断续电弧接地过电压讲解
电力系统过电压类型探析
电力系统过电压类型探析摘要：过电压属于电力系统中的一种电磁扰动现象。
本文分析了电力系统过电压的两种类型。
希望本文的研究能为彻底解决电力系统过电压提供了依据。
关键词：电力系统过电压类型电力系统在特定条件下所出现的超过工作电压的异常电压升高现象称为电力系统过电压。
过电压属于电力系统中的一种电磁扰动现象。
电力系统中电路状态和电磁状态的突然变化是产生过电压的根本原因。
过电压分为以下两大类。
一、大气过电压大气过电压也称雷电过电压。
雷电放电所产生的雷电流高达数十、甚至数百千安，从而引起巨大的电磁效应、机械效应和热效应。
雷击引起暂态过电压通常可以通过电网线路传递或祸合到电网设备上，造成设备坏。
对于中性点不接地的分级绝缘变压器，当雷电波从线路侵入变电站到达变压器中性点，伴随产生变压器励磁电感与线路电容谐振时，会产生较高的雷电过电压或工频稳态过电压，对变压器及其他电力设备造成威胁，甚至使绝缘损坏。
大气过电压一般分为两类，直击雷过电压和感应雷过电压。
1、直击雷过电压雷闪直接击中电工设备导电部分时所出现的过电压。
雷闪击中带电的导体，如架空输电线路导线，称为直接雷击。
雷闪击中正常情况下处于接地状态的导体，如输电线路铁塔，使其电位升高以后又对带电的导体放电称为反击，直击雷过电压幅值可达上百万伏，会破坏电工设施绝缘，引起短路接地故障。
2、感应雷过电压雷闪击中电工设备附近地面，在放电过程中由于空间电磁场的急剧变化而使未直接遭受雷击的电工设备（包括二次设备、通信设备）上感应出的过电压。
感应雷过电压主要发生在架空输电线路上，感应雷过电压幅值约300-400kv，只对35kv及以下电压等级的电力系统绝缘强度有危险。
二、内部过电压在电力系统中，除了雷电过电压以外，还有另外一种类型过电压—内部过电压。
它的产生根源在电力系统内部，通常都是因为系统内部电磁能量的积聚和转换引起。
内部过电压可按其产生原因分为工频过电压、操作过电压和谐振过电压。
电弧接地过电压危害及其预防
电弧接地过电压的危害及其预防[摘要]电力系统的内部过电压造成的危害及损失是很大的，它直接威胁着国家财产及人身安全，文章主要介绍了弧光接地过电压问题，并针对弧光接地过电问题，并针对弧光接地过电压造成危害提出了一些预防措施，以确保煤矿供电系统安全、可靠地运行。
[关键词]过电压；危害；预防措施中图分类号：td61 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）07-0014-010 前言在电力系统中，由于过电压（外部过电压和内部过电压）使电力系统的正常运行遭到破坏的事例是很多的，造成的后果也是很严重的。
因为各种电压等级的输配电线路、电机、变压器、电缆及开关设备等，在正常状态下只承受其额定电压的作用，但在异常情况下，可能由于某种原因，使电力系统产生过电压，造成上述电气设备主绝缘或匝间绝缘上的电压远远超过额定值（一般为额定电压的3倍左右），虽然时间很短（一般从几微秒至几十毫秒），但电压升高的数值可能很大（最大可达4倍）。
在没有防护措施或设备本身绝缘水平较低时，将使设备的绝缘被击穿，造成供电处于瘫痪状态。
过电压分为外部过电压（指大气过电压）和内部过电压。
外部过电压又可分为直击雷过电压和感应雷过电压，内部过电压则可分为操作过电压、弧光接地过电压和电磁谐振过电压等。
不论是那种过电压，其危害性都比较大。
下面就弧光接地过电压问题谈一下个人初浅认识，并提几条预防措施。
1 弧光接地过电压问题一般来说，过电压的产生都是由于电力系统的电磁能量发生瞬间突变所引起的。
对于弧光接地过电压，是由于在中性点不接地系统发生单相接地的间歇性电弧引起的电磁能量的突变产生的。
在正常情况下，发生单相金属接地，将引起健全相的工频电压升到umx（umx为电路振荡时电源电压的瞬时值），否则，如果这种接地是通过不稳定的电弧接地，即电弧间歇性的熄灭重燃产生振荡时，则在电网的健全和故障相都将产生过电压。
这种过电压对系统中某些绝缘较差的设备可能造成事故，在少数情况也可能危及正常绝缘。
电弧接地过电压分析研究
电弧接地过电压分析研究电力系统中的大部分故障是单相接地故障，在中性点不接地系统中发生单相接地故障时，常出现电弧的燃烧与熄灭的不稳定状态。
这种间歇性的电弧将导致系统中电感、电容回路的电磁振荡过程，产生遍及全电网的间歇性电弧接地过电压，对电气设备的绝缘也造成威胁。
标签：电弧接地过电压;消弧线圈。
引言运行经验表明，电力系统中的大部分故障是单相接地故障，在中性点不接地系统中发生单相接地故障时，将有数值不大的接地电容电流流过故障点。
这时故障相的对地电压变为0，而另外两相的对地电压升高到线电压。
但系统三相电源电压仍维持对称，不影响对用户继续供电。
因此允许带故障运行一段时间（一般1.5 ～2 h），以便运行人员查明故障并进行处理，这就大大提高了供电可靠性。
随着中国城市电网及农村电网改造力度的加大，以及城市现代化进程的快速推进，地下电缆得到了广泛应用，导致配电网系统电容电流越来越大。
由于电容电流的增大，当系统发生单相接地时不能可靠熄弧，使故障扩大，使其成为相间短路而导致线路跳闸，从而造成事故扩大。
1电弧接地过电压产生的原因在中性点不接地系统中，当发生一相对地短路故障时，常出现电弧，经过故障点的电容电流处于某一范围内时，电弧既不能自动熄灭，又不会形成稳定持续的电弧，可能出现电弧的燃烧与熄灭的不稳定状态。
由于系统中存在电容和电感，这种间歇性的电弧将导致系统中电感、电容回路的电磁振荡过程，产生遍及全电网的间歇性电弧接地过电压。
此时可能引起线路某一部分的振荡，当电流振荡零點或工频零点时，电弧可能暂时熄灭，之后事故相电压升高后，电弧则可能重燃，这种现象为间歇性电弧接地。
单相接地时流过故障点的容性电流与系统运行相电压和各相对地电容成正比。
电弧接地过电压的发展过程和幅值大小与熄弧的时间有关。
随着情况不同，有两种可能的熄弧时间，一种是电弧在过渡过程中的高频电流过零时即可熄灭;另一种是电弧要到工频电流过零时才能熄灭。
工频电流过零时熄弧的情况来说明这种过电压的发展机理。
弧光接地过电压的产生及防治措施
弧光接地过电压的产生及防治措施1 弧光接地过电压的产生单相弧光接地引起的过电压主要发生在中性点不接地的配电网中。
若系统较小，线路较短时，流经接地故障点的接地电流也不大，许多临时性的单相弧光接地故障(如雷击、鸟害等)，故障过后一般能够迅速熄弧，系统也很快恢复正常。
但是随着系统的发展和电压等级的升高，线路的增长和工作电压的升高，单相接地故障电流也随之增大，以致许多弧光接地故障变得不能自动熄灭。
当接地故障电流又不至于大到形成稳定电弧的程度，就可能出现电弧时燃时灭的不稳定状态。
这种间歇性电弧现象引起了电力网运行状态的瞬息改变，因为接地时非故障相电压的突然升高而电弧熄灭时电压又会降低，在这两相的对地电容和线路电感之间存在一个充放电过程，亦即在电容上的电场能量重新分配的过程中会出现电磁能量的振荡。
从而在非故障相以及故障相中产生遍及全系统的严重的暂态过程过电压，这就是弧光接地过电压。
当中性点非直接接地系统发生单相金属性接地时，非故障相电压幅值可达√3倍相电压。
当发生间歇性弧光接地时，由于不稳定的间歇性电弧多次不断的熄灭和重燃，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，实测表明非故障相的过电压幅值最高可达3.5倍相电压。
2 弧光接地过电压的抑制方法间歇性弧光接地引起的弧光接地过电压是电气设备绝缘的主要威胁之一。
弧光接地过电压作用时间一般较长，且遍及整个电网，若不及时采取措施，可能危及设备绝缘，引起相间短路，使事故扩大。
大量的运行经验表明，在发生单相间歇性弧光接地时，系统运行几秒钟最多几分钟后故障就会扩大。
弧光接地过电压对电力系统的危害主要表现在以下几个方面：①随着我国电网的发展，具有固体绝缘的电缆电路在城市电网所占的比重越来越大。
固体绝缘不具有自恢复性，且对不完全击穿具有积累效应，故当系统发生单相弧光接地时，在最高可达3.5倍过电压的持续作用下，造成电气绝缘的积累性损伤，容易在非故障相的绝缘薄弱环节造成对地击穿，进而发展成为相间短路事故。
间歇电弧接地过电压形成过程及其防护
间歇电弧接地过电压形成过程及其防护在10KV中性点不接地系统中，当发生一相对地短路故障时，常出现电弧，由于系统中存在电容和电感，此时可能引起线路某一部分的振荡，当电流振荡零点或工频零点时，电弧可能暂时熄灭，之后事故相电压升高后，电弧则可能重燃，这种现象为间歇性电弧接地。
单相电间歇弧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10KV电力系统普遍采用中性点不接地方式。
防范措施：解决过电压以及发电机的单相接地电流的问题。
（1）改变10KV系统中性点的接地方式:片区电力系统中性点目前采用的是不接地运行方式。
中性点采用消弧线圈接地，应该不失为行之有效的措施之一。
消弧线圈是一个铁芯可调节的电感线圈，将它装设于热电厂发电机或即将新建的35KV变电站变压器的中性点，这样片区10KV系同一旦发生单相接地时，可形成一个与接地电流大小近似相等、方向相反的电感电流与容性接地电流相补偿，从而达到限制接地电流，避免在接地点形成弧光。
同时即使是运行方式发生变化，使消弧线圈的补偿度或脱谐度发生变化，而产生弧光接地，燃弧后电容的充放电电流要经过消弧线圈流回，而不会在故障点形成多次弧光重燃，这样就有效地避免了接地点的间歇性燃弧，达到限制弧光过电压的目的。
（2）选择合适的过电压保护装置和加装消弧柜：片区10KV系统面临的过电压不仅仅是单相弧光接地过电压，对于雷电过电压、操纵过电压、谐振过电压等等仍然是存在的。
因此公道的选择和设置过电压保护装置，对于现有的片区电力网来说显得异常重要。
采用避雷器作为过电压吸收装置，还是目前电力系统的潮流和主要措施。
目前大多热电厂都加装消弧柜，将单相弧光接地变为直接接地。
（3）加强尽缘薄弱环节的绝缘热电厂一次设备的绝缘相对较为薄弱，主要是由于粉尘污染造成部分绝缘子污闪以及高湿度的环境空气降低了有效绝缘水平。
弧光接地——精选推荐
系统分析编辑随着现在电网的发展，架空线路逐步被固体绝缘的电缆线路所取代是一种必然趋势。
由于固体绝缘击穿的积累效应，其内部过电压，特别是电网发生单相间歇性弧光接地时产生的弧光接地过电压及由此激发的铁磁谐振过电压，己成为这类电网安全运行的一大威胁，其中以单相弧光接地过电压最为严重。
弧光接地过电压会使电压互感器发生饱和，激发铁磁谐振，导致电压互感器严重过载，造成熔断器熔断或互感器烧毁。
同时由于弧光接地过电压持续时间长，能量极易超过避雷器的承受能力，导致避雷器爆炸。
再就是弧光接地产生的高幅值的过电压加剧了电缆等固体绝缘的积累性破坏甚至击穿放炮。
2弧光接地过电压的产生及危害编辑弧光接地过电压又称间歇性弧光接地过电压，形成弧光接地过电压的基础是间歇性电弧。
当中性点非直接接地系统发生单相间歇性弧光接地（以下简称“弧光接地”）故障时，由于电弧多次不断的熄灭和重燃，导致系统对地电容上的电荷多次不断的积累和重新再分配，在非故障相的电感—电容回路上引起高频振荡过电压。
对于电缆线路弧光接地时，非故障相的过电压可达4～7倍。
如此高的过电压对供电设备造成了极大的危害，主要表现以下几方面：一弧光接地过电压的危害⒈弧光接地产生的高幅值的过电压加剧了电缆等固体绝缘的积累性破坏。
对于中性点非直接接地系统，我国现行规程笼统地规定允许带单相接地故障运行2小时，并未区分是架空线路还是电缆线路，也没有明确是弧光接地还是金属接地。
在高幅值的弧光接地过电压的持续作用下，加剧了电缆等固体绝缘的积累性破坏。
最终在非故障相的绝缘薄弱环节造成对地击穿，进而发展成为相间短路事故。
⒉弧光接地过电压导致烧PT或保险熔断，普通的电压互感器饱和点一般为1.6～1.8倍，在弧光接地过电压作用下，使电压互感器严重饱和，激磁电流剧烈增加。
另一方面，电压互感器饱和，也很容易激发铁磁谐振，导致电压互感器过载。
上述两种情况，都将造成电压互感器烧毁或高压保险熔断。
⒊弧光接地过电压导致避雷器爆炸弧光接地时，过电压的能量由电源提供，持续时间较长，能量很大。
变电站及用户常见的操作过电压、谐振过电压及防止操作过电压和谐振过电压措施
Ijd IB cos300 IC sin 300 2 3UxgC0 cos300 3C0Uxg （8–1）
图8–1 单相接地电路图及相量图 （a）电路图 ；（b）相量图
形成电网中有直流电压分量 q 3C0Uxg Uxg 。所以断弧后，
3C0
3C0
导线对地稳态电压由各自电源电势和直流电压-Uxg叠加组成。
断弧后瞬间，B、C相的电源电势为-0.5Uxg，叠加结果为
-1.5Uxg；A 相电源电势为Uxg，叠加结果为零。因此，断弧
后瞬间，各相电压初始值与瞬间稳态值相等，不会引起过渡
—
20
0.06
—
35
0.10
0.12
60
—
0.20
由表8–1可知，当一个10kV电网的架空线路总长度不超过 1000km，一个35kV电网的架空线路总长不超过100km，它们的 单相接地电流 Ijd 将分别不超过30A和10A。运行经验 证明，此时
由于电动力和热空气的作用，接地电弧被拉长，一般能够在
Um
电压大为减缓，从而有利
1.5 8
于接地残流电弧的熄灭。 但实际测量证明，接地残
4
1.0
3 2
流电弧远不是在电流第一
0.5
次通过零点时就熄灭的，
1
0 d
有时电弧可存在几秒钟之
0
1
2
3
4 dt
久。这是因为熄弧后经过
半个迫振周期
0
，由于
图8–5 在不同比值v/d 时恢复电压的包络线
恢复电压幅值达到最大（接近 2Um），而往往再度发生击穿，
第6讲 操作过电压-电弧
IL IC
C11
1/ L
C22
C33
1/ L 3C
02 2
回路自振角频率
脱谐度
1 k IC IL
IC
C11
C22
C33
1
L
C11 C22 C33
1
02 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
1 k IC IL
IC
k 1、 0
IL IC时，过补偿
3、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。
消弧线圈作用有两个，一是减小单相接地电流，二是缓 减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
2 相间电容的影响 假设线路完全对称：
CA CB CC C0
CAB CBC 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 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
0.5C0 1.5Cm 0.5 2Cm
相对地绝缘
系统
过电压倍数
35~60kV 及以下系统（非直接接地） 110~154kV 系统（非直接接地） 110~220kV 系统（直接接地） 330kV 系统（直接接地） 500kV 系统（直接接地）
4.0 3.5 3.0 2.75 2.0 或 2.2
相间绝缘
35~220kV的相间操作过电压可取相对地的1.3~1.4倍 330kV的相间操作过电压可取相对地的1.4~1.45倍 500kV的相间操作过电压可取相对地的1.5倍
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图9-12 中性点经消弧线圈接地后的电路图及向量图
(a)电路图
(b)向量图
根据补偿度的不同，消弧线圈可以处于三种 不同的运行状态：
1、欠补偿 消弧线圈的电感电流不足以完全补偿电容电流，此时故障 点流过的残流为容性电流。
2、全补偿 消弧线圈的电感电流恰好完全补偿电容电流，此时流过故 障点的残流为泄露电流。
长期以来大量试验研究表明：பைடு நூலகம்障点电弧在 工频电流过零时和高频电流过零时熄灭都是可 能的。
发生在大气中的开放性电弧往往要到工频 电流过零时才能熄灭；在强烈去电离的条件 下，电弧往往在高频电流过零时就能熄灭。
电弧的燃烧和熄灭会受到发弧部位的周 围媒质和大气条件等的影响，具有很强的随 机性质，因而它所引起的过电压值具有统计 性质。
2、采用中性点经消弧线圈接地方式
采用中性点直接接地方式虽然能够解决断 续电弧问题，但每次发生单相接地故障都会引 起断路器频繁跳闸，严重影响供电的连续性。 所以，我国35kV及以下电压等级的配电网采用 中性点经消弧线圈接地的运行方式。
消弧线圈是一个具有分段铁芯、电感可调的电抗器， 其伏安特性不易饱和，如图9-12所示。
3、过补偿 消弧线圈的电感电流不仅完全补偿电容电流且还有数量超 出，此时流过故障点的残流为感性电流。
小结
发展过程 防护措施
o 采用中性点直接接地方式 o 采用中性点经消弧线圈接地方式
返回 （本节完）
作如下简化： 1）略去线间电容的影响； 2）设各相导线的对地电容均相等，即 C1=C2=C3=C。就可得如图9-10(a)所示的等值电 路。
图9-10 单相接地故障电路图和向量图
设接地故障发生于A相，而且是正当
.
U
A
经过幅值
U
时发生，这样A相导线的电位立即变为零，中性点电位
.
U
N
由零升至相电压，即
9.4 断续电弧接地过电压
中性点不接地电网中的单相接地电流 (电容电流)较大，接地点的电弧将不能自 熄，而以断续电弧的形式存在，就会产生 另一种严重的操作过电压——断续电弧接 地过电压。
断续电弧接地过电压出现在下列三种情况下 后果比较严重：
系统中有一些弱绝缘的电气设备 设备绝缘在运行中可能急剧下降
.
UN
.
U
A
，B、C两相的对地电压
都升高到线电压
.
U
、.
U BA CA
。
如以uA，uB， uC代表三相电源电 压；以u1，u2，u3 代表三相导线的对
地电压，即C1、C2、 C3上的电压，则通 过分析可得如图所
示的过电压发展过
程。
按工频电流过零时熄弧的理论分析得出的结论是： 1）非故障相上的最大过电压为3.5倍； 2）故障相上的最大过电压为2.0倍。
返回
9.4.2 防护措施
为了消除电弧接地过电压，最根本的途径就是消 除间歇性电弧，可以通过改变中性点接地方式来 实现。
1、采用中性点直接接地方式
若中性点接地，单相接地故障将在接地点产生很 大的短路电流，断路器将跳闸，从而彻底消除电 弧接地过电压。目前，110kV及以上电网大多采 用中性点直接接地的运行方式。
设备绝缘中有某些潜伏性故障
本节内容
9.4.1 发展过程 9.4.2 防护措施
返回
9.4.1 发展过程 这种过电压的发展过程和幅值大小都与
熄弧时间有关。存在两种熄弧时间：
电弧在过渡过程中的高频振荡电流过零时即可 熄灭
电弧的熄灭发生在工频电流过零的时刻
下面假定电弧的熄灭发生在工频电流过零的 时刻，来说明这种过电压的物理发展过程：