淺析中低壓電網(wǎng)弧光接地過(guò)電壓和鐵磁諧振過(guò)電壓產(chǎn)生的原因及應(yīng)對(duì)措施8

1、淺析中低壓電網(wǎng)弧光接地過(guò)電壓和鐵磁諧振過(guò)電壓產(chǎn)生的原因及應(yīng)對(duì)措施在電力系統(tǒng)中，各種電壓等級(jí)的輸配線路，發(fā)電機(jī)，變壓器及開(kāi)關(guān)設(shè)備等，在正常運(yùn)行 狀態(tài)下只承受其額定電壓的作用。但在異常情況時(shí)，可能由于某些原因，造成上述電氣設(shè)備 主絕緣或匝間絕緣上的電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)額定值，雖然時(shí)間很短，但電壓升高的數(shù)值可能很大。 在沒(méi)有防護(hù)設(shè)備或設(shè)備本身絕緣水平較低時(shí)，將使設(shè)備絕緣擊穿，使電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行遭 受破壞。通常，將這種對(duì)設(shè)備絕緣有危險(xiǎn)的電壓升高叫過(guò)電壓。一般來(lái)說(shuō)，過(guò)電壓的產(chǎn)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(yīng)而突然加到系統(tǒng)里則被叫做大氣過(guò)電壓或叫外部過(guò)電

2、 壓；如果在系統(tǒng)運(yùn)行由于操作，故障或其他原因引起系統(tǒng)內(nèi)部電磁能的振蕩，積聚和傳播， 從而產(chǎn)生的過(guò)電壓，被叫做內(nèi)部過(guò)電壓。大氣過(guò)電壓可以分為直擊雷過(guò)電壓及感應(yīng)雷過(guò)電壓； 內(nèi)部過(guò)電壓則可分為操作過(guò)電壓，弧光接地過(guò)電壓及電磁能諧振過(guò)電壓等?，F(xiàn)在我們主要討 論一下弧光接地過(guò)電壓的形成原因及解決之道?；」饨拥剡^(guò)電壓產(chǎn)生的原因是：在中性點(diǎn)不接地的電力網(wǎng)中，如果發(fā)生單相接地，則流 過(guò)接地點(diǎn)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(jì)算，即由上式可以看出，在同級(jí)電壓網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，接地電流與線路總長(zhǎng)成正比。在線路較短時(shí)，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(zhǎng)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(dòng)熄滅。另一方面，當(dāng)接地電流還 不是太大時(shí)，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(yùn)行狀態(tài)的瞬息改變，故導(dǎo) 致了電池能量的強(qiáng)烈振蕩，從而能在非故障相及故障相上產(chǎn)生嚴(yán)重的暫態(tài)過(guò)電壓。這就是弧光接地過(guò)電壓?；」饨拥剡^(guò)電壓的發(fā)生，是因?yàn)榻拥仉娀≡谌蓟『蛿嗷〉慕惶孢^(guò)程中，電力 網(wǎng)上逐漸積聚了大量電荷的結(jié)果。因?yàn)殡娋W(wǎng)中性點(diǎn)是不接地的，這些電荷無(wú)處泄放，使過(guò)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(guò)電壓一般為35倍相電壓甚至更高。 另一方面由于中性點(diǎn)不接

4、地運(yùn)行方式的主要特點(diǎn)是單相接地后，需要維持一定的時(shí)間（一般 為2h）而不至于引起用戶斷電。因此該弧光過(guò)電壓會(huì)長(zhǎng)時(shí)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(shè)備損壞和停電事故。鐵磁諧振過(guò)電壓產(chǎn)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(dāng)電感元件與電容元件串聯(lián)且 感抗等于容抗時(shí)，就會(huì)發(fā)生諧振現(xiàn)象。這種諧振。發(fā)生“并聯(lián)諧振”時(shí)，元件上會(huì)流過(guò)很大 的電流。所謂“鐵磁諧振”，指的是電容元件與帶鐵心的點(diǎn)感元件的諧振現(xiàn)象。發(fā)生鐵磁諧 振時(shí)，不僅電路電流和電壓會(huì)發(fā)生數(shù)值的突變，而且也會(huì)發(fā)生相位的翻轉(zhuǎn)。發(fā)

5、生鐵磁諧振的 條件是，感應(yīng)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(dòng)，可能導(dǎo)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(shuō)來(lái)，當(dāng)容抗與起始感抗的比值，即=0.01-3時(shí)，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(diǎn)不接地方式運(yùn)行，這種運(yùn)行方式僅電壓互感器的一 次側(cè)中性點(diǎn)是接地的；同時(shí)由于電壓互感器鐵心輕易飽和的因素，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行合閘充電操縱 或發(fā)生接地故障等現(xiàn)象時(shí)會(huì)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(chǎn)生鐵 磁諧振過(guò)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(yùn)行的可靠性。綜合以上兩種過(guò)電壓產(chǎn)生原因的分析，不難發(fā)現(xiàn)它們的產(chǎn)生原因均與系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地 方式有關(guān)。為有效限制過(guò)電壓的危害，我們應(yīng)從改善系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式著手解決這個(gè)問(wèn)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(huì)造成經(jīng)常停電，一般采用 中性點(diǎn)不接地方式運(yùn)行。但是當(dāng)電力傳輸容量不斷擴(kuò)大，傳輸間隔不斷延長(zhǎng)以及電壓等級(jí)不 斷升高后，系統(tǒng)對(duì)地電容電流較大，在故障點(diǎn)形成的電弧不能夠自行熄滅，很輕易使事故擴(kuò) 大，形成相間短路造成事故，嚴(yán)

7、重降低了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，因此需要采用新的接地方式來(lái) 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(dòng)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(yùn)行方式。中性點(diǎn)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(diǎn)不 接地方式運(yùn)行時(shí)，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(diǎn)上增設(shè)一次消諧器等限制諧振過(guò)電壓的措施，但是始終不能從根本上解決鐵磁諧振過(guò)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(duì)接地電容電流不進(jìn)行限制，它通常需要利用快速的繼電保護(hù)和開(kāi)關(guān) 裝置，瞬間跳開(kāi)故障線路的保護(hù)方式的配合。對(duì)于重要用戶，這種方式更需要有多回路供電， BZT和ZCH自動(dòng)裝置的配置。但是由于該方式的接地故障電流較大，會(huì)同時(shí)帶人身和設(shè)備 安全，通訊干擾等問(wèn)題。而且設(shè)備的抗短路電流能力也同時(shí)需要進(jìn)步，從而增加系統(tǒng)的造價(jià)。 經(jīng)實(shí)踐證實(shí)，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(luò)，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(huì)自動(dòng)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(guò)電壓和鐵

9、磁諧振過(guò)電壓對(duì)系統(tǒng)的影 響。一方面，由于在系統(tǒng)中性點(diǎn)集中接進(jìn)了感性的消弧線圈，大大減少了方發(fā)生單相接地故 障時(shí)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(diǎn)接進(jìn)的消弧 線圈的感抗減?。ò贇W級(jí)），而電壓互感器的勵(lì)磁感抗較大（千歐甚至兆歐級(jí)），則不輕易滿 足 的條件；同時(shí)有了消弧線圈后，電容對(duì)小感抗放電，保護(hù)了電壓互感器。根據(jù)以上的分析我們以變電站布點(diǎn)較密集和低壓側(cè)電壓等級(jí)為10KV的中性點(diǎn)不接地 系統(tǒng)為例，我們可以采用在變電站10KV電壓側(cè)引進(jìn)中性點(diǎn)并同時(shí)接進(jìn)消弧線圈的方式來(lái)限 制弧光過(guò)電壓和鐵磁諧振過(guò)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(yàn)，可以 配合應(yīng)用上海思源

10、電氣有限公司生產(chǎn)的XHK-型調(diào)匝式自動(dòng)調(diào)諧及接地選線裝置。其工 作原理是：當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí)，通過(guò)接地變壓器產(chǎn)生一個(gè)接地電容電流并且得到消弧線 圈的實(shí)時(shí)補(bǔ)償。自動(dòng)調(diào)諧及接地選線成套配電裝置通過(guò)串聯(lián)在阻尼電阻后的零序電流互感器 丈量出補(bǔ)償后的電流大小并且一以實(shí)時(shí)在線的方式是否在預(yù)先設(shè)置的脫諧度范圍內(nèi)運(yùn)行，否 則發(fā)出指令對(duì)消弧線圈進(jìn)行調(diào)整。另一方面，由于接地電容電流已經(jīng)過(guò)補(bǔ)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(xué)習(xí)和自適應(yīng)的特點(diǎn)，能夠利用零序阻 抗的變化，五次諧波分量等因素進(jìn)行選線，并且根據(jù)每一次選線的結(jié)果對(duì)各種選線方案的權(quán) 重因子進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)一步確定選線的正確性。另外當(dāng)電網(wǎng)由于電壓互感器鐵磁飽和等原因出 現(xiàn)諧振過(guò)電壓時(shí)，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(diǎn)的位移電壓小于15%的相電壓，維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行。綜上所述，要解決好弧光接地過(guò)電壓和鐵磁諧振過(guò)電壓這個(gè)問(wèn)題，