间歇电弧接地过电压形成过程及其防护
电弧接地过电压的危害及其预防
电弧接地过电压的危害及其预防作者：刘郡樑来源：《中国科技博览》2013年第07期[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。
电力系统过电压分析及预防尹世耀
电力系统过电压分析及预防尹世耀发布时间：2023-05-15T10:19:52.913Z 来源：《中国科技信息》2023年5期作者：尹世耀[导读] 电力系统的电气设备在运行中除了承受工作电压外，还会遭到过电压的作用和侵害。
作用于电力系统的过电压，由于过电压的存在，它将使电力系统运行的电气设备绝缘受损戴卡优艾希杰渤铝（天津）精密铝业有限公司天津市前言：电力系统的电气设备在运行中除了承受工作电压外，还会遭到过电压的作用和侵害。
作用于电力系统的过电压，由于过电压的存在，它将使电力系统运行的电气设备绝缘受损，设备寿命缩短，甚至造成停电事故，损毁电力设施，因此必须采取各种措施来限。
按其起因及持续时间，可分为两大类型，一种为雷电过电压，另一种为内部过电压。
在电力系统中，由于断路器操作、故障或其他原因，使系统参数发生变化，引起系统内部电磁能量的振荡转化或传递所造成的电压升高，称为电力系统内部过电压。
1.电力系统的过电压分类电气设备在正常运行时,其绝缘承受电网工作电压。
由于某种原因,如因运行操作、雷击和故障等原因,使电气设备上出现峰值电压超过系统正常运行的最高峰值电压称为过电压。
根据产生过电压的来源,一般分为内部过电压和外部过电压两种。
(1)内部过电压内部过电压是由于电力系统中磁能与电能间的转换,或能量通过电容的传递,以及线路参数选择不当,引起电力系统的状态突然从一种稳态转变为另一种稳态的过渡过程中产生的过电压。
这种过电压是由于系统内部原因而造成并且能量又来自电网本身所以叫内部过电压。
1>内部过电压又可分为操作过电压、谐振过电压和工频过电压。
如操作断路器,切断或合上空载变压器、空载线路则会产生操作过电压。
2>电力系统发生单相接地故障,则会产生谐振过电压。
又如电力系统因事故断线,则有可能产生工频过电压。
(2)外部过电压外部过电压是由于雷击电气设备产生的,又被称为大气过电压或雷电过电压。
此过电压能量来自电网外部的冲击波影响,所以称外部过电压。
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。
电弧接地过电压的危害与防治措施
&< 两相短路 & 最后由于种种原因发展成为 !!#7.
主变差动保护动作跳闸 " 全所失电 "%$7. 两台所用 变压器及开关室绝大部分设备损坏 & ) !( !##= 年 > 月 "6 日 " 淮北某变电所 %$7. 某线路发生 < 相接地 " 引起母线 & %? 两相电压升 高 "%$7. 某闸刀 ? 相母线侧动触头拉杆处放电 " 构 成两点接地 " 导致 %$7. 母线 ? 相支持瓷瓶闪络 " 由于保护动作开关未跳闸 "!!#7. 主变复合电压过 流保护动作跳闸 " 最后由于有关人员检查 % 判断和 处理的一些失误 " 使 !!#7. 主变三次受故障电流
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电弧接地过电压的危害与防治措施
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石正理
! 巢湖供电公司 "巢湖市 !%6##$# 摘要 $ 对 "#7. %%$7. 电网运行中单相接地电弧过电压进行了讨论 " 简介了近期我省发生的几起该类事故 " 并提出了防治措施 "重点分析了采用经消弧线圈接地和采用微机自动调谐补偿装置的方法 & 关键词 $ 电弧接地过电压 ’ 危害 ’ 防治措施
的故障形式 & 我国 "#7. %%$7. 电网的中性点运行 方式 "大部分采用中性点不接地或中性点经消弧线 圈接地 & 在这些电网的运行中 "运行规程规定 " 出现 单相接地后 " 允许带接地点运行的时间 " 一般不超 过 "!# 分钟 & 但随着中低压电网的扩大 " 供电母线 出线回路数增多 " 线路长度增加 " 特别是电力电缆 线路的大量使用 " 使单相接地电容电流大幅度增 加 & 当电容电流增大到一定程度 " 单相接地点接地 电弧不能自动熄灭 "就可能出现接地点电弧时燃时 灭的不稳定状态 & 这种电弧重燃与熄灭的间歇过 程 " 导致电网中电感和电容回路的电磁振荡 " 从而 在同一电源供电的电网中产生电弧接地过电压 &
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
光伏电站间歇性弧光接地过电压分析及防治措施
光伏电站间歇性弧光接地过电压分析及防治措施马金忠;黄青刚【摘要】某大型并网光伏电站汇集线路采用35 kV线路,中性点采用小电流接地方式,线路中大量使用电力电缆,其电容电流较大,易发生间歇性弧光接地过电压,造成设备绝缘损坏.文章通过理论计算和实际分析,采取有针对性的改进措施,抑制间歇性电弧的形成,减少过电压引起的设备故障.【期刊名称】《青海电力》【年(卷),期】2016(035)004【总页数】4页(P66-69)【关键词】光伏电站;间歇性;过电压;防治【作者】马金忠;黄青刚【作者单位】黄河上游水电开发有限责任公司,青海西宁810008;黄河上游水电开发有限责任公司,青海西宁810008【正文语种】中文【中图分类】TM864某大型并网光伏电站地处荒漠化地区，海拔2 800 m。
电站利用箱变将逆变器输出电压升压至35 kV，6台箱变通过一根电缆并联连接后接入环网柜，环网柜进行二次汇集后，送入升压站35 kV母线。
接线如图1所示。
电站在投运初期故障频发，在半年时间内，发生电气绝缘故障52起，其中电缆头击穿故障41起，电站发电能力仅达到设计值30%，严重威胁电站安全、稳定、经济运行。
电力系统按中性点接地方式分为大电流接地系统(或直接接地系统)和小电流接地系统(或非直接接地系统)。
小电流接地系统发生单相接地时，故障点将流过容性接地电流。
当电流较小时，绝缘强度恢复较快，难以再次击穿，暂时性熄弧转变为永久性熄弧。
当电流超过某一值时，电弧就难以熄灭，也难以形成稳定电弧，产生时燃时灭的间歇性电弧，导致电磁能量振荡，在健全相和故障相上产生过电压，即间歇性弧光接地过电压。
该光伏电站35 kV汇集线路采用小电流接地系统，全部采用35 kV电力电缆，电缆线路容性电流较大，易发生间歇性弧光接地过电压，发生的52起电气绝缘故障，可能与间歇性弧光接地过电压有关。
1.1 间歇性弧光接地过电压的产生根据《光伏电站设计规范》，电站35 kV汇集线路系统为小电流接地系统，这种系统运行方式允许带单相接地故障持续运行2 h，但此时非故障相对地电压将升至线电压。
弧光接地过电压及其限制措施
（） ３ 弧光接地过 电压导致避雷器爆炸。
弧光接地时 ， 电压的能量 由电源提供 ， 过 持续时
（） １ 燃弧点的温度局部高达 ５０ Ｋ以上 ， 会 ００ 将 烧伤导线 ， 甚至导致断线事故。
（ ） 电弧不能很快熄灭 ， ２若 则在 风吹、 电动力 、
间较长 。 能量很 大。当过 电压的能量超过避雷器所 能承受的４ ０ ｍ 的能量指标时 ， ０ Ａ２ ｓ 就会造成避雷器
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 ， 电压互感器过载。上述 导致
２ 种情况 ， 都将造成 电压互感器烧毁或高压保 险熔
断。
的工频电容电流。正因为这样 ， 几十年来 ， 人们一直 把工频电容电流当作单相接地时的电弧电流。 单相接地时的电弧电流对故障点 的破坏 ， 主要
的爆炸事故。
热气流等因素的影响下， 将会发展成为相间弧光短
路事 故 。
２ ４ 单相接地电弧电流对电缆线路的破坏 ．
２ 弧光接地时电弧对故障点的破坏
２ １ 弧光接地时流过故障点的电弧电流 ．
（） １ 由于电缆线路的稳态工频电容电流 比架 空 线路大很多， 而过渡过程中的高频电流更大， 电弧电 流对故障点的破坏程度远比架空线路严重得多 ；
电压 的 原 理 及 方 法 。
关键词 ： 光接 地过 电压 ； 弧 电弧电流 ； 害； 危 限制 ； 消弧 线圈
＿
中图分类号 ：Ｍ ６ Ｔ ８２
文献标识码 ： Ｂ
１ 中性点非 直 接接 地 系统 弧 光接 地过 电压 的危害
１ １ 弧 光接地 的产 生 ．
缘的薄弱环节 ， 导致对地击穿。
压幅值一般可达 ３ １ ． 倍相电压 。 ． ３ ５
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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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。
对于轻易造成污闪的电气设备，进行定期清扫除尘。
通过这些措施，有效地进步了绝缘薄弱环节的绝缘水平。
（4）加强运行维护治理加强电气设备的治理，是保障其安全正常工作的重要环节。
（5）加强补偿电容器的维护治理：片区电网10#站和70#站设置有功率因素补偿电容器，这对于单相弧光接地来说，无疑是加大了系统的相间电容，因此在发弧后的振荡过程中还会有一个电荷的重新分配过程，其结果是抬高了非故障相的起始电压，从而使得过电压幅值降低，限制了过电压倍数，这对于片区的过电压防治是有益无弊。
但是在相当一段时间两站的电容器缺乏维护，大量熔断器熔断。
后经过同一维护后，片区过电压得到一定程度的限制。
10KV电力网络发生间歇电弧单相接地时的接地电流危险区域改变片区10KV 电力系统中性点的接地方式已十分必要。
采用消弧线圈接地以及合适选择避雷器、加强运行维护治理对于保障片区电网的安全、稳定和可靠运行有相当积极的作用。
讨论
电网中性点经消弧线圈接地方式有如下优点：①降低了电网绝缘闪络（如雷击闪络）接地故障电流的建弧率，从而降低了线路跳闸率；②金属性接地故障可带单相接地运行，有利于电网的不间断供电，提高了供电可靠性；③降低了接地工频电流（即常称的残流）和地电位升高，减小了跨步电位差和接地电位差，减小了对低压设备的反击以及对信息系统的干扰等。
应因地制宜地选择电网的中性点接地方式
世界各国电力系统的中性点接地方式都不尽相同，一个城市的同级电压中都有多种中性点接地方式。
例如上海35 kV和10 kV电网的中性点接地方式就有经消弧线圈接地和经电阻器接地两种方式，北京的10 kV电网也是中性点经消弧线圈接地和电阻器接地并存，主要是根据自己的经验和传统，权衡利弊，因地制宜地选用。
在电网发展的不同阶段不同中性点接地方式的“利弊”是不同的，在电网发展初期，电容电流较小，电网结构薄弱，一般以中性点不接地方式运行为宜。
中性点不接地系统的缺点（弊病）是发生单相接地时的故障电流随着线路长度的增加和电力系统标称电压的提高而增大，这使高压长线路的电弧接地故障难以自动消除，有时甚至发展为两相短路故障。
为解决这个问题，1910-1920年间，选择了两种解决方法：一是中性点经消弧线圈接地，以降低建弧率，减少跳闸；二是中性点直接接地或经电阻器接地，以快速将故障切除。
这两种方法各具优缺点，对各国电力系统的中性点接地方式选择有着深远影响。
结论：各种中性点接地方式都有优点和缺点，选用应从实际出发，权衡利弊
参考资料：
对消弧线圈“消除弧光接地过电压”的异议
——许颖中国电力科学研究院。