浅析中低压电网弧光接地过电压和铁磁谐振过电压产生的原因及应对措施8

浅析中低压电网弧光接地过电压和铁磁谐振过电压产生的原因
及应对措施
在电力系统中，各种电压等级的输配线路，发电机，变压器及开关设备等，在正常运行状态下只承受其额定电压的作用。

但在异常情况时，可能由于某些原因，造成上述电气设备主绝缘或匝间绝缘上的电压远远超过额定值，虽然时间很短，但电压升高的数值可能很大。

在没有防护设备或设备本身绝缘水平较低时，将使设备绝缘击穿，使电力系统的正常运行遭受破坏。

通常，将这种对设备绝缘有危险的电压升高叫过电压。

一般来说，过电压的产生都是由于电力系统的电磁能量发生瞬间突变引起的。

这种能量突变，如果是由于外部直击雷电感应而突然加到系统里则被叫做大气过电压或叫外部过电压；如果在系统运行由于操作，故障或其他原因引起系统内部电磁能的振荡，积聚和传播，从而产生的过电压，被叫做内部过电压。

大气过电压可以分为直击雷过电压及感应雷过电压；内部过电压则可分为操作过电压，弧光接地过电压及电磁能谐振过电压等。

现在我们主要讨论一下弧光接地过电压的形成原因及解决之道。

弧光接地过电压产生的原因是：在中性点不接地的电力网中，如果发生单相接地，则流过接地点的电流仅是数值不大的电容电流。

单相接地电容电流可以近似按下式计算，即
由上式可以看出，在同级电压网络内，接地电流与线路总长成正比。

在线路较短时，接地电流不大，许多弧光接地故障一般都能自行熄灭。

但是随着线路的增长和工作电压的升高，单相接地电流也随之增大，许多弧光接地故障变得不能自动熄灭。

另一方面，当接地电流还不是太大时，往往还不能建立稳定的工频电弧，于是就形成了熄弧与重燃相互交替的不稳定状态。

这就是间歇性电弧。

由于这种间歇性电弧可引起电力系统运行状态的瞬息改变，故导致了电池能量的强烈振荡，从而能在非故障相及故障相上产生严重的暂态过电压。

这就是弧
光接地过电压。

弧光接地过电压的发生，是因为接地电弧在燃弧和断弧的交替过程中，电力网上逐渐积聚了大量电荷的结果。

因为电网中性点是不接地的，这些电荷无处泄放，使过电压的数值随着电弧重燃次数的增加而逐渐升高。

该过电压一般为3—5倍相电压甚至更高。

另一方面由于中性点不接地运行方式的主要特点是单相接地后，需要维持一定的时间（一般为2h)而不至于引起用户断电。

因此该弧光过电压会长时间地加在系统绝缘上并使电网中绝缘薄弱的地方放电击穿，从而发展为相间短路造成设备损坏和停电事故。

铁磁谐振过电压产生的原因：所谓谐振，就是电路的固有振荡频率等于电源频率的共振现象。

在交流电路里，除了存在电阻以外，还有电感和电容。

当电感元件与电容元件串联且感抗等于容抗时，就会发生谐振现象。

这种谐振。

发生“并联谐振”时，元件上会流过很大的电流。

所谓“铁磁谐振”，指的是电容元件与带铁心的点感元件的谐振现象。

发生铁磁谐振时，不仅电路电流和电压会发生数值的突变，而且也会发生相位的翻转。

发生铁磁谐振的条件是，感应元件的起始感抗要大于容抗，即，而且由于某种激发因素，如系统电压的变化或参数的变化，感抗可能小于容抗。

例如，系统电压的波动，可能导致铁心饱和，使感抗减小，也可能是系统电容的突然减小（如线路因故障切除等），使容抗增大到大于感抗。

一般说来，当容抗与起始感抗的比值，即=0.01---3时，都可能发生铁磁谐振。

而在中低电网中，一般采用中性点不接地方式运行，这种运行方式仅电压互感器的一次侧中性点是接地的；同时由于电压互感器铁心轻易饱和的因素，当系统进行合闸充电操纵或发生接地故障等现象时会引起系统元件参数出现不利的组合，从而引起铁磁谐振并产生铁磁谐振过电压。

假如接地故障所发生的弧光为间歇性，则轻易发生间歇性电弧并在电容和电压互感器之间引起多次充放电，从而发生烧毁电压互感器和熔丝熔断的事故，使得系统失去电压互感器电源，影响系统运行的可靠性。

综合以上两种过电压产生原因的分析，不难发现它们的产生原因均与系统的中性点接地
方式有关。

为有效限制过电压的危害，我们应从改善系统中性点接地方式着手解决这个问题。

在中低电网中，为了保障供电可靠性，使得单相接地故障不会造成经常停电，一般采用中性点不接地方式运行。

但是当电力传输容量不断扩大，传输间隔不断延长以及电压等级不断升高后，系统对地电容电流较大，在故障点形成的电弧不能够自行熄灭，很轻易使事故扩大，形成相间短路造成事故，严重降低了系统运行的可靠性，因此需要采用新的接地方式来解决。

考虑到66KV及以下配电网的断路器不能有效地采用遮断系统单相接地故障电流（即大电流接地）方式而只能采用单相接地电弧自动熄灭（小电流接地）方式的原因，该配电网一般采用非有效接地运行方式。

中性点非有效接地方式主要包括不接地，谐振接地和经阻抗接地方式。

而采用中性点不接地方式运行时，一般只采取消谐灯，消谐器，采用阻尼型电压互感器以及在电压互感器中性点上增设一次消谐器等限制谐振过电压的措施，但是始终不能从根本上解决铁磁谐振过电压的影响。

另一方面，经阻抗接地方式主要包括经高阻抗和低阻抗接地方式。

经高阻抗接地方式一般在规模不大的10KV及以下的配电网中使用，而且接地电流不得大于10A。

而采用经低阻抗接地方式一般对接地电容电流不进行限制，它通常需要利用快速的继电保护和开关装置，瞬间跳开故障线路的保护方式的配合。

对于重要用户，这种方式更需要有多回路供电，BZT和ZCH自动装置的配置。

但是由于该方式的接地故障电流较大，会同时带人身和设备安全，通讯干扰等问题。

而且设备的抗短路电流能力也同时需要进步，从而增加系统的造价。

经实践证实，经阻抗接地方式主要适用与基本上由电缆线路组成的配电网络，这是由于电缆线路接地故障一般是外绝缘击穿的永久性故障，不可能指望它会自动消除接地故障。

采用谐振接地方式则能较好地解决限制弧光接地过电压和铁磁谐振过电压对系统的影响。

一方面，由于在系统中性点集中接进了感性的消弧线圈，大大减少了方发生单相接地故障时接地电容电流的数值，从而有效的促使电弧熄灭；另一方面，在系统中性点接进的消弧
线圈的感抗减小（百欧级），而电压互感器的励磁感抗较大（千欧甚至兆欧级），则不轻易满足的条件；同时有了消弧线圈后，电容对小感抗放电，保护了电压互感器。

根据以上的分析我们以变电站布点较密集和低压侧电压等级为10KV的中性点不接地系统为例，我们可以采用在变电站10KV电压侧引进中性点并同时接进消弧线圈的方式来限制弧光过电压和铁磁谐振过电压，但以上措施不能完全消除故障线路，据以往的经验，可以配合应用上海思源电气有限公司生产的XHK-- 型调匝式自动调谐及接地选线装置。

其工作原理是：当电网发生单相接地时，通过接地变压器产生一个接地电容电流并且得到消弧线圈的实时补偿。

自动调谐及接地选线成套配电装置通过串联在阻尼电阻后的零序电流互感器丈量出补偿后的电流大小并且一以实时在线的方式是否在预先设置的脱谐度范围内运行，否则发出指令对消弧线圈进行调整。

另一方面，由于接地电容电流已经过补偿，其基波电流幅值太小而不足以提供作为小电流选线用。

因此需要利用其他的算法。

该装置具有自学习和自适应的特点，能够利用零序阻抗的变化，五次谐波分量等因素进行选线，并且根据每一次选线的结果对各种选线方案的权重因子进行调整，进一步确定选线的正确性。

另外当电网由于电压互感器铁磁饱和等原因出现谐振过电压时，该装置的阻尼电阻能有效地破坏电网的谐振条件（即容抗等于感抗），保证中性点的位移电压小于15%的相电压，维持系统的正常运行。

综上所述，要解决好弧光接地过电压和铁磁谐振过电压这个问题，要做好电力系统中性点接地方式的选择，它与系统的供电可靠性，人身安全，设备安全，绝缘水平，过电压保护，继电保护，通讯干扰和电磁环境，以及接地装置等问题有密切关系；它同时也是经济问题。

在选定方案的决策过程中，应结合系统的现状和发展规划进行技术经济比较，全面考虑，使系统具有更优的技术经济指标，避免因决策失误而造成不良的后果。