间歇性-电弧

0 dur U m 0 cos t dt 2
最大恢复电压上升速度
dur dt
t 0
U m 0
脱谐度对恢复电压上升的影响
1 3C 2 IC I L L 1 0 1 k IC 3C 2
即
0 1 （1 ）
0.5C0 1.5Cm 2Cm 0.5 C0 C m C0 C m
健全相电压起始值增高，增高与比值 Cm/(Cm+C0) 有关，减少了与稳态值的差，从而使过电压降低 电网中接成三角形（或星形）的电容器组，相 当于增大了相间电容，一般不会产生严重的间 歇电弧接地过电压
回路损耗
本课程中，采用工频熄弧理论分析间歇性电弧接 地过电压的形成过程
◎
三相电源
e A cost
eC cos t 60
eB cos t 60




设 A 相在 -Um发生单相接地故障，令 Um=1，健
全相对地电压上升为线电压：
B相： eBA 3 cost 30
若=0 ，忽略损耗


ur t U m cost 0 cos0 0 2U m sin
0
2
0 t sin t 0 2
2U m sin
0
2
t
表示振幅的包络线
恢复电压振幅的上升速度
忽略损耗的 单相等值电路

E j C C C j 1 I jd A 11 22 33 L
适当选择电感 L的数值，ijd 将减小到零 ◎
L
1 C11 C 22 C33
物理意义：接地的电容电流分量完全被消弧线圈的电感电 流补偿，接地电弧消灭，这是完全协调的情况
1、间歇电弧接地过电压的发展
Ijd 有两个分量：工频电流（强制）分量和高频电
流（自由）分量
油中电弧可能在过渡过程中高频过零熄弧，据此，
分析间歇性电弧接地过电压的形成过程称为高频 熄弧理论，过电压值较高
空气中的开放电弧大多在工频电流过零时熄弧，
据此，分析间歇性电弧接地过电压的形成过程称 为工频熄弧理论，过电压值较低
10kV电网，l 1000km ?， Ijd 30A
35kV电网，l 100km ?， Ijd 10A
由于电动力和热空气的作用，接地电弧被拉长，在 几秒至几十秒内自行熄灭
接地电流继续增大，在几百安的范围内，接地电
弧一般不能自熄。间歇性电弧接地过电压会持续 存在，对设备的绝缘造成损坏
全补偿 v=0 ，恢复电压仅由泄漏损耗使上式衰减 项减小，而阻尼率很小，恢复电压上升速度很慢 v0，恢复电压呈拍频性质，其拍频周期为
2 0
恢复电压上升速度也远较无消弧线圈时慢
恢复电压 Ur(t)的波形
(a) =0
(b) 0
故障相恢复电压波形
ur t U m cost 0 e t cos0t 0
长，对网内的绝缘较差的老设 备、线路上存在的绝缘弱点， 将存在较大的威胁，影响电网 的安全运行 电弧可能波及非故障相导线， 造成相间短路的事故跳闸
影响过电压发展的因素
电弧熄灭和重燃过程极为复杂
发生电弧部位的介质（空气、油、固体介质）
外界气象条件（风、雨、湿度、温度）
这些随机因素，直接影响过电压的发展过程， 因此，过电压数值具有统计性 上述分析条件是：燃弧在故障相电压为最大 值，熄弧在工频电流过零时，实际情况不确定， 过程极为复杂，最大为3.5，绝大多数均小于3.1
在欠补偿情况下，如果电网有一条线路跳闸
（电网对地自部分电容减小）时，或当线路非 全相运行（电网一相或两相对地自部分电容减 小）时，可能产生严重的中性点位移。因此， 消弧线圈一般应采取过补偿
补偿电网脱谐度选择原则
若电网长时间低频率运行，遇上单
相接地时，消弧线圈电流将增大， 而电网电容电流将减小。若原为过 补偿运行，脱谐度将增大；若原为 欠补偿运行，脱谐度将减小，甚至 会变成全补偿
g 1 d 6C 2


大的阻尼率d不但使恢复电压上升速度加快，而 且由于故障电流的加大使介质强度的恢复速度 降低，从而增加了重燃的可能性
消弧线圈作用总结
减小故障电流 降低弧熄的恢复电压上升速度，且脱
谐度越小，这种作用越显著（但可使 中性电位移电压过大）
并不直接降低弧光接地过电压，而在
补偿网络的阻尼率： d
Ig I 3C
恢复电压 Ur(t)
b点电位变化规律即是补偿网络
中性点电位 u0 的变化规律，以 0变化：
u0 U m e t cos(0t 0 )

g 1 d 6C 2
：系统的衰减系数
0：熄弧瞬间故障相电源电压初相位
a点电位随故障相的电源电压变化
B、C相均为2.5

t = t1（过半个工频周期），熄弧
t t1 ，U A 0 ，U B U C 1.5
t t1 ，三相对地电容电荷，重新分 配，形成直流电压分量：
2C0 1.5 UD 1 3C0

C A C B CC C 0
U A eA U D 0
操作过电压 间歇电弧接地过电压
间歇电弧接地过电压
中性点不接地电网发生单相接地
不改变电源变压器三相绕组电压的 对称性，接地电流一般不大
非故障相电压升高，对 60kV 及以下 的电网，绝缘上投资不会显著增加 不必立即切除线路，运行人员找出 故障并排除
I jd I B cos 30 I C cos 30 2 3U xg C0 cos 30 3C0U xg
用补偿度 k 和脱谐度
来描述消弧线圈的补偿程度
补偿度 k
2 IL 1 / L 1 / L 0 k 2 I C C11 C22 C33 3C
1 0 3LC
回路自振角频率

脱谐度
IC I L 1 k IC
C11 C22 C33

补偿单相接地电流
对地短路可看成两种情况
的叠加： 1、原来的正常三相系统 2、将原来三相电源电动势 短接，在短路点K与大地之 间加入一个单相电势 –EA( 短路前电位)的零序系统
计算对地短路电流 ，只需
计算后一零序系统即可 ( 因 前一正常三相系统 K与大地 之间无电流通过)
g: 考虑各种损耗后的等 值电导
于易熄弧和防重燃方面的有利作用， 使过电压持续时间大为缩短，降低了 高幅值过电压出现的概率
消弧线圈补偿电网对中性点位移电位的影响
脱谐度越小，对熄灭电弧最有利，可是正常运 行时，电网中性点却会出现比较高的电位 ---- 消 弧线圈补偿电网中的线性谐振 中性点位移度 ：补偿电网中性点电位U0与相电 压UA（UA=EA）的比值
电 源 内 阻 抗 ， 线 路阻抗中 的电阻损耗，电弧本身的弧阻 损耗，使高频振荡很快衰减， 过电压降低
限制措施 — 消弧线圈的应用
中性点不接地的 360kV 电网，在单相接地 电 流 超 过 30A （ 310kV 电 网 ） 或 者 10A （ 35kV 及以上电网），在电网中性点和地 之间接入消弧线圈 消弧线圈作用是减小单相接地电流，减缓 接地故障点恢复电压的上升速度，从而增 大接地故障点自熄的概率，以防止发展成 相间短路或烧伤导线


IL = IC时，全补偿
降低故障间隙的恢复电压上升速度
故障点电弧是否重燃，除与电弧电流（决定于弧道的游离 程度）有关外，还取决于弧隙间介质强度的恢复速度是否 超过恢复电压的上升速度
C11 C 22 C33 C 3
g g L 3g 0
g1 g 2 g3 g 0
电流过零电弧熄灭相当 于开关 S 断开
U B eB U D 1.5
U C 1.5
在 t = t1 不发生振荡

在 t = t2，（再过半个工频周期） 重燃
t t 2 ，U A 2 ，U B U C 0.5

t t 2 ，U A 0 ，U B U C 1.5

在 t =t2 振荡过程中电压最高振幅
《交流电气装置过电压保护和绝缘配合》 DL/T620-1997行业标准
66kV以下系统中性点经消弧线圈接地方式
电压等级 kV IC， A ＞10 3～10 ＞30(3、6kV) ＞20(10kV) 35、66 ＞30 ＞10 备注 钢筋混凝土或金属杆塔 的架空线路构成的系统 非钢筋混凝土或非金属杆 塔 的架空线路构成的系统 电缆线路构成的系统 所有
B、C相为3.5，A相为2
往后，每隔半个工频周期依次发生熄
弧和重燃，其过渡过程与上述过程完 全相同 非故障相最大过电压 UBm=UCm=3.5 ， 故障相的最大过电压UAm=2 弧光接地过电压数值上不高，正常的 电器设备具有较大的绝缘裕度，能承 受这种过电压
但是这种过电压的持续时间较
相间电容的影响
假设线路完全对称：
C A C B CC C 0
C AB C BC CCA Cm
燃弧前（t2） Cm上电压为： 1.5U xg
C0上电压为： 0.5U xg
发弧后 在电路上Cm与C0并联，在振荡过程之
前，存在电荷重新分配过程
相间电容
电荷重新分配，健全相电压起始值
2
因此有
du r dt
t 0
U ph,m

2
恢复电压上升速度与脱谐度 成正比，通常 较小，ur上升 速度较慢，因此不易重燃
恢复电压 Ur(t)
系统的阻尼率 d 对恢复电压的上升速度有影响
ur t U m cost 0 e t cos0t 0
e 3 cos t 30 C相： CA



在 t = 0，对地闪络，燃弧
t 0 ，U A 1，U B U C 0.5
t 0 ，U A 0 ，U B e AB 1.5 U C eCA 1.5
在 t = 0 振荡过程中电压最高振幅：
过电压 2倍稳态值 - 起始值
ua e(t ) U m cos(t 0 )
故障相对地的恢复电压 Ur(t)
ur t U m cost 0 e t cos0t 0


2
一般补偿网络的v 很小，源自文库以 0 1 （1 ）
dt vt 2 ur t U m cost 0 e cos t 0 2
C11 C22 C33
1 2 L 1 0 2

用补偿度 k 和脱谐度
来描述消弧线圈的补偿
程度
补偿度 k
脱谐度

IC I L 1 k IC
k 1、 0 IL IC时，过补偿 k 1、 0 IL IC时，欠补偿 k =1、 = 0
接地电流每次通过零点，电弧有一个暂时性熄灭，
恢复电压、介质绝缘强度两者的恢复速度决定是 否再一次发生对地击穿 当 Ijd 太小时，由于绝缘强度恢复很快，难以 再次击穿 当 Ijd 太大时，暂时性熄灭的时间微不足道， 可以认为电弧是稳定燃烧 当 Ijd 为数安至数百安时，电弧暂时性熄灭约 半个工频周期，再度击穿，同时引起电网中 电磁能的强烈振荡，产生电弧接地过电压
消弧线圈接地补偿系统的运行现状

KC
KC ：导线对地电容的不对称度 ：补偿电网的脱谐度

过高的U0，使补偿电网正常运行时，三相对地电压极 不平衡
补偿电网脱谐度选择原则
值选择应考虑到两个方面：一方面 值不应
小到使正常运行时中性点电位超过 15%；另一 方面 值又不宜大，致使单相接地电流大于 10A （30A）