智能電網(wǎng)：電弧接地過電壓及防止措施

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(dǎo)線燒斷，斷開接地點或從電源側(cè)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(chǎn)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(rèn)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(yùn)行中，每年發(fā)生單相接地故障的機(jī)率占電網(wǎng)運(yùn)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(zāi)。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(dǎo)線落在牛家場村村民木結(jié)構(gòu)房頂上，由于間歇性電弧將房點燃造成火災(zāi)，燒壞房屋4間，屋內(nèi)家用電器、家具、衣服、被褥等全部燒毀，后我局對用戶進(jìn)行了賠償，對10kV線路進(jìn)了改遷更新改造。

2008年3月13日，涿鹿牛西井煤礦戶內(nèi)式35kV變電站，室內(nèi)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(nèi)著火冒出黑煙，燒壞柜內(nèi)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(guān)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(dǎo)線落在田野地面，落地導(dǎo)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(dǎo)線還會發(fā)生觸電傷亡。因此，單相弧光接地故障嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的安全運(yùn)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(shù)措施

4.1、裝設(shè)自動跟蹤補(bǔ)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(hù)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(gòu)成的系統(tǒng)和所有35kV、66kV系統(tǒng)，當(dāng)單相接地電容電流超過10A;3-10kV電纜線路構(gòu)成的系統(tǒng)，接地電容電流超過30A時，應(yīng)采用中性點經(jīng)消弧線圈接地方式運(yùn)行。消弧線圈主要作用是在電網(wǎng)發(fā)生單相接地時，產(chǎn)生電感電流以補(bǔ)償電網(wǎng)對地的電容電流，使接地故障點殘流變小，達(dá)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(cè)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(bǔ)償?shù)南【€圈。

110kV站站內(nèi)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(yùn)行時接地電容電流大于10A時，兩臺變壓器從35kV側(cè)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(shè)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(guān)，受控制器指令可手動或自動操作，調(diào)節(jié)消弧線圈檔位1-9檔，補(bǔ)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(nèi)部設(shè)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(nèi)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(yùn)行時，阻尼電阻限制串聯(lián)諧振過電壓，可限制全補(bǔ)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(hù)，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(shè)備主要有KZ-Ⅱ型控制器，裝于室內(nèi)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(diào)整消弧線圈的分頭(2)、現(xiàn)場設(shè)定殘流值(一般小于5A)，設(shè)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(shè)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(yùn)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(cè)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(nèi)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(guān)柜控制，而接地變和消弧線圈安裝在專用的配電室內(nèi)。

10kV成套消弧線圈一、二次主要設(shè)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(dāng)10kV系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，接地變高壓側(cè)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(chǎn)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(bǔ)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(nèi)用電容量,所以三相接地一次線圈容量

故選用戶內(nèi)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(diào)匝式消弧線圈:戶內(nèi)每段10kV母線，裝有戶內(nèi)式環(huán)氧澆注干式單相調(diào)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(guān)，配過渡電阻14.24Ω。其額定容量、額定電壓、、調(diào)檔分頭和消弧線圈配套。有載分節(jié)開關(guān)受XHK-Ⅱ型控制器控制，可以實現(xiàn)自動或手動“升、降、停”調(diào)檔功能，來改變消弧線圈的調(diào)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(nèi)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(yùn)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(bǔ)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(hù)，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(hù)了電阻。

(4)一次輔助設(shè)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(nèi)部過電壓保護(hù);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(shè)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(guān)，阻尼電阻箱，中性線上電壓互感器，電流互感器二次側(cè)相連，所有計算和控制等由它來實現(xiàn)。控制器功能和35kV消弧線圈控制器的功能相同。

4.1.3、消弧線圈系統(tǒng)運(yùn)行

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

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

(為消弧線圈相鄰檔位間級差電流)時，消弧線圈不進(jìn)行調(diào)檔，

≥±使脫諧度≤±5%。因此，消弧線圈初選分頭1,補(bǔ)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(yùn)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(yùn)行時可以投入一臺消弧線圈運(yùn)行。

4.2、加強(qiáng)對線路，變電設(shè)施的運(yùn)行管理

運(yùn)行經(jīng)驗說明，電弧單相接地最嚴(yán)重的是架空線路斷線接地。架空線路常年受到風(fēng)、冰、低溫等氣象條件的影響，導(dǎo)線和桿塔除受到風(fēng)的水平荷載外，還會引起導(dǎo)線振動，在絕緣子固定處死點折射和反折射，使導(dǎo)線磨損疲勞，造成斷股或斷線的接地故障，由于線路設(shè)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(fēng)力作用下導(dǎo)線和橫擔(dān)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(dǎo)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(yùn)行。系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，產(chǎn)生的過電壓使事故范圍擴(kuò)大。針對以上存在問題，為了減少事故的發(fā)生，應(yīng)加強(qiáng)對線路，變電設(shè)施的運(yùn)行管理。首先要做好線路和變電設(shè)備的防雷保護(hù)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(dǎo)線的防振工作，需加裝防振設(shè)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(shè)專人對線路定期進(jìn)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(yùn)行多年質(zhì)量較差的線路要進(jìn)行更新改造。對變電站的設(shè)備，每年做一次春查預(yù)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(yùn)行，對接地電流超標(biāo)的變電站，應(yīng)進(jìn)行改造安裝消弧線圈。

為實現(xiàn)農(nóng)村電氣化，要求每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)一座35kV變電站供電。要提高設(shè)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(dǎo)線截面，城鎮(zhèn)、農(nóng)村架設(shè)的線路要使用JKLYJ防老化的絕緣導(dǎo)線，以達(dá)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(shù)措施和運(yùn)行管理措施，就可以防止系統(tǒng)電弧接地過電壓。

參考文獻(xiàn)

(1)南京工學(xué)院周澤存主編“高電壓技術(shù)”

水利電力出版社 1988年6月

(2)涿鹿110kV站35kV消弧線圈設(shè)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(shè)計安裝說明書 2009年6月