智能電網(wǎng)：電弧接地過(guò)電壓及防止措施

電壓為

故障點(diǎn)的電弧電流將持續半個(gè)工頻周期，待工頻分量過(guò)流時(shí)才熄弧，完成第二次斷弧。以后的熄弧及重燃過(guò)程將和第二次的發(fā)生電弧、熄弧，過(guò)渡過(guò)程完全相同，其過(guò)電壓的幅值也相同，直到電弧將故障點(diǎn)導線(xiàn)燒斷，斷開(kāi)接地點(diǎn)或從電源側斷開(kāi)接地線(xiàn)路，接地故障才解除。

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

3、單相電弧接地的危害

在中性點(diǎn)不接地系統運行中，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過(guò)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(xiàn)路，9號桿B相斷線(xiàn)，帶電導線(xiàn)落在牛家場(chǎng)村村民木結構房頂上，由于間歇性電弧將房點(diǎn)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(hù)進(jìn)行了賠償，對10kV線(xiàn)路進(jìn)了改遷更新改造。

2008年3月13日，涿鹿牛西井煤礦戶(hù)內式35kV變電站，室內4#35kV母線(xiàn)4.9#電壓互感器避雷器柜，因C相35kV電壓互感器一次線(xiàn)圈絕緣擊穿發(fā)生單相間歇性弧火接地，引起柜內著(zhù)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(zhù)三相鋁母帶引線(xiàn)間的兩塊絕緣板和套在引線(xiàn)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(kāi)關(guān)跳閘，牛西井煤礦停電4小時(shí)，最后更換了新的高壓柜。

另外也發(fā)生過(guò)多次因10kV和35kV線(xiàn)路斷線(xiàn)，帶電導線(xiàn)落在田野地面，落地導線(xiàn)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(xiàn)還會(huì )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(guò)電壓的技術(shù)措施

4.1、裝設自動(dòng)跟蹤補償消弧線(xiàn)圈

根據1997年原電力部頒發(fā)的DL/T620-1997年“交流電氣裝置的過(guò)電壓保護和絕緣配合”規程規定：10kV鋼筋混凝土或金屬桿塔架空線(xiàn)路構成的系統和所有35kV、66kV系統，當單相接地電容電流超過(guò)10A;3-10kV電纜線(xiàn)路構成的系統，接地電容電流超過(guò)30A時(shí)，應采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式運行。消弧線(xiàn)圈主要作用是在電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí)，產(chǎn)生電感電流以補償電網(wǎng)對地的電容電流，使接地故障點(diǎn)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(guò)電壓，消除電壓互感器飽和引起的鐵磁諧振過(guò)電壓，降低故障跳閘率方面能起到明顯效果。

4.1.1 35kV系統消弧線(xiàn)圈的選擇

110kV站主變35kV側為Y0型接線(xiàn)有中性點(diǎn)引出，而且變壓器零序阻抗Z 較低，可以在中性點(diǎn)引線(xiàn)經(jīng)35kV單極刀閘直接自動(dòng)補償的消弧線(xiàn)圈。

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

35kV成套消弧線(xiàn)圈一、二、設備有：戶(hù)外型油浸XHDZ-550/35型消弧線(xiàn)圈，外上部裝有DYJZⅡ-35/100-9型有載分接開(kāi)關(guān)，受控制器指令可手動(dòng)或自動(dòng)操作，調節消弧線(xiàn)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(guò)電壓限制在2.6倍相電壓以下。消弧線(xiàn)圈內部設有二次測量線(xiàn)圈和二次阻尼線(xiàn)圈，以滿(mǎn)足測量和阻尼作用。消弧線(xiàn)圈旁，裝有ZNX阻尼電阻箱，箱內裝有不銹鋼無(wú)感電阻，并接于消弧線(xiàn)圈二次阻尼線(xiàn)圈上。系統正常運行時(shí)，阻尼電阻限制串聯(lián)諧振過(guò)電壓，可限制全補時(shí)中性點(diǎn)位移電壓≤15%相電壓。系統發(fā)生單相接地故障時(shí)，經(jīng)零序電流保護，快速繼電器斷開(kāi)二次并聯(lián)電阻，使殘流值小于規定值5A。

消弧線(xiàn)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(shí)測35kV系統電容電流的變化，及時(shí)自動(dòng)調整消弧線(xiàn)圈的分頭(2)、現場(chǎng)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：?jiǎn)蜗嘟拥?、位移電壓過(guò)限(15%相電壓)，自動(dòng)手動(dòng)切換。(5)、閉鎖功能：設置檔位到頭，單相接地掉閘閉鎖、手動(dòng)、自動(dòng)之間互鎖。(6)選線(xiàn)功能(7)追憶功能(8)打印功能(9)運動(dòng)通訊功能：可通過(guò)RS-485接口，光纜線(xiàn)路傳輸實(shí)現“四遙”。

4.1.2.、10kV系統消弧線(xiàn)圈選擇

變電站10kV系統，主變壓器10kV側為a型接線(xiàn)，無(wú)中性點(diǎn)引出線(xiàn)，無(wú)法在中性點(diǎn)安裝10kV消弧線(xiàn)圈，10kV配電裝置一般為戶(hù)內式，單母線(xiàn)分段，需在每段10kV母線(xiàn)上安裝一臺有中性點(diǎn)引出的線(xiàn)的接地變壓器，接地變由配電室10kV開(kāi)關(guān)柜控制，而接地變和消弧線(xiàn)圈安裝在專(zhuān)用的配電室內。

10kV成套消弧線(xiàn)圈一、二次主要設備有：(1)10kV接地變。接地變接線(xiàn)組別為ZN，Yn-11，一次繞組為ZN接線(xiàn)(有中性點(diǎn))，由匝數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(xiàn)。當10kV系統發(fā)生單相接地時(shí)，接地變高壓側每相繞組流過(guò)的相電流是流過(guò)消弧線(xiàn)圈電流的

倍，而中性線(xiàn)流過(guò)的電流是流過(guò)消弧線(xiàn)圈電流的3倍，三相同方向的零序電流流過(guò)一次線(xiàn)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(xiàn)圈的容量S ，除滿(mǎn)足消弧線(xiàn)圈單相接地時(shí)的補償容量Q 外，還兼作變電站的用電容量

，二次線(xiàn)圈容量只作為站內用電容量,所以三相接地一次線(xiàn)圈容量

故選用戶(hù)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(diǎn)INe=50A/2n，(2)調匝式消弧線(xiàn)圈:戶(hù)內每段10kV母線(xiàn)，裝有戶(hù)內式環(huán)氧澆注干式單相調匝式消弧線(xiàn)圈。其容量按10kV系統單相接地電容電流,

10A-33A。消弧線(xiàn)圈配有干式單獨的MFKD-12/100-9型空氣有載開(kāi)關(guān)，配過(guò)渡電阻14.24Ω。其額定容量、額定電壓、、調檔分頭和消弧線(xiàn)圈配套。有載分節開(kāi)關(guān)受XHK-Ⅱ型控制器控制，可以實(shí)現自動(dòng)或手動(dòng)“升、降、停”調檔功能，來(lái)改變消弧線(xiàn)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(wú)感電阻，它串接在消弧線(xiàn)圈尾端可靠接地。系統正常運行時(shí)，用來(lái)限制串聯(lián)諧振過(guò)電壓，使中性點(diǎn)位移電壓在全補償時(shí)≤15%相電壓。系統單相接地時(shí)，為防止電阻過(guò)熱，用快速電壓、電流雙重保護，使并聯(lián)在電阻兩端的無(wú)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(xiàn)上安裝GW9-12/400A單極刀閘，作為消弧線(xiàn)圈正常投切操作使用

HY5WZ2-17.5/45kV氧化鋅避雷器作為內部過(guò)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(lái)測量中性線(xiàn)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(kāi)關(guān)，阻尼電阻箱，中性線(xiàn)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(lái)實(shí)現?？刂破鞴δ芎?5kV消弧線(xiàn)圈控制器的功能相同。

4.1.3、消弧線(xiàn)圈系統運行

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

(2)消弧線(xiàn)圈設定自動(dòng)補償位置，調定脫諧度≤±5%。補償方式可現場(chǎng)設定過(guò)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(xiàn)圈相鄰檔位間級差電流)時(shí)，消弧線(xiàn)圈不進(jìn)行調檔，

≥±使脫諧度≤±5%。因此，消弧線(xiàn)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(xiàn)分段運行時(shí)，不得將兩臺變壓器中性點(diǎn)同時(shí)接到一臺消弧線(xiàn)圈上，以免發(fā)生虛幻接地及過(guò)電壓，母線(xiàn)并列運行時(shí)可以投入一臺消弧線(xiàn)圈運行。

4.2、加強對線(xiàn)路，變電設施的運行管理

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

在變電站35kV和10kV系統，經(jīng)計算接地電容電流已超過(guò)規定值，但未安裝消弧線(xiàn)圈，已經(jīng)安裝的消弧線(xiàn)圈但未及時(shí)投入運行。系統發(fā)生接地故障時(shí)，產(chǎn)生的過(guò)電壓使事故范圍擴大。針對以上存在問(wèn)題，為了減少事故的發(fā)生，應加強對線(xiàn)路，變電設施的運行管理。首先要做好線(xiàn)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(xiàn)路的絕緣水平，做好導線(xiàn)的防振工作，需加裝防振設施，將出現上拔的直線(xiàn)桿塔懸掛點(diǎn)加高或改為耐張桿塔，要設專(zhuān)人對線(xiàn)路定期進(jìn)行巡視檢查，發(fā)現缺陷及時(shí)處理，每年春季還要做一次停電檢修工作。對運行多年質(zhì)量較差的線(xiàn)路要進(jìn)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(xiàn)圈檢修后要及時(shí)投入運行，對接地電流超標的變電站，應進(jìn)行改造安裝消弧線(xiàn)圈。

為實(shí)現農村電氣化，要求每個(gè)鄉鎮建設一座35kV變電站供電。要提高設計水平，本著(zhù)多布點(diǎn)，小型化的建站原則，要縮短10kV線(xiàn)路供電半徑為7km，合理的選擇導線(xiàn)截面，城鎮、農村架設的線(xiàn)路要使用JKLYJ防老化的絕緣導線(xiàn)，以達到減少線(xiàn)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)措施和運行管理措施，就可以防止系統電弧接地過(guò)電壓。

參考文獻

(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(xiàn)圈設計安裝說(shuō)明書(shū)

2008年9月

(3)涿鹿工業(yè)園35kV站10kV消弧線(xiàn)圈

設計安裝說(shuō)明書(shū) 2009年6月