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中性点不接地系统弧光接地故障的防范措施

发布于：2015-06-13 20:27:13 来自：电气工程/供配电技术 [复制转发]

1 前言

在我国城网、农网及工矿企业的电网中，35kV及10kV的电压等级占有较大的比例，此电压等级属于中性点不接地系统。对于中性点不接地系统在发生单相接地故障时，故障相对地电压降低，非故障相对地电压升高，但三相线电压未变化，可维持系统运行一段时间，从而提高系统供电的持续。

单相接地故障主要有以下几种：①雷击导致的避雷器动作或瓷瓶闪络等瞬时性故障，其故障瞬间可消失；②有些系统本身或经过补偿后电容电流较小，电弧可自行熄灭；③永久性接地故障，即金属性接地，未接地相对地电压升高，在电气绝缘可承受的前提下系统电容电流小于10A，则系统还能带故障运行1~2h时间。随着电力电缆在10~35kV配电系统中的大量使用，系统电容电流越来越大，在发生单相接地时，电弧难以熄灭，发生弧光接地的几率大为增加，并且与架空线不同，电缆发生单相接地故障的类型多为永久性故障。若电缆发生弧光接地故障未及时采取措施，电弧易导致相间短路，引发故障的扩大。

2 电力系统的对地电容电流的危害

中性点不接地系统虽然提高了供电可靠性，但由于电容电流的存在给系统运行带来许多问题，电容电流过大或过小均给系统带来危害。

（1）随着电缆出线增多，配电网络中单相接地电容电流将急剧增加，当系统电容电流大于10A后，将带来一系列危害：

1）当发生间歇弧光接地时，可能引起高达3.5倍相电压的弧光过电压，引起电气设备多处绝缘薄弱的地方放电击穿和设备瞬间损坏，使系统供电的可靠性这一优点大受影响。另外，对较大电容电流产生的电弧可能引发火灾。

2）当有人触接地部位时，产生跨步电压，加重了对触电人员的伤害，甚至伤亡。

3）当配电网发生单相接地时，电弧不能自灭，很可能破坏周围的绝缘，发展成相间短路，造成停电或损坏设备的事故。

4）配电网对地电容电流增大后，对架空线路来说，树线矛盾比较突出，尤其是雷雨季节，因单相接地引起的短路跳闸事故占很大比例。

（2）系统的对地电容电流过大带来的危害大家都比较了解，但我们在实际设计中往往忽略了一个问题，就是系统电容电流过小对系统带来的危害，这种危害主要就是电压互感器的铁磁谐振。小电容电流系统铁磁谐振过电压现象比较普遍，时常发生电压互感器烧毁事故和熔断器的频繁熔断，严重威胁配电网的安全可靠性。

3 消除弧光接地的措施，设计时注意事项

解决电容电流导致的弧光接地问题。由于系统发生间歇性电弧接地时产生较大的高频电流，解决此问题可采用TXK-P消弧及过电压保护装置将弧光接地转化为稳定的金属性接地，从而消除间歇性弧光接地造成的过电压危害。在设计时的注意事项大概分为以下几点。

（1）设计人员往往将系统的设计负荷大小和系统对地电容电流大小混淆，认为建筑配电系统属于“小系统”，没有必要考虑消除弧光接地。其实不然，在110kV变电所中，一台主变的供电范围内均属一个系统。配电站由于站内和站外为同一个系统，当发生单相接地时，流过接地点的电容电流是整个系统对地电容电流，而不仅是自己站内的电容电流。因此，这个系统对地电容电流比较大，发生单相弧光接地风险很高，建议设计采用TXK-P消弧柜。

（2）由于配电系统的供电特点，当系统任何一点发生单相接地时，整个系统所有电压采集参数完全相同，因此靠电压信号无法区分站内还是站外接地，单靠采集电压信号的消弧装置不适合配电供电系统。

（3）关于“过电压抑制柜”或“聚优柜”的设计选择问题。从这些产品资料看，主要解决PT铁磁谐振（PT一次加装置）和增大该柜内过电压保护器的容量。通过上面分析，配电系统由于电容电流很大，存在谐振的风险远远小于弧光接地风险。过电压保护器两个重要参数：吸收容量和放电电压值，不管容量设计多大，过电压保护器什么时候动作主要靠放电电压值决定，由于配电系统站内和站外为同一个系统，因此，这个过电压保护器的参数无法做到和上一级系统配合，放电值选择过低，整个系统过电压均由该过电压保护吸收，超出极限能量存在爆炸风险；放电值选择过高则站内过电压无法吸收。因此，这类产品笔者认为只能应用在电容电流比较小的系统，不适用于为建筑群及住宅小区供电的城市电网系统。

4 防范措施

（1）中性点不接地系统存在电容电流，发生弧光接地时的风险很高，建议安装带无功功率方向判断的TXK-P配电专用消弧柜，具备站内站外选择动作功能。

（2）对于有两级配电系统的供电方案，且两级配电系统距离较远时，两级配电系统可都设置消弧柜，但要考虑两级消弧柜之间的动作配合。

（3）如果系统对地电容电流比较大，整个系统呈容性，产生谐振几率低，但由于配电系统为多PT系统，在弧光接地时产生的异频信号容易激发铁磁谐振，而且多为低频谐振，建议安装多频段的二次消谐，特别具备低频段谐振检测功能。

（4）一次消谐在PT中性点安装的非线性元件对抑制PT铁磁谐振有一定效果，主要对于有固定谐振的小电容电流系统效果很好，对于电容电流很大的系统设计选择意义不大。安装一次消谐后，系统在正常运行时由于系统三相对地平衡，中性点对地等电位，一次消谐不起作用；当系统发生单相接地时，由于一次消谐有压降，导致PT电压采集不准，长时间（2h之内）单相接地运行超出非线性元件吸收能量极限时存在爆炸风险，因此，建筑供电系统不建议安装一次消谐。

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