现代配电网单相弧光接地过电压的危害

近日，小编在与安徽正广电公司技术人员交流中发现：配电网中存在严重的过电压危害。而其中，最主要的危害就是弧光接地过电压。

中性点不接地电网的电弧接地过电压，一般为3~5倍相电压甚至出现更高电压，对12kV，35kV电网分别可达到18~30kV和63~105kV。因此当电网中发生单相接地时，这种过电压运行延续时间可能较长，若不及时采取有效措施，就可能影响到相关设备的绝缘，使电网中绝缘薄弱处放电击穿，并可能发展为相间短路，造成设备损坏和严重事故。

对中性点不接地系统而言，瞬时性接地及稳定的金属接地对系统的危害不大，稳定金属性接地所造成的后果是健全相对地电压的升高，其对地电压由相电压升高为线电压，只要系统的电气设备绝缘正常还是能够承受的。而弧光接地则不然，其所产生的危害是较大的，主要表现有以下几个方面：

（1）导致故障的扩大

由于弧光接地时产生的电弧可能导致单相故障的扩大，特别是对电缆线路而言，故障产生的弧光可能会使健全相电缆的外护套及主绝缘的损伤，从而导致相间故障乃至三相故障的发生。另外对较大电容电流产生的电弧，也可能引发火灾，还可能导致人身伤亡及接触电压和跨步电压过高的问题。

（2）产生的高频电流影响消弧线圈的调谐作用

在单相间歇性电弧接地时，过渡过程通过接地故障点的电网电容电流分量和电感电流分量均为高频，且两者的频率特征差异较大。在电网电容电流分量达到最大值时，消弧线圈的电感电流还未起来；待电网电容电流衰减到稳态后，消弧线圈产生很大的饱和高频电流。所以在单相间歇性电弧接地时刻，消弧线圈电感电流分量和电网电容电流分量是不可能补偿或调谐的。

（3）弧光接地过电压造成固体绝缘的积累性损伤

一般情况下单相间歇性接地产生的过电压随接地方式的不同而异，一般最大过电压不超过下列数值:

中性点不接地系统为3.5倍相电压；中性点经消弧线圈接地为3.2倍相电压；中性点经电阻接地为2.5倍相电压。

这对正常绝缘是无危险的，但对绝缘薄弱处是有威胁的。对于中性点非直接接地系统，我国现行规程笼统地规定允许带单相接地故障运行两个小时，并未区分是架空线路还是电缆线路，对于以电缆为主的电网，在高幅值弧光接地过电压的持续作用下，加剧了电缆等固体绝缘的积累性损伤，形成多个部位的绝缘薄弱环节，容易在非故障相的薄弱环节造成对地击穿，进而发展为相间短路事故，形成大面积停电的严重事故。多年的现场事故经验表明，绝缘弱点的存在是发生扩大事故的更直接的原因。

在实际电网发生间歇性电弧接地时，熄弧和重燃过程是极复杂的。另外，尚应考虑线路相间电容的影响，绝缘子串泄露残留电荷的影响以及网络损耗电阻对过渡过程振荡的衰减作用等。如前所述，实际的过电压倍数最大为3.5，绝大部分均小于3.1。

间歇性弧光接地过电压幅值并不高，对于现代的中性点不接地电网中的正常设备，因为他们具有较大的绝缘裕度，是能承受这种过电压的。但因这种过电压持续时间长，过电压遍及全网，对网内装设的绝缘较差的老设备、线路上存在的绝缘弱点，尤其是支配电网中绝缘强度很低的旋转电机等都将存在较大威胁，在一定程度上影响电网的安全运行,我国曾多次发生间歇性弧光接地过电压造成的停电事故，因此，仍应对弧光接地过电压予以重视。防止电弧接地过电压的危害，要靠电气设备绝缘良好，为此应做好定期预防性试验和检修工作，运行中并应注意监视和维护工作(例如清除严重污垢等)。

（4）孤光接地过电压容易导致PT保险的熔断

在中性点不接地系统中，为了监控电力系统的运行状态，电力系统中安装了大量电磁式电压互感器。电压互感器向电网的二次系统提供一次系统的电压信息，从而对电网进行测量、监视、保护与控制，是保证电网安全运行十分重要的设备。

中性点不接地电网发生单相接地时不必立即停电，可允许继续运行2小时，但是在此期间易于发生电压互感器的损坏。

电磁式电压互感器属于带铁芯的电感元件，当电力系统受到某些扰动（或受激发条件作用）时，电压互感器的磁通可能会饱和，其铁芯绕组的电抗值会发生变化，与电力系统中的电容构成谐振电路，并且通过考虑中性点对地电容把电路化简为串联谐振电路来解释。一般把带铁芯的电感元件产生的谐振称为铁磁谐振。

中性点不接地电网单相弧光接地电流具有非线性增长特性，随电网电容的增大，电流高速增长，并使不接地相承受的电压稳态值高于线电压，过电压倍数随电网电容的增大而增大，由于不接地相承受的电压稳态值高于线电压，将显著加剧暂态过程中已进入深度饱和区（1.6～1.8倍的额定电压）的电压互感器的过电流倍数。因此以电缆取代架空线的现代配电网线路对地电容越来越大，导致单相接地时发生电压互感器损坏的机率也越来越大。

由弧光过电压和过电流引起的PT爆炸和停电事故，不仅影响电力系统供电的可靠性，而且会引起主设备损坏，严重威胁电网的安全和稳定运行。

（5）弧光接地过电压会导致避雷器的爆炸事故

电力系统在运行的过程中，经常遭受各种内部过电压或大气过电压的侵害，如果过电压值超过电气设备的耐压水平，就会造成电气设备事故，甚至使供电中断，影响电力系统的可靠供电。为了减少过电压对电气设备的损害，都要在电力系统中装设避雷器，以确保电气设备稳定运行。当电网遭受雷电等过电压作用时，避雷器电阻急剧下降，把雷电流或其他过电压产生的大电流引入地网，达到保护电网的效果。

弧光接地过电压只出现在中性点不接地系统和某些经消弧线卷接地的系统中，避雷器在弧光接地过电压下动作的过程也是释放掉由于电磁振荡积累在线路对地电容上的能量的过程。每发弧一次避雷器就可能动作一次，避雷器每次动作所释放的内过电压能量持续积累。在多次发弧情况下，当经由避雷器释放的能量大于避雷器允许通过的能量时，避雷器就会损坏。

（6）单相接地弧光电流对电缆线路的破坏

弧光接地或电弧重燃的瞬间，以充电的相对地电容将要向故障电放电，相当于RLC放电过程。对地电容比较大的电缆线路为主的电网发生单相弧光接地时，稳态工频电容电流比架空线路大很多，过渡过程中的高频电流更大。单相接地弧光电流对电缆线路的破坏主要表现在：

①燃弧点的温度高达5000K以上，将会烧伤导线，甚至导致断线事故。

②如果电弧不能很快熄灭，则在电动力，热气流等影响下，将会发展成为相间弧光短路故障。

③电缆线路的相间距离很短，电弧燃烧时将会直接破坏相间绝缘，以致于在几分钟之内就会形成相间短路事故。