障相上的最大过电压为3.5倍;
2)故障相上的最大过电压为2.0倍。
长期以来大量试验研究表明：故障点电弧在工频电流过零时和高频电流过零时熄灭都是可能的。
发生在大气中的开放性电弧往往要到工频电流过零时才能熄灭;在强烈去电离的条件下，电弧往往在高频电流过零时就能熄灭。电弧的燃烧和熄灭会受到发弧部位的周围媒质和大气条件等的影响，具有很强的随机性质，因而它所引起的过电压值具有统计性质。
2、防护措施
为了消除电弧接地过电压，最根本的途径就是消除间歇性电弧，可以通过改变中性点接地方式来实现。
2.1采用中性点直接接地方式，若中性点接地，单相接地故障将在接地点产生很大的短路电流，断路器将跳闸，从而彻底消除电弧接地过电压。目前，110kV及以上电网大多采用中性点直接接地的运行方式。
2.2采用中性点经消弧线圈接地方式 采用中性点直接接地方式虽然能够解决断续电弧问题，但每次发生单相接地故障都会引起断路器频繁跳闸，严重影响供电的连续性。所以，我国35kV及以下电压等级的配电网采用中性点经消弧线圈接地的运行方式。
根据补偿度的不同，消弧线圈可以处于三种不同的运行状态：
(1)欠补偿
消弧线圈的电感电流不足以完全补偿电容电流，此时故障点流过的残流为容性电流。
(2)全补偿
消弧线圈的电感电流恰好完全补偿电容电流，此时流过故障点的残流为泄露电流。
(3)过补偿
消弧线圈的电感电流不仅完全补偿电容电流且还有数量超出，此时流过故障点的残流为感性电流。
3、案例分析
某110kV变电站35kV线路开关B相爆裂事故分析
3.1事故前运行方式：
某110kV变电站，110kV采用中性点直接接地的运行，35kV中性点不接地运行。#1主变运行带10kVⅠ段母线各出线、#2主变运行带35kV母线(没有分段)及10kVⅡ段各出线运行。#1主变中压侧开关，10kV母联开关处于热备用状态。35kV QS4线空载运行。
3.2 故障经过： 12时24分20秒110kV变电站#2主变中压侧保护装置过电流Ⅱ段保护动作出口，跳开主变中压侧开关，35kV母线失压，当时故障电流Ia=11.6A(二次值)，Ib=10.5A(二次值)，Ic=1.7A(二次值)，Ua:61.3V, Ub:1.3 V, Uc:87.3 V，U0:66.2 V。过电流保护(定值：5.3A(二次值),2.1S,变比:800/5)，
经检查保护动作正确，现场人员检查发现35kV QS4线开关B相爆炸，#2主变中压侧开关A相主变侧接线夹处有明显放电烧伤痕迹。
3.3故障初步原因分析：
二次保护方面：从35kV QS4线保护分析，故障点在开关靠母线侧，线路保护范围是在电流互感器至线路侧，故障点在保护范围外，保护未动作是正确的(故障为母线范围故障)
故障录波装置检查，由35kV母线电压故障时间段来分析如下：
35kV母线电压突变时起：0--1640ms之间，母线A相电压降幅较大，明显有接地现象(图5)，导致B、C相电压升高(峰值40kV)，期间A相有不规则波动(图6)，结合现场可判断为0--1640ms 系统A相对地放电(在此之前有较长的间歇接地放电现象，但时间都较短，难以察觉);在1640ms---3820ms之间，35kV母线B相电压近乎为0，A、C相电压升高(其中A相约21kV比C相30kV低)(图7)，即35kV系统存在A、B两相接地短路，#2主变35kV侧过流时限2的保护定值时间为2.1S(2100ms)从故障录波上(图8)看保护起动时间到开关跳闸时间为3820-1640=2180ms≈2100ms+开关动作反应时间，即#2主变35kV侧保护动作正确。
根据故障录波图和保护动作情况时间和现场分析，大概12时24分20秒系统A相对地放电，引起35kV母线B、C相电压升高(峰值40kV)，而B、C相电压升高，对设备绝缘弱点的35kV QS4线B相互感器绝缘套管与本体衔接处有明显放电造成闪络击穿，形成AB相接地短路，并引起#2主变35kV侧后备保护过流II段动作跳闸。由于35kV母线接地告警整定时间为9秒，整个事故过程总共用时才不到4秒左右，所以也没有查到报35kV母线接地信息。因而，这是一次危害性很大的一次过电压造成的事故。
4、结束语
对付间歇电弧接地过电压的防护措施，可采用中性有效接地方式和采用中性点经消弧线圈接地方式来避免类似事故的发生。
参考文献：
[1] 文远芳，高电压技术 [M]，华中科技大学出版，2001年.
