如何防止弧光接地过电压？

在中性点不接地系统中,当发生一相非金属接地故障时,故障点将流过其余两相导线的对地电容电流,并可能发生弧光。弧光电流的近似值为:

式中 U——线电压,kV;

L——架空线的总长度,km;

LL——电缆线路的总长度,km;

F——常数,当线路无避雷线时F=400,有避雷线时F=300。

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。当电流经振荡零点或工频零点时,电弧可能暂时熄灭。接着当事故相上电压升高后,电弧则可能重燃。在这种情况下正常相及故障相都可能出现过电压。

以下按工频电流过零值时熄灭的情况来说明这种过电压发展的过程。

以最简单的单相故障为例,如图2-13所示。设线间电压为2Uxg,导线1对地电容C11和导线2对地电容C22相等,即C11=C22。

图2-13　单相线路一相对地发生电弧

(a)接线图;(b)等值电路

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图2-14　导线对地电位与时间的关系

在正常工作时导线1和导线2对地电位与时间的关系如图2-14所示。每一导线对地电位都是Uxg,但相位差180°。

假如由于某原因在A点时导线2发生故障而引起弧光接地,忽略导线1、2间的电容不计,则导线2的电位立即降到零。而导线1的电位,应从-Uxg经过一定的振荡过程变为-2Uxg,在这个过程中电压的最大值是瞬变部分和稳定值之和。如不计其衰减,则最大电压值如下:

图2-15　导线2对地发生间歇电弧时在导线1及导线2上电压对时间的变化

当振荡衰减后,稳定在-2Uxg。再经过半个周波到B点时,导线1的电位变为2Uxg,如图2-15所示。因对地短路点通过的电流是电容性的,它与电压相差90°,所以当导线1电位为最大值2Uxg时,正值导线2的电弧电流过零值,故电弧可能暂时熄灭。此时导线1上具有相当于2Uxg电位的电荷就要平均分配到导线1和导线2上,导线1和导线2各获得+Uxg的电位。当再经过半个周波到C点时,导线1和导线2的电位并不是-Uxg和+Uxg,而是0和+2Uxg。若此时导线2的接地点的绝缘未能恢复,电弧间隙将重新击穿,导线2的电位又立即降到零。而导线1上的电位又要从零经过振荡而达到稳态值-2Uxg。其振荡过程中电压最大值为:

U1m=2(-2Uxg)-0=-4Uxg

经半周波后导线1电位变到+2Uxg,而导线2电弧电流又过零值,电弧再行熄灭。相当于2Uxg的导线1上的电荷又要重新分配,之后重复上述过程。因此,在单相系统中,由于间歇性电弧接地所引起的过电压的最大值,在正常相上可达4Uxg,事故相上为2Uxg。依此类推,可以求出三相系统中,间歇电弧所产生的过电压,在正常相上为3.5Uxg。事故相上为2Uxg。

实际上,由于故障点绝缘强度恢复,以及相间电容和衰减的影响等原因,过电压数值不可能过高。根据我国有关资料统计结果,在间歇电弧接地时,除个别过电压值可达3.5Uxg外,一般均不超过3Uxg。它的数值虽然不算太高,如遇绝缘弱点,仍可能使事故扩大,故必要时用消弧线圈加以限制。

运行经验表明,在中性点直接接地系统中,操作110～220kV空载线路时,使用电弧重燃次数较少的空气断路器,过电压倍数K值不超过2.6;使用少油断路器,K值不超过2.8;使用有中值或低值并联电阻的空气断路器,K值不超过2.2。操作330kV空载线路时,K值不超过2.0。在中性点非直接接地的60kV及其以下的电力网中,操作空载线路产生的最大操作过电压的倍数K值一般不超过3.5。在中性点不接地的电力网中,间歇性电弧接地过电压倍数K值一般不超过3.0,个别可达3.5。

在决定线路及设备的对地绝缘及相间绝缘时,按综合内过电压倍数考虑。按照过电压保护设计技术规程规定执行。