10kV配網(wǎng)單相弧光接地故障及調(diào)度處理建議

摘要：單相電弧接地故障對(duì)于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行是一個(gè)潛在的安全隱患，并且在線纜的絕緣部分的損傷累加到一定程度的時(shí)候電弧接地故障會(huì)蔓延，單相電弧接地故障可以在故障初期通過合理的調(diào)度來避免。文章對(duì)于典型的單相電弧接地故障進(jìn)行了研究分析，介紹了單相電弧接地故障發(fā)生的現(xiàn)象，分析了利用消弧線圈來有效避免單相電弧的接地故障的優(yōu)勢和局限性，并對(duì)于使用消弧線圈避免單相接地故障的原理進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：10kV配網(wǎng)；單相弧光接地故障；弧光接地；絕緣強(qiáng)度；積累性損傷 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM862 文章編號(hào)：1009-2374（2015）24-0134-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.24.066

1 故障現(xiàn)象及分析

在2000年2月份，某供電公司出現(xiàn)了變電站母線接地的故障，測試儀器上顯示母線上出現(xiàn)過電流的情況并且開關(guān)進(jìn)行自動(dòng)分閘。當(dāng)開關(guān)重新合閘之后，母線上出現(xiàn)了較大范圍的電壓的波動(dòng)，波動(dòng)的范圍在17～207V之間，故障顯示線路中有不間斷的接地信號(hào)以及所引發(fā)的復(fù)位信號(hào)，并且由此出現(xiàn)了變電站母線的中性點(diǎn)出現(xiàn)接地信號(hào)、位移過限和其他故障信號(hào)等。這種單相電弧接地的故障在電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行的過程中較為多見，通過對(duì)于該故障的研究分析發(fā)現(xiàn)單相電弧接地故障具有以下特點(diǎn)：（1）在具有小電流的配電網(wǎng)系統(tǒng)中最容易發(fā)生單相電弧接地故障；（2）電路中的線纜部分最容易發(fā)生此類故障；（3）在故障出現(xiàn)的過程中線路上會(huì)出現(xiàn)電壓的波動(dòng)頻率和電壓的諧波分量有關(guān)；（4）如果該小電流系統(tǒng)接入了消弧線圈，那么主要體現(xiàn)的問題是線圈位移過限以及出現(xiàn)相應(yīng)的設(shè)備故障；（5）在出現(xiàn)單相電弧接地故障的過程中一般都伴隨著過電壓以及相關(guān)的故障。

2 單相弧光接地故障仿真

圖1 單相電弧接地故障

通過上述對(duì)于單相電弧接地故障的介紹，可以利用仿真軟件來對(duì)單相電弧接地故障進(jìn)行如圖1所示的模擬。通過對(duì)于該故障進(jìn)行仿真分析可以知道，出現(xiàn)單相電弧接地故障之后，在不間斷的接地的過程中，線路上會(huì)出現(xiàn)大量的諧波，電壓的波動(dòng)也會(huì)隨著單相電弧接地次數(shù)的增加而波動(dòng)的范圍增大。圖1很好地模擬了單相電弧接地故障所引發(fā)的電壓信號(hào)的變化。

3 單相弧光接地故障起因分析

電纜線路的增多會(huì)使得由于單相電弧接地故障所導(dǎo)致的過電流和過電壓增大，使得系統(tǒng)絕體的比例也有所增加，在發(fā)生單相電弧接地故障的過程中會(huì)由于電壓和電流的波動(dòng)產(chǎn)生對(duì)線纜的影響。在線纜的絕緣部分的損傷累加到一定程度的時(shí)候，在電網(wǎng)系統(tǒng)中就會(huì)出現(xiàn)過電壓造成單相電弧接地的情況。以某變電站為例來對(duì)該單相電弧接地故障進(jìn)行分析，考慮到城市的建設(shè)和對(duì)于環(huán)境的影響，在城區(qū)會(huì)架設(shè)大量的電纜。電纜長度的增加使得在電網(wǎng)系統(tǒng)中每出現(xiàn)一次過電壓就會(huì)造成單相電弧的接地故障，這會(huì)對(duì)線纜造成一定程度的損傷，在這種情況下發(fā)生劇烈的單相電弧接地故障的概率就大大增加。在電網(wǎng)系統(tǒng)中，線纜長度的增加會(huì)使得發(fā)生單相電弧接地故障發(fā)生時(shí)的電流增大，使得電弧接地燃燒的情況更加劇烈，消弧線圈不能夠補(bǔ)償這一損失，進(jìn)而使得電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生波動(dòng)和故障。

4 弧光接地的危害

發(fā)生在小電流電網(wǎng)系統(tǒng)中的單相電弧接地故障，故障點(diǎn)所累積的電流值不足以使得繼電保護(hù)器發(fā)生跳閘，所以在發(fā)生單相電弧接地故障的過程中變電站開關(guān)沒有跳閘而是繼續(xù)運(yùn)行，在運(yùn)行的過程中會(huì)導(dǎo)致相電壓上升為線電壓，如果不能夠盡快的定位故障找出故障的位置進(jìn)行排除，那么就會(huì)很容易造成以下四個(gè)方面的嚴(yán)重的后果：（1）不間斷的電弧會(huì)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)中的線纜造成損壞，并且單相電弧的接地故障會(huì)迅速地蔓延，造成線路短路；（2）單相電弧接地會(huì)使得母線上的電壓變得極度波動(dòng)，并且在波動(dòng)的過程中很容易造成變壓器燒毀；（3）單相電弧接地故障在外界因素的影響下很容易造成電網(wǎng)系統(tǒng)的短路故障；（4）單相電弧接地故障不僅會(huì)對(duì)電網(wǎng)中的設(shè)備造成非常不良的影響，甚至還會(huì)威脅到周圍環(huán)境的安全。

5 弧光接地故障與消弧線圈補(bǔ)償

在研究中發(fā)現(xiàn)很多情況下消弧線圈并不能夠很好地完成單相電弧接地故障的避免。在單相電弧接地故障發(fā)生的過程中很容易造成消弧線圈的位移過限以及設(shè)備故障等，這說明消弧線圈并不能夠?qū)τ趩蜗嚯娀∵M(jìn)行較好的補(bǔ)償，究其原因主要有以下三個(gè)方面：（1）在電網(wǎng)的擴(kuò)建過程中，隨著電網(wǎng)系統(tǒng)的不斷增大，電網(wǎng)中的線纜的數(shù)量也在不斷的增多，電纜數(shù)量增多使得消弧線圈達(dá)到了其補(bǔ)償能力的極限。（2）在組成電弧電流的成分中不僅有工頻分量還有諧波分量和其他分量等，而系統(tǒng)的電流和諧波的頻率成正比，所以消弧線圈的消除電弧的能力就和諧波的頻率成反比，在單相電弧接地的過程中所產(chǎn)生的諧波所導(dǎo)致的電容電流已經(jīng)達(dá)到了消弧線圈補(bǔ)償能力的極限，所以在大多數(shù)情況下單相電弧接地故障并不能夠由消弧線圈來完全消除。（3）發(fā)生單相電弧接地故障的主要原因就是電網(wǎng)電壓的不穩(wěn)定對(duì)線纜所造成的傷害，并且使得絕緣層在過電壓的作用下被反復(fù)的擊穿，這和消弧線圈的作用沒有關(guān)聯(lián)。

6 弧光接地故障的判斷和調(diào)度處理建議

如果在電網(wǎng)的調(diào)度系統(tǒng)持續(xù)顯示母線反復(fù)的接地并持續(xù)出現(xiàn)復(fù)位信號(hào)，消弧線圈發(fā)生了位移過限和設(shè)備故障，那么就可以判斷出現(xiàn)了電弧接地的故障。并且還會(huì)伴隨著母線上電容器出現(xiàn)過電壓保護(hù)現(xiàn)象，那么在這種情況下就可以確認(rèn)電網(wǎng)系統(tǒng)中發(fā)生了單相電弧接地故障，針對(duì)單相電弧接地故障發(fā)生的原理以及保護(hù)的原理，在處理此類故障的過程中應(yīng)該盡量注意到以下三點(diǎn)內(nèi)容：（1）在小電流系統(tǒng)中嚴(yán)格控制電纜的選擇與數(shù)量的配置。在電弧接地的過程中，由于發(fā)生故障的電纜線上電容會(huì)出現(xiàn)過電流的情況，可以利用此來對(duì)小電流電網(wǎng)中的線纜的選擇進(jìn)行配置，并且要求小電流系統(tǒng)中的線纜的選擇要做到準(zhǔn)確和嚴(yán)格。（2）加強(qiáng)對(duì)于電網(wǎng)系統(tǒng)中線纜破損的檢查。單相電弧接地故障發(fā)生的最為主要的原因就是電網(wǎng)中電壓的波動(dòng)所造成的對(duì)于線纜的影響，所以這些故障從最初始都是和線纜的損壞相關(guān)的，所以要加強(qiáng)對(duì)于線纜的監(jiān)測和保護(hù)。（3）對(duì)于電網(wǎng)系統(tǒng)中的變壓器和電容上的參數(shù)進(jìn)行密切的監(jiān)控，在發(fā)生單相電弧接地故障的過程中，線纜和電容上發(fā)生過電壓的現(xiàn)象非常明顯，對(duì)于變壓器和電容設(shè)備的安全運(yùn)行是非常大的威脅，所以在對(duì)于電網(wǎng)系統(tǒng)監(jiān)控的過程中變壓器參數(shù)和電容參數(shù)是需要密切監(jiān)測的。

7 結(jié)語

單相電弧接地故障多是由于在電網(wǎng)中的同一個(gè)接地系統(tǒng)中引入了大量的接地線以及在電網(wǎng)電壓的波動(dòng)下對(duì)于電網(wǎng)中線纜的破壞所造成的，在發(fā)生單相電弧接地故障的過程中，往往會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，這種諧波會(huì)使得電容上的過電流和過電壓增大，進(jìn)而超過消弧線圈所能夠補(bǔ)償?shù)臉O限，從而使消弧線圈也發(fā)生位移過限和設(shè)備故障等。在預(yù)防單相電弧接地故障的措施中首先就是要加強(qiáng)對(duì)于設(shè)備的管理，應(yīng)該建立相應(yīng)的調(diào)度制度來對(duì)單相電弧接地故障進(jìn)行有效快速的判斷和及時(shí)的處理，最大程度地降低由于單相電弧接地故障所造成的對(duì)于電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響。

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作者簡介：屈章治（1991-），男，江西贛州人，廣州供電局有限公司助理工程師，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化。

（責(zé)任編輯：蔣建華）