中性点不接地系统弧光接地过电压的抑制措施.docx

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中性点不接地系统弧光接地过电压的抑制措施

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王开文

摘?要：單相接地故障是电力系统最主要的故障形式，占各种故障类型的近70%。中性点不接地系统由于单相接地时接地电弧不能自动熄灭必然产生电弧过电压，一般为3—5倍相电压甚至更高，致使供电系统中绝缘薄弱的地方放电击穿而发展为相间短路造成设备损坏和停电事故。本文分析讨论几种抑制间歇性弧光接地过电压的原理、方法及在实际应用的优越性和局限性，并针对海南炼化CS30区域变电站6kV中性点不接地系统抑制间歇性弧光过电压方法实例，提出利用消弧及防止过电压保护方法的优势。

关键词：中性点不接地系统;弧光接地过电压;抑制;金属接地

引言：

线路全部采用电缆敷设的供配电系统，对地电容电流较大，当发生单相接地故障时，尤其是发生间歇性弧光接地时，往往造成电气设备的损坏和大面积的停电事故。由于石化企业具有连续稳定、高温高压、易燃易爆、有毒有害等特殊性决定了石油化工企业高危性的特点，这就要求对供电系统的安全可靠性的要求更为苛刻。因此，如何消除这一隐患，确保我厂供配电系统的安、稳、长周期运行和炼油装置的安全生产是一个急需迫切解决的问题。

一、谐振过电压产生原因及主要危害：

当在中性点不接地系统的3～10kV电缆线路系统单相接地故障电容电流超过30A时，由于通过接地点的接地电容电流与接地相正常时的相电压相位相差90°，在接地电流过0时加在弧隙两端的电压为最大值，因此会造成故障点的电弧不易熄灭，由于不间歇性电弧多次熄灭和重燃，在故障相和非故障相的电感—电容回路上会引起高频振荡过电压。以电缆线路为主的供配电系统，绝缘击穿或电弧重燃时过渡过程中的高频电流可达数百甚至上千安培。电缆线路弧光接地时非故障相的过电压甚至可达4～70倍。其接地故障过程为间歇性电弧接地--稳定电弧接地--金属性接地，单相接地故障最危险的阶段就是发生在单相间歇性电弧接地阶段，其接地持续时间可达0.2-2s，频率可达300-3000Hz，这时通过故障点的高频振荡电流也最大，可达数百安培，时间很短但危害却很大，其危害主要表现为以下几个方面：

（1）当电容电流一旦过大，接地点电弧不能自行熄灭。当出现间歇性电弧接地时，不仅在高幅值的弧光接地过电压持续作用下，加剧了电缆等固体绝缘的累积损伤，而且在非故障相的绝缘的薄弱环容易造成对地击穿进而发展成为相间短路。

（2）由于在弧光接地过电压作用下，使电磁式电压互感器严重饱和，激磁电流剧烈增加。饱和的电压互感器很容易激发铁磁谐振，导致PT烧毁或高压保险熔断。不仅影响了电能表的准确计量而且还容易造成继电保护和自动装置误动作，严重威胁供电系统安全可靠运行。

（3）弧光接地过电压由于持续时间较长、能量很大。这样会加速高压避雷器内部元件老化，当过电压能量超过避雷器所能承受的的能量时就会造成避雷器的击穿、爆炸，从而引发短路事故。

（4）石化企业生产装置中处处存在易燃易爆介质，如果在装置防爆区内产生接地点并形成间歇性电弧或电容电流流入大地后，在大地中形成杂散电流，产生的火花可引起周围泄露可燃气体的爆炸事故。

（5）如果故障电缆单相弧光接地发生在多根电缆排列的电缆隧道或电缆桥架内时，由于接地点电弧产生的热效应会对临近电缆造成灼烧，如不及时断开故障线路，将会导致单相接地电弧引发多回路的相间短路事故。

（6）发生单相金属性接地或单相弧光接地时，接地点周围一定范围内产生接触电压和跨步电压，对人身安全构成威胁。

二、目前所采用弧光过电压的抑制方法

1.中性点经消弧线圈接地方式进行补偿

消弧线圈是一种装设于电力系统中性点的可调电感线圈。（无中性点引出时可采用Z型接地变压器引出中性点方式）当系统发生单相接地时，由控制器调节有载分接头，使之调节到所需要的补偿档位，以改变电感值（通常将消弧线圈整定在过补偿状态）用产生的电感电流来补偿接地电容电流，从而使接地点的电流变得很小，也使得故障相接地电弧两端的恢复电压迅速降低。有效的降低了单相接地时的建弧率，减少了产生弧光接地过电压的机率。

系统主要是由Z型接地变压器、消弧线圈、自动调谐控制器等构成。其一次原理图接线图如下所示：

但在具体使用时还存在以下问题

（1）受供配电系统电缆线路的增加对地电容增大的影响，由于消弧线圈单个分接头的补偿容量受到调节容总量限制，将不能满足系统扩容后的补偿要求。对于较大供配电系统，由于单相接地电容电流急剧增加，需要很大容量的消弧线圈和相应的接地变压器，因此增大设备工程的投资。

（2）消弧线圈的自动跟踪补偿受电力系统运行方式及参数变化的影响，电容电流变化波动较大导致跟踪补偿困难，运行补偿效果不够理想。

（3）当系统发生单相接地时，需要运行人员尽快判断出故障点及故障线路。由于消弧线圈对接地电容电流进行补偿的作用，使故障点的接地电流减少，相位发生变化