弧光接地过电压问题讲解

在中性点不接地系统中，当电网发生单相接地时，健全相电压升至线电压。这种内部过电压，尤其是电网单相间歇性弧光接地过电压以及铁磁谐振过电压，将导致电压互感器饱和，严重时极可能造成互感器烧毁事故。这种弧光接地过电压的能力由电源提供，最高可达线电压的3.5倍，且持续时间长久，对设备造成积累性损伤，当过电压超过避雷器承载能力时，可直接导致避雷器爆炸。这就是中性点不接地系统采用消弧消谐装置的主要原因：消除铁磁谐振，解决弧光接地过电压问题。下面重点讲解其工作原理和适用范围。
1.系统组成
（1）大容量非线性元件组成过电压保护器，以限制大气过电压和操作过电压。
（2）在系统正常时，分相真空接触器均处于开断状态，不会对系统的正常运行产生影响。系统非正常运行时，分相真空接触器根据微机控制器的指令，瞬时合上，完成对系统过电压限制。
（3）高能限压器。当系统发生间歇性弧光接地时，真空接触器立即将高能限压器投入到故障相，由限压器将故障相的最高电压限制在相电压的70%左右，使弧道的恢复电压上升到该值时就不再上升，保证电弧的可靠熄灭。这种限制弧道两端恢复电压的方法便于电网扩容与改建。
（4）微机控制器。当系统发生单相接地或谐振时，微机控制器根据电压互感器传来的电压信号进行以下判别和处理：如果接地故障是稳定的金属性接地，微机控制器进入小电流接地选线处理程序，迅速查找故障线路，同时发出报警信号提醒运行人员注意；如果接地故障是弧光接地，则微机控制器判断接地的相别，并发出指令，使故障相的真空接触器闭合高能限压器，限制故障相的弧道的恢复电压，使弧道的介质恢复抗电强度大于弧道的恢复电压，从而达到消弧的目的，过数秒钟分开故障相接触器；微机控制器将检测线路是否还有弧光接地，如果还有弧光接地则判断为永久性接地，并发出指令使故障相的真空接触器闭合使故障相永久直接接地；
如果系统发生谐振时，微机控制器快速接入消谐功能元件，进行微机二次消谐，消除谐振。
（5）高压限流熔断器是整个装置的后备保护器件，用来防止两相短路事故。
（6）电压互感器用于对系统电压的检测及采样。
（7）高压隔离开关用于消弧消谐及过电压保护装置安装维护时的投切。
2.作用及原理
消弧线圈是一种带铁芯的电感线圈。它接于变压器（或发电机）的中性点与大地之间，构成消弧线圈接地系统。正常运行时，消弧线圈中无电流通过。而当电网受到雷击或发生单相电弧性接地时，中性点电位将上升到相电压，这时流经消弧线圈的电感性电流与单相接地的电容性故障电流相互抵消，使故障电流得到补偿，补偿后的残余电流变得很小，不足以维持电弧，从而自行熄灭。这样，就可使接地故障迅速消除而不致引起过电压。另外，中性点不接地系统单相接地的间歇性电弧是引起弧光接地过电压的主要原因。由于消弧线圈的补偿作用，可以基本上杜绝电弧的重燃，从而制止了间歇性电弧的产生，因此也不会产生弧光接地过电压。由此可见，消弧线圈对过电压保护具有一定的作用。
3.优点
（1）降低了故障点残流，有利于接地电弧的熄灭；
（2）避免了长时间燃弧而导致相间弧光短路；
（3）对于金属性接地，系统可带故障运行两小时，减少了跨步电压差。
4.缺点
（1）容易产生串联谐振过电压和虚幻接地现象；
（2）放大了变压器高压侧到低压侧的传递过电压；
（3）使小电流选线装置灵敏度降低甚至无法选线；
（4）用电感电流去抵消电容电流时，对于弧光接地时的高频分量部分无法抵消，因而不能有效地限制弧光接地过电压。

5.适用范围
（1）只能用于线路消弧
只能用于电容电流＜30A的系统线路消弧，工频过电压小于线电压的1.1倍；暂态过电压是相电压的3.5倍。电容电流＞30A的系统，单相金属性接地，健全相工频电压也会很高，系统无法承受，故不能使用故障相接地消弧方法。
（2）直配高压电机的变电所不能使用
一旦电机绕组发生单相接地，消弧装置动作短接一部分电源，短路电流可达几千安乃至几十千安，烧坏电机定子槽烧坏电机。
（3）小容量变压器的变电所不能使用
如果变压器绕组发生单相接地，故障相接地消弧方法动作后等于短接一部分电源，短路电流可达几千安乃至几十千安，烧坏变压器绝缘造成事故，本来油变压器拉弧可自愈不会造成事故，烧坏电机绝缘和定子槽造成电机报废。特别是小容量的10/0.38kV的变压器，只有后备瓦斯保护，一旦绕组发生单相接地，消弧动作短接一部分电源，微机保护又不会动作，只有瓦斯保护动作时间很长会造成很大的事故。因此故障相接地消弧方法只能用于线路消弧，但是线路总是与变压器或电机相连接。
（4）退出消弧时可能引发PT铁磁谐振。退出消弧时刻系统对地电容储存的电荷只能通过PT泄放，可能引发PT谐振。
（5）100ms以上时间才能实现消弧，数据采集要10ms以上，判断运算及中间继电器响应时间20ms以上，接触器动作合闸时间80ms以上，因此100ms以上时间才能实施消弧，而不是30ms，30ms是给接触器合闸信号的时间。
（6）影响系统运行方式，故障相接地消弧方法消弧时是一种病态运行状态。
（7）消弧功能的过电压保护是避雷器，消谐是在PT开口加装小电阻。
6.消弧消谐装置不能重复使用，主要表现在如下几个方面：
（1）发生弧光接地时，各台消弧消谐装置均会动作，运行人员无法找到真正的故障点。
（2）发生弧光接地时，1台消弧消谐装置发生误动将会导致相间短路的事故发生。
（3）发生2处以上弧光接地时消弧装置引起相间短路。
实践证明，选用消弧消谐及过电压保护装置，不仅可以快速消除间歇性弧光接地故障，抑制弧光接地过电压，防止事故进一步扩大，还可以快速有效地消除系统谐振过电压对系统绝缘的破坏，提高了电气设备运行的安全可靠性。