论述电压事故分析及预防措施

论述电压事故分析及预防措施
在中性点不接地的配电网中，发生单相接地时，故障点电弧可能会产生熄灭、重燃的间歇性现象，进而产生间歇性弧光接地过电压，对电力系统绝缘中的薄弱环节危害较大，因此对弧光接地过电压的研究具有重要的意义。

本文对某35kV 系统一则由间歇性弧光接地过电压引起的事故进行了分析，使用PSCAD/EMTDC 对过电压进行了仿真，验证了分析结果的准确性，之后总结了限制弧光接地过电压的措施。

1 故障情况及分析
某35kV变电站中央信号控制盘显示35kV I段母线接地，35kV I段母线A 相相电压为0kV，B、C相相电压为35kV。

现场检查后发现35kV I段电压互感器A相、B相爆炸，35kV分段开关C相瓷瓶破损、漏油，主变开关三相油色发黑并有喷油痕迹。

故障之后，工作人员巡线发现35kV线路杆塔拉线被修水渠的挖沟机挖断后搭至导线上，造成A相接地，导致了整个事故的发生。

从事故的发生经过分析，认为单相接地引发间歇电弧接地过电压，过电压超过设备的绝缘耐受电压，造成电压互感器、分段开关绝缘击穿，导致事故的发生。

2 仿真分析
之前的学者提出了两种判断电弧熄灭时刻的理论：高频熄弧理论和工频熄弧理论。

短路电流在经过半个工频周期附近时，短路电流中的高频分量已衰减到很小，工频熄弧理论认为之后工频电流过零时，电弧熄灭；之后，故障相电压恢复到峰值时电弧重燃；按照工频熄弧理论，电弧每隔1个工频周期重燃1次；本文在仿真计算时取3次电弧重燃。

与此相对，高频熄弧理论认为，在短路电流的第1个过零点电弧熄灭；故障相电压恢复到峰值时电弧重燃，按照高频熄弧理论，电弧每隔半个工频周期重燃1次；本文在仿真计算时取3次电弧重燃。

2.1 仿真模型的建立
发生故障系统为中性点不接地系统，线路双端供电，线路总长度为17.7km，单相接地故障点距离一侧母线17km，过电压倍数的基准值。

设A相为故障相，假定发生单相接地故障时，A相的电源电压达正或负峰值的时候，在距离一侧电源17km处A相与大地之间设置四个故障模块，其中第一个模块模拟发生单相接地故障，第二、三、四个故障模块分别模拟电弧的第一、二、三次重燃。

通过PSCAD中的控制序列控制故障模块的施加与移除，施加与移除时刻为电弧的重燃和熄灭时刻。

图1为间歇性弧光接地过电压仿真模型。

2.2 依据工频熄弧理论的过电压仿真计算
取0.0083s时A相发生单相接地故障，此时故障相电压达到最大值，仿真得到电弧3次重燃后故障侧母线上的过电压波形如图2所示。

由图2可知，系统每次发生电弧接地都会引起系统高频振荡，产生过电压，而且电弧第2、3次重燃产生过电压的最大值与第1次重燃产生过电压最大值相同，理论分析也可以得出此后重燃最大过电压也相同。

过电压最大值为107.67kV，是基准值的3.77倍。

此过电压不足以使正常绝缘的PT、分段开关绝缘击穿，但对老化的绝缘有一定的威胁。

2.3 依据高频熄弧理论的过电压仿真计算
取0.0083s时A相发生单相接地故障，仿真得到电弧3次重燃后故障侧母线上的过电压波形如图3所示，表1给出了重燃时间与产生的过电压之间的关系。

从表1中可以看出，根据高频熄弧理论仿真得到的过电压最大值超过200kV，而且由于该系统电压互感器、分段开关使用年限较长，其绝缘已经部分老化，造成绝缘的击穿。

验证了间歇性弧光接地过电压是造成该次事故的原因的结论。

3 限制弧光接地过电压措施
在中性点不接地系统中，当接地电流超过10kA时，电弧很难自行熄灭，极有可能产生间歇性弧光接地过电压。

因此，降低间歇性电弧接地过电压的途径主要为消除间歇电弧，其次是提高设备绝缘水平，降低弧光接地过电压倍数。

目前常用的限压措施有：
（1）中性点经消弧线圈接地，消弧线圈的电感电流可以有效补偿电网的接地电容电流，使接地故障电流小于10A，电弧能够自行熄灭；接地电流过零熄弧
后，可以有效降低故障相电压的恢复速度及幅值，电弧重燃的概率大大降低，即使发生弧光接地，其过电压幅值也大大降低。

（2）中性点接地电阻，能有效地在熄弧期间泄放三相对地电容上的零序电荷且有降低熄弧后恢复电压上升速度的作用，但应防止发生系统失地非正常运行状态。

（3）中性点经非线性电阻接地，实践证明，该方法可以有效降低弧光接地过电压过电压水平，而且保留了中性点不接地系统单相接地时供电不中断的优点，并且对非线性电阻的热容量要求不高。

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