单相弧光接地过电压分析.doc

单相弧光接地过电压的分析和防范
1.前言
随着电力系统的逐渐增容和发展，电网中的各种过电压发生机率越来越高，每一次的过电压都对电气设备的安全运行造成直接的、严重的威胁，而且每发生一次过电压就会对电气设备的绝缘造成一次破坏，并且这种过电压破坏具有明显的累积效应，当达到一定程度时，会造成电气设备损坏，甚至是造成局域电力网络发供电中断或是受损。
2.单相弧光接地过电压的形成机理
对于单相弧光接地过电压形成机理的理论分析方法很多，对于电网中性点不接地系统，电力电缆在其相间和相地间都有等效电容。经计算表明,发生单相弧光接地时过电压的最大值将达到：
Umax=1.5Um+（1.5Um–0.7Um）=2.3Um
单相弧光接地的过电压瞬时幅值最大可以达到20.4KV。如果弧光接地在接地点造成弧光间隙性反复燃烧，那么产生的过电压倍数将远远大于2.3倍。根据有关资料介绍，在国外有些专家对单相弧光接地进行了实测，其结果显示，过电压幅值高达正常相电压幅值的3～3.5倍。在系统发生单相接地时，都产生了较高的过电压，才会引起避雷器放电。强烈的过电压使相间空气绝缘被击穿，形成相间弧光短路，至于避雷器的爆炸，主要是由于避雷器的选型错误（原设计型号为Y3W-10/31.5）和产品质量欠佳（受潮），再加上弧光短路产生的高能热量加剧了避雷器的爆炸。由此可见如此高的过电压一旦产生就将会在电力网络绝缘薄弱环节形成闪络放电，严重时将破坏绝缘，造成相间短路或者损害电气设备。发电机接地电流已远远大于5A，才会造成发电机定子铁芯熔化，即与发电机有电气连接的电力网络的单相接地电流已大大超过了5A。
3单相弧光接地产生的原因
从上述分析可见，单相弧光接地是威胁电力系统安全、稳定和可靠运行的最主要和最直接因素。而中性点的接地方式，直接影响到单相弧光接地的产生和限制力度。根据我国的传统设计经验，在6KV-35KV电力系统普遍采用中性点不接地方式，这是因为在早期的电力网中，电力电缆采用量不大，系统的单相接地电容电流并不大。而随着各电力系统的飞速发展和增容，原电力系统主接线发生了很大的变化，电力电缆的采用量急剧增加。从诸多系统的运行现状和经验来看，其过电压发生的机率越来越高，由于过电压造成的事故在整个电气事故中所占的比例也越来越大。供电系统亦属于这种情况。该系统从最初的以架空线为主的配电系统发展成为了拥有发电、供配电以及以电力电缆连接为主的电力系统，再加上即将上马的更高变配电网络，将形成以发、变和配电综合一体化电力系统。因此最初采用的中性点不接地方式将受到严峻的考验！根据《电力设备过电压保护设计技术规程》和电力部、国家的有关标准和要求，对于3～35KV电力系统，当单相接地电流小于30A时，如要求发电机能带单相接地故障运行，则当与发电机有电气连接的3～35KV电网的接地电流小于5A时，其中性点可采用不接地运行方式。
4.单相接地电流的估算
在中性点不接地系统中，当系统发生单相接地时，单相接地电流IC等于正常时相对地电容电流ICi的3倍，即IC=3∑ICi。而正常时的相对地电容电流主要由架空线、电力电缆和主要电气设备（如发电机）组成。为说明问题，本文在此仅采用估算法对现阶段电力网络单相接地时的电容电流进行简要计算。
4.1.1单相接地时架空线的电容电流IC1：
IC1=（2.7-3.3）λUNL×10-3（A）
式中UN—系统额定电压（KV）
L—线路长度（Km）
λ—设备影响修正系数。
根据架空线均是无避雷线的架空线的情况，取UN=10KV、L=20Km、系数K=3.0、λ=1.16，因此：
IC1=3.0λUNL×10-3
=1.16×3.0×10×20×10-3=0.70（A）
4.1.2单相接地时电力电缆电容电流IC2：
采用的电力电缆形式多样，截面面积从50～120mm2均有不同程度的采用。在此按平均截面积为70mm2估算。
IC2=
（A）
式中S—电缆截面（mm2）
L—电缆长度（Km）
UN—系统额定电压（KV）
根据电力电缆使用情况取L=20Km、S=70mm2、UN=10KV，因此：
IC2=
==17.7（A）
4.1.3单相接地时发电机电容电流IC3：
热电厂两台发电机的电容电流按下式进行估算：
IC3=2.5KSωUN×10-3/
式中K—绝缘材料系数
S—发电机视在功率（MVA）
ω—角频率（rad/s）
UN—发电机额定电压（KV）
对于热电厂B级绝缘的两台QF-6-2型汽轮发电机，取K=0.0187、S=7.5MVA、UN=10.5KV，因此：
IC3=2×2.5KSωUN×10-3/
=2×2.5×0.0187×7.5×2×3.14×50×10.5×10-3/
=0.3（A）
为此在发生单相接地时，在接地点极其容易形成不稳定的间隙性弧光接地，从而产生过电压，