间歇电弧接地过电压的防护措施
论述电压事故分析及预防措施

论述电压事故分析及预防措施在中性点不接地的配电网中,发生单相接地时,故障点电弧可能会产生熄灭、重燃的间歇性现象,进而产生间歇性弧光接地过电压,对电力系统绝缘中的薄弱环节危害较大,因此对弧光接地过电压的研究具有重要的意义。
本文对某35kV 系统一则由间歇性弧光接地过电压引起的事故进行了分析,使用PSCAD/EMTDC 对过电压进行了仿真,验证了分析结果的准确性,之后总结了限制弧光接地过电压的措施。
1 故障情况及分析某35kV变电站中央信号控制盘显示35kV I段母线接地,35kV I段母线A 相相电压为0kV,B、C相相电压为35kV。
现场检查后发现35kV I段电压互感器A相、B相爆炸,35kV分段开关C相瓷瓶破损、漏油,主变开关三相油色发黑并有喷油痕迹。
故障之后,工作人员巡线发现35kV线路杆塔拉线被修水渠的挖沟机挖断后搭至导线上,造成A相接地,导致了整个事故的发生。
从事故的发生经过分析,认为单相接地引发间歇电弧接地过电压,过电压超过设备的绝缘耐受电压,造成电压互感器、分段开关绝缘击穿,导致事故的发生。
2 仿真分析之前的学者提出了两种判断电弧熄灭时刻的理论:高频熄弧理论和工频熄弧理论。
短路电流在经过半个工频周期附近时,短路电流中的高频分量已衰减到很小,工频熄弧理论认为之后工频电流过零时,电弧熄灭;之后,故障相电压恢复到峰值时电弧重燃;按照工频熄弧理论,电弧每隔1个工频周期重燃1次;本文在仿真计算时取3次电弧重燃。
与此相对,高频熄弧理论认为,在短路电流的第1个过零点电弧熄灭;故障相电压恢复到峰值时电弧重燃,按照高频熄弧理论,电弧每隔半个工频周期重燃1次;本文在仿真计算时取3次电弧重燃。
2.1 仿真模型的建立发生故障系统为中性点不接地系统,线路双端供电,线路总长度为17.7km,单相接地故障点距离一侧母线17km,过电压倍数的基准值。
设A相为故障相,假定发生单相接地故障时,A相的电源电压达正或负峰值的时候,在距离一侧电源17km处A相与大地之间设置四个故障模块,其中第一个模块模拟发生单相接地故障,第二、三、四个故障模块分别模拟电弧的第一、二、三次重燃。
探讨变电站过电压及其防护措施

探讨变电站过电压及其防护措施1、现状背景常规设计中,避雷器的选择都是根据上级电源中性点接地方式进行选择,即上级电源35kV侧中性点为经小电阻(或消弧线圈)接地系统,则本站35kV侧按经小电阻(或消弧线圈)接地系统考虑避雷器选择;上级电源10kV侧中性点为经小电阻(或不接地)接地系统,则本站10kV侧按经小电阻(或不接地)接地系统考虑避雷器选择。
变电站避雷器参数未经计算,只参照上级电源变电站中性点接地方式选取固定参数,配置只沿用其它工程,设计人对避雷器参数意义及选取、配置原则不甚明确,则有可能造成选择错误。
本文目的在于分析避雷器参数的意义、过电压的产生机理,明确天津地区用户变电站避雷器参数选择及配置原则,为其它工程中避雷器的选取和配置提供理论依据及可靠成果。
2、避雷器主要参数及型式表达2.1主要参数1)标称放电电流。
冲击波形为8/20μs的放电电流峰值,单位kA,用以区分避雷器的等级。
我国规定的标称放电电流有1kA、1.5 kA、2.5 kA、5 kA、10 kA和20 kA几个等级。
2)残压。
残压包括放电电流下的残压、陡波电流下残压和操作冲击电流下的残压。
其中陡波电流波形为1/5μs,操作冲击电流的波头时间为30~100μs。
3)雷电冲击保护水平。
避雷器标称放电电流下的残压值为其雷电冲击保护水平。
陡波电流下的残压与标称放电电流下的残压之比不得大于1.15。
4)操作冲击保护水平。
操作冲击保护水平即为避雷器在操作冲击电流(波头时间为30~100μs)下的最大残压。
5)额定电压。
额定电压是指能施加在避雷器两端的最大允许工频电压有效值,单位为kV。
6)最大持续允许电压。
最大持续允许电压为运行中允许持续地施加在避雷器上的最大工频电压有效值,单位kV。
其值一般应不小于额定电压的0.8倍,且不低于系统的最高运行相电压。
2.2避雷器型式表达天津地区用户变电站一般采用HY5WZ型复合外套无间隙电站用金属氧化物避雷器。
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。
单相弧光接地过电压

单相弧光接地过电压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。
弧光接地过电压对电网的危害及预防措施

2 预 防措施
21 装设消弧线圈 .
健全相和故障相上将会产生很高的过电压,一般把这种过
电压称为电弧接地过 电压 。 通常 , 这种 电弧接地过 电压不会
使符合标准 的良好 的电气设备 的绝缘发生 损坏 。 但是 , 应该 看到 :在系统 中常常有一些弱绝缘 的电气设 备 以及设备绝 缘 中有 某些潜伏 性缺 陷在预 防性试 验中未 检查 出来 等情
m es su r ・ es
Ke r s a cg o n i g o ev l g ;n u ae p e e t e a u e y wo d : r r u d n ; v r o t e i s l t; r v ni s rs a v me
1 电弧接地过 电压的产生及危害
‘ 通 过近几年城市 、 农村 电网的改造 , 电力系统供 电安全
起 的。正常情况下 ,OV 3k lk ~5V中性点不接地 系统发生单 相接地 , 允许运行 2 。 发生单相接地故障时 , 时会发展 h在 有 成相 间故障 , 使事故扩大。 其中原因之一是 系统 中个别设备 存在绝缘薄弱点 ,另一 个重要原 因是 由于 lk OV系统 电容
浅析间歇性弧光接地过电压的产生原因及其预防措施

B相和 C相对地 电压达 到最大 电压后 会很 陕衰减 ,最终 以线 电压 大 小稳定 运行 。 相 比于 E 通过 接地点 的工频 电流相位滞 后 9 0  ̄ 。 当经 历 整个 工频 周期的一半 时 ,即达到 t l 时, B 、 c相 电压 变为 一 1 5 u , i 值 为 零, 电弧会 自动熄灭 , 即完成工频熄弧。 但处于断弧瞬间时, 因B 、 c 相电 压均为一 1 . 5 U , 而 A相电压缺为零 , 因2 C  ̄ - I . 5 U _ 3 C o i 3 储存 的 电荷无 法释放 出去 , 只能 加载 在三 相 对地电容间, 进而在电网中产生直流电压分量, 其数值大小 为 c - _ u 因此, 工频熄弧后, 导线对地稳态电压由两部分构成 , 分别为各相电 源 电势和 直流 电压 分量一 U 断弧后 瞬间 , B 、 C相的 电源 电势为— Q 5 u , 叠加结果为一 1 5 U 而 A相电源电势 U , 与直流电压分量- U 叠加后数 值为零。所以, 断弧后瞬间, A 、 B 、 c三相电压的初始值均与瞬态值相同, 不 会 出现 各相对 地电压值 改变的情 况。之后 , 再 经 历半个工频周 期 , 即 达到 t 2 时, B 、 C相 对地 电压会 升至 _ 2 U 此 时弧光 可能重 燃 , B 、 c 相 电  ̄ . - o s u 趋于线电压的瞬时值 1 5 U , 之后再衰减至线电压运行。往后 每隔半个工频周期依次发生熄弧和重燃 , 故障相最大过电压 U ; m = 2 U , 非故障相最大过电压 U U . = 3 . 5 u 妒 通过 匕 述分 析可 以发 现 ,过 电压最 大值在 很大 程度上 取决 于电弧 的熄 灭与 重燃 的时 间 。l O k V供 电线 路发 生 间歇性 孤 光过 电压 可高 达
供配电系统过电压的危害及防范措施

供配电系统过电压的危害及防范措施供配电系统过电压的危害主要包括以下几个方面:1. 配变高压绕组接地谐振过电压问题:这种过电压现象会导致电压超过正常值的2.38倍,一旦产生两点接地的状况,电压就会超出2.73倍,该现象会维持几分钟甚至十多分钟,直至导致故障变压器全部受损,最终与系统脱离。
2. 雷电过电压现象:这是由于直击雷或者感应雷于云层展开活动之后所引发的问题,也常常被叫做外部过电压或者大气过电压。
户外配电设施的总变电所和总变电所传入及传出的外部架空线路极易遭到直接雷击的影响,雷电侵入波过电压的持续周期相对较短,有时仅只十几微秒。
3. 电弧接地过电压问题:此问题会威胁到使用者的生命安全,这是由于中性点不接地系统内滋生了单相间歇性的“熄弧—重燃”接地,于是导致了高频振荡,在该环节中构成了间歇性弧光接地过电压现象。
该过电压的持续周期能高达十分钟之久,有时还会更长,它们所波及的范畴也较广,倘若整个电网中出现绝缘弱点,那么该绝缘弱点位置极易出现绝缘闪络或直接击穿的问题。
为了防范供配电系统过电压的危害,可以采取以下措施:1. 装设避雷针、避雷线、避雷器等措施来防止雷电过电压和大气过电压对供配电系统的危害。
2. 合理提高线路绝缘水平,采用自动重合闸装置等措施来减少操作或接地故障时发生的工频过电压。
3. 对于中性点不接地系统,可以采取中性点经消弧线圈接地的方式来减少电弧接地过电压的发生。
4. 在操作或接地故障时,可以采取限制工频过电压的措施,如采用并联电抗器来吸收多余的容性无功功率等。
5. 加强供配电系统的管理和维护,定期检查和维修设备,确保其正常运行。
总之,防范供配电系统过电压的危害需要采取多种措施,包括装设避雷装置、提高线路绝缘水平、限制工频过电压等管理和维护措施,以确保供配电系统的安全和稳定运行。
过电压技术及防范措施

操作过电压
电力系统由于进行断路器操作或发生突然短路而引起的过电压。常见的 操作过电压有以下几种。
①空载线路合闸与重合闸过电压:输电线路具有电感和电容性质。空载线路 合闸时简化的等值电路原理如图2所示。
图2中L为电源和线路的等值电感,C为线路的等值电容,e(t)为交流电源。
当开关 K突然合上时,在回路中会发生以角频率
增大谐振回路的阻尼是限制谐振过电压的主要措施。还应力求从系统运 行方式上避免可能发生的谐振过电压。
谢谢各位专家
工频过电压是由于断路器操作或发生短路故障,使电力系统经历过渡过程 以后重新达到某种暂时稳定的情况下所出现的过电压。暂时过电压主要是工 频振荡,持续时间较长,衰减过程较慢,故又称工频电压升高。常见的暂时 过电压有以下几种。 ①空载长线电容效应(费兰梯效应):输电线路具有电感、电容等分布参数 特性。在工频电源作用下,远距离空载线路由于电容效应逐步积累,使沿线 电压分布不相等,末端电压最高。线路首端电压U1与末端电压U2的关系为
过电压技术及防范措施
内过电压—谐振过电压
②铁磁谐振过电压:谐振回路中的电感元件因铁心的磁饱和现象,使电感参数 随电流(磁通)而变化,成为非线性电感。例如,电磁式电压互感器就是这种 元件。非线性电感与电容串联而激发起的一种谐振现象称为铁磁谐振,它会使 电气设备出现过电压。由于发生铁磁谐振回路中的电感不是常数,回路的谐振 频率也不是单一值。同一回路既可能产生工频的基波谐振,又可能产生高次谐 波(如2、 3、5次谐波)或分谐波(如1/2、1/3、1/5次谐波)谐振。
针对过电压的起因,电力系统必须采取防护措施以限制过电压幅值。 如安装避雷线、避雷器、电抗器,开关触头加并联电阻等,以合理实 施绝缘配合,确保电力系统安全运行。
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间歇电弧接地过电压的防护措施
摘要:本文结合工程实例对间歇电弧接地过电压的防护措施进行了探讨,可供大家参考。
关键词:间歇电弧;接地故障;发展过程;防护措施
Abstract: combining with engineering example of over-voltage of arc of intermittent grounding protection was discussed, and the available for your reference.
Keywords: intermittent arc; Ground fault; Development process; Protective measures
运行经验表明,电力系统中的故障至少有60%是单项接地故障,随着电网的发展和电压等级的提高,单相接地的电容电流也随之增加,当6~10kV电网的对地电容电流超过30A,35~60kV电网的对地电容电流超过10A时,电弧就难以自动熄灭,而以间歇电弧的形式存在,就会产生一种严重的操作过电压——间歇电弧接地过电压。
这种电压的演化过程和幅值大小都与熄弧的时间有关,并存在有两种熄弧时间:一种是电弧在过渡过程中的高频振荡电流过零时熄灭,另一种是电弧等到工频电流过零时才能熄灭,当然,这种电容电流一般不会形成稳定电弧的程度,因此在故障点可能出现电弧“熄灭—重燃”的间歇现象,引起电力系统状态瞬息改变,导致电网中电感、电容回路的电磁振荡,系统中性点发生偏移,健全相和故障相都产生过电压。
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: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1 (a)所示
的等值电路。
(图1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CU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U N =- U A ,B、C两相的对地电压都升高到线电压U BA \U CA 。
流过C2和C3的电流I2和I3分别较UBA和UCA超前90O,其幅值为
I2=I3=√3ωCU
因为I2与I3在相位上相差60O,所以故障点的电流幅值为
IC=√3 I2=√3ωCU ∝Un•l
Un—电网额定电压
l—线路总长度
C—每相导线的对地电容
C0—单位长度的对地电容
由此可知:1)流过故障点的电流是线路对地电容所引起的电容电流
2)故障电流的大小与电网额定电压和线路总长度成正比
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2所示的过电压发展过程。
(图2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。
长期以来大量试验研究表明:故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、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。
2.1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。
2.2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3所示。
图3 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。
(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。
3、案例分析
某110kV变电站35kV线路开关B相爆裂事故分析
3.1事故前运行方式:
某110kV变电站,110kV采用中性点直接接地的运行,35kV中性点不接地运行。
#1主变运行带10kVⅠ段母线各出线、#2主变运行带35kV母线(没有分段)及10kVⅡ段各出线运行。
#1主变中压侧开关,10kV母联开关处于热备用状态。
35kV QS4线空载运行。
3.2 故障经过:12时24分20秒110kV变电站#2主变中压侧保护装置过电流Ⅱ段保护动作出口,跳开主变中压侧开关,35kV母线失压,当时故障电流Ia=11.6A(二次值),Ib=10.5A(二次值),Ic=1.7A(二次值),Ua:61.3V, Ub:1.3 V, Uc:87.3 V,U0:66.2 V。
过电流保护(定值:5.3A(二次值),2.1S,变比:800/5),经检查保护动作正确,现场人员检查发现35kV QS4线开关B相爆炸,#2主变中压侧开关A相主变侧接线夹处有明显放电烧伤痕迹。
3.3故障初步原因分析:
二次保护方面:从35kV QS4线保护分析,故障点在开关靠母线侧,线路保护范围是在电流互感器至线路侧,故障点在保护范围外,保护未动作是正确的(故障为母线范围故障)
故障录波装置检查,由35kV母线电压故障时间段来分析如下:
(图4)
(图5)
(图6)
(图7)
(图8)
35kV母线电压突变时起:0--1640ms之间,母线A相电压降幅较大,明显有接地现象(图5),导致B、C相电压升高(峰值40kV),期间A相有不规则波动(图6),结合现场可判断为0--1640ms 系统A相对地放电(在此之前有较长的间歇接地放电现象,但时间都较短,难以察觉);在1640ms---3820ms之间,35kV母线B相电压近乎为0,A、C相电压升高(其中A相约21kV比C相30kV 低)(图7),即35kV系统存在A、B两相接地短路,#2主变35kV侧过流时限2的保护定值时间为2.1S(2100ms)从故障录波上(图8)看保护起动时间到开关跳闸时间为3820-1640=2180ms≈2100ms+开关动作反应时间,即#2主变35kV侧保护动作正确。
根据故障录波图和保护动作情况时间和现场分析,大概12时24分20秒系统A相对地放电,引起35kV母线B、C相电压升高(峰值40kV),而B、C相电压升高,对设备绝缘弱点的35kV QS4线B相互感器绝缘套管与本体衔接处有明显放电造成闪络击穿,形成AB相接地短路,并引起#2主变35kV侧后备保护过流II段动作跳闸。
由于35kV母线接地告警整定时间为9秒,整个事故过程总共用时才不到4秒左右,所以也没有查到报35kV母线接地信息。
因而,这是一次危害性很大的一次过电压造成的事故。
4、结束语
对付间歇电弧接地过电压的防护措施,可采用中性有效接地方式和采用中性点经消弧线圈接地方式来避免类似事故的发生。
参考文献:
[1] 文远芳,高电压技术[M],华中科技大学出版,2001年.
注:文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。