淺析中低壓電網(wǎng)弧光接地過電壓和鐵磁諧振過電壓產生的原因及應對措施8

1、淺析中低壓電網(wǎng)弧光接地過電壓和鐵磁諧振過電壓產生的原因及應對措施在電力系統(tǒng)中，各種電壓等級的輸配線路，發(fā)電機，變壓器及開關設備等，在正常運行 狀態(tài)下只承受其額定電壓的作用。但在異常情況時，可能由于某些原因，造成上述電氣設備 主絕緣或匝間絕緣上的電壓遠遠超過額定值，雖然時間很短，但電壓升高的數(shù)值可能很大。 在沒有防護設備或設備本身絕緣水平較低時，將使設備絕緣擊穿，使電力系統(tǒng)的正常運行遭 受破壞。通常，將這種對設備絕緣有危險的電壓升高叫過電壓。一般來說，過電壓的產生都是由于電力系統(tǒng)的電磁能量發(fā)生瞬間突變引起的。這種能量 突變，如果是由于外部直擊雷電感應而突然加到系統(tǒng)里則被叫做大氣過電壓或叫外部過電

2、 壓；如果在系統(tǒng)運行由于操作，故障或其他原因引起系統(tǒng)內部電磁能的振蕩，積聚和傳播， 從而產生的過電壓，被叫做內部過電壓。大氣過電壓可以分為直擊雷過電壓及感應雷過電壓； 內部過電壓則可分為操作過電壓，弧光接地過電壓及電磁能諧振過電壓等。現(xiàn)在我們主要討 論一下弧光接地過電壓的形成原因及解決之道?；」饨拥剡^電壓產生的原因是：在中性點不接地的電力網(wǎng)中，如果發(fā)生單相接地，則流 過接地點的電流僅是數(shù)值不大的電容電流。單相接地電容電流可以近似按下式計算，即由上式可以看出，在同級電壓網(wǎng)絡內，接地電流與線路總長成正比。在線路較短時，接 地電流不大，許多弧光接地故障一般都能自行熄滅。但是隨著線路的增長和工作電壓的

3、升高， 單相接地電流也隨之增大，許多弧光接地故障變得不能自動熄滅。另一方面，當接地電流還 不是太大時，往往還不能建立穩(wěn)定的工頻電弧，于是就形成了熄弧與重燃相互交替的不穩(wěn)定 狀態(tài)。這就是間歇性電弧。由于這種間歇性電弧可引起電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的瞬息改變，故導 致了電池能量的強烈振蕩，從而能在非故障相及故障相上產生嚴重的暫態(tài)過電壓。這就是弧光接地過電壓。弧光接地過電壓的發(fā)生，是因為接地電弧在燃弧和斷弧的交替過程中，電力 網(wǎng)上逐漸積聚了大量電荷的結果。因為電網(wǎng)中性點是不接地的，這些電荷無處泄放，使過電 壓的數(shù)值隨著電弧重燃次數(shù)的增加而逐漸升高。該過電壓一般為35倍相電壓甚至更高。 另一方面由于中性點不接

4、地運行方式的主要特點是單相接地后，需要維持一定的時間（一般 為2h）而不至于引起用戶斷電。因此該弧光過電壓會長時間地加在系統(tǒng)絕緣上并使電網(wǎng)中絕 緣薄弱的地方放電擊穿，從而發(fā)展為相間短路造成設備損壞和停電事故。鐵磁諧振過電壓產生的原因：所謂諧振，就是電路的固有振蕩頻率等于電源頻率的共振 現(xiàn)象。在交流電路里，除了存在電阻以外，還有電感和電容。當電感元件與電容元件串聯(lián)且 感抗等于容抗時，就會發(fā)生諧振現(xiàn)象。這種諧振。發(fā)生“并聯(lián)諧振”時，元件上會流過很大 的電流。所謂“鐵磁諧振”，指的是電容元件與帶鐵心的點感元件的諧振現(xiàn)象。發(fā)生鐵磁諧 振時，不僅電路電流和電壓會發(fā)生數(shù)值的突變，而且也會發(fā)生相位的翻轉。發(fā)

5、生鐵磁諧振的 條件是，感應元件的起始感抗要大于容抗，即，而且由于某種激發(fā)因素，如系統(tǒng)電壓的變化或參數(shù)的變化，感抗可能小于容抗。例如，系統(tǒng)電壓的波動，可能導致鐵 心飽和，使感抗減小，也可能是系統(tǒng)電容的突然減?。ㄈ缇€路因故障切除等），使容抗增大 到大于感抗。一般說來，當容抗與起始感抗的比值，即=0.01-3時，都可能發(fā)生鐵磁諧振。而在中低電網(wǎng)中，一般采用中性點不接地方式運行，這種運行方式僅電壓互感器的一 次側中性點是接地的；同時由于電壓互感器鐵心輕易飽和的因素，當系統(tǒng)進行合閘充電操縱 或發(fā)生接地故障等現(xiàn)象時會引起系統(tǒng)元件參數(shù)出現(xiàn)不利的組合，從而引起鐵磁諧振并產生鐵 磁諧振過電壓。假如接地故障所發(fā)生

6、的弧光為間歇性，則輕易發(fā)生間歇性電弧并在電容和電 壓互感器之間引起多次充放電，從而發(fā)生燒毀電壓互感器和熔絲熔斷的事故，使得系統(tǒng)失去 電壓互感器電源，影響系統(tǒng)運行的可靠性。綜合以上兩種過電壓產生原因的分析，不難發(fā)現(xiàn)它們的產生原因均與系統(tǒng)的中性點接地 方式有關。為有效限制過電壓的危害，我們應從改善系統(tǒng)中性點接地方式著手解決這個問題。在中低電網(wǎng)中，為了保障供電可靠性，使得單相接地故障不會造成經(jīng)常停電，一般采用 中性點不接地方式運行。但是當電力傳輸容量不斷擴大，傳輸間隔不斷延長以及電壓等級不 斷升高后，系統(tǒng)對地電容電流較大，在故障點形成的電弧不能夠自行熄滅，很輕易使事故擴 大，形成相間短路造成事故，嚴

7、重降低了系統(tǒng)運行的可靠性，因此需要采用新的接地方式來 解決?？紤]到66KV及以下配電網(wǎng)的斷路器不能有效地采用遮斷系統(tǒng)單相接地故障電流（即 大電流接地）方式而只能采用單相接地電弧自動熄滅（小電流接地）方式的原因，該配電網(wǎng) 一般采用非有效接地運行方式。中性點非有效接地方式主要包括不接地，諧振接地和經(jīng)阻抗接地方式。而采用中性點不 接地方式運行時，一般只采取消諧燈，消諧器，采用阻尼型電壓互感器以及在電壓互感器中 性點上增設一次消諧器等限制諧振過電壓的措施，但是始終不能從根本上解決鐵磁諧振過電 壓的影響。另一方面，經(jīng)阻抗接地方式主要包括經(jīng)高阻抗和低阻抗接地方式。經(jīng)高阻抗接地 方式一般在規(guī)模不大的10KV

8、及以下的配電網(wǎng)中使用，而且接地電流不得大于10A。而采用 經(jīng)低阻抗接地方式一般對接地電容電流不進行限制，它通常需要利用快速的繼電保護和開關 裝置，瞬間跳開故障線路的保護方式的配合。對于重要用戶，這種方式更需要有多回路供電， BZT和ZCH自動裝置的配置。但是由于該方式的接地故障電流較大，會同時帶人身和設備 安全，通訊干擾等問題。而且設備的抗短路電流能力也同時需要進步，從而增加系統(tǒng)的造價。 經(jīng)實踐證實，經(jīng)阻抗接地方式主要適用與基本上由電纜線路組成的配電網(wǎng)絡，這是由于電纜 線路接地故障一般是外絕緣擊穿的永久性故障，不可能指望它會自動消除接地故障。采用諧振接地方式則能較好地解決限制弧光接地過電壓和鐵

9、磁諧振過電壓對系統(tǒng)的影 響。一方面，由于在系統(tǒng)中性點集中接進了感性的消弧線圈，大大減少了方發(fā)生單相接地故 障時接地電容電流的數(shù)值，從而有效的促使電弧熄滅；另一方面，在系統(tǒng)中性點接進的消弧 線圈的感抗減?。ò贇W級），而電壓互感器的勵磁感抗較大（千歐甚至兆歐級），則不輕易滿 足 的條件；同時有了消弧線圈后，電容對小感抗放電，保護了電壓互感器。根據(jù)以上的分析我們以變電站布點較密集和低壓側電壓等級為10KV的中性點不接地 系統(tǒng)為例，我們可以采用在變電站10KV電壓側引進中性點并同時接進消弧線圈的方式來限 制弧光過電壓和鐵磁諧振過電壓，但以上措施不能完全消除故障線路，據(jù)以往的經(jīng)驗，可以 配合應用上海思源

10、電氣有限公司生產的XHK-型調匝式自動調諧及接地選線裝置。其工 作原理是：當電網(wǎng)發(fā)生單相接地時，通過接地變壓器產生一個接地電容電流并且得到消弧線 圈的實時補償。自動調諧及接地選線成套配電裝置通過串聯(lián)在阻尼電阻后的零序電流互感器 丈量出補償后的電流大小并且一以實時在線的方式是否在預先設置的脫諧度范圍內運行，否 則發(fā)出指令對消弧線圈進行調整。另一方面，由于接地電容電流已經(jīng)過補償，其基波電流幅值太小而不足以提供作為小電 流選線用。因此需要利用其他的算法。該裝置具有自學習和自適應的特點，能夠利用零序阻 抗的變化，五次諧波分量等因素進行選線，并且根據(jù)每一次選線的結果對各種選線方案的權 重因子進行調整，進一步確定選線的正確性。另外當電網(wǎng)由于電壓互感器鐵磁飽和等原因出 現(xiàn)諧振過電壓時，該裝置的阻尼電阻能有效地破壞電網(wǎng)的諧振條件（即容抗等于感抗），保 證中性點的位移電壓小于15%的相電壓，維持系統(tǒng)的正常運行。綜上所述，要解決好弧光接地過電壓和鐵磁諧振過電壓這個問題，