操作过电压之四——弧光接地过电压

在中性点不接地的电力网中，随着线路的增长和工作电压的升高，单相接地电流也随之增大，许多弧光接地故障不能够自动熄灭；另一方面，由于接地电流并不大，所以往往也不能产生稳定性的电弧，于是就形成了熄弧与电弧重燃相互交替的不稳定状态。这种间歇性的电弧接地使得系统工作状态时刻发生着变化，导致电感电容元件之间的电磁振荡，形成遍及全系统的过电压，这就是弧光接地过电压或称间歇电弧接地过电压。其波形图如下所示：

当A相在-Um发生单相接地故障时，我们令Um=1，方便分析。在A相接地前t0-时刻，线路三相电压如下：

在A相接地后t0+时刻，线路三相电压如下：

在t=0的振荡过程中B、C两相过电压=2*1.5-0.5=2.5。

当t=t1时，电弧熄灭。

断弧时瞬间，A相电压为0，B、C两相电压为-1.5，三相对地总电荷等于-3，这些电荷将无处释放，将在三相电容间重新分配，形成三相电压的直流分量，此时UA=UB=UC=-1。

这样断弧后导线对地稳态电压由各相电源电势和直流电压分量叠加组成。所以断弧后瞬间UB=UC=-0.5-1=-1.5，UA=-1+1=0。此时电弧不会发生重燃。

当t=t2时，发生重燃。

重燃前，UA=-1-1=-2，UB=UC=-1+0.5=-0.5。

重燃后，UA=0，UB=UC=1.5。

此过程中B、C两相的过电压=2*1.5-（-0.5）=3.5。

往后每隔半个工频周期发生熄弧和重燃，其过渡过程与t1之后的过程完全相同。

综上非故障相的最大过电压为3.5，故障相为2。

影响因素如下：

a)? 电弧过程的随机性

上述分析条件是在燃弧在故障相电压最大值，熄弧在故障相过零时，但由于受电弧发生部位的介质（空气、油、固体介质）及外界气象条件（风、雨、湿度、温度），实际情况非常复杂。最大为3.5，实际一般小于3.1。

b)? 导线间电容的影响

在故障相闪络瞬间，非故障相对故障相的相间电容将与各自导线的对地电容并接在一起，电荷重新分配使得初始电压更接近于稳态电压，从而降低振荡过电压。以上述情况为例，在t2时刻重燃前，CAB上的电压为1.5，CB上的电压为B相电源电压+B相对地电容电压=0.5-1=-0.5，闪络后二者并联，起始电压变为：

之前的起始电压是-0.5，显然当CAB不为0时，更接近稳态电压1.5，从而降低了振荡过电压。

c)? 电网的损耗电阻

电源内阻抗、线路中的电阻或电弧本身的电弧阻抗，使得高频振荡很快衰减，使得过电压降低。

d)? 对地绝缘的泄漏电导

三相对地电容通过泄露电导释放电荷，使得初始电压变小，进而减小过电压。

限制措施如下；

⑴ 装设避雷器

弧光接地过电压的幅值、变化范围及分布规律，在实际约50%左右的弧光接地过电压不会使得避雷器动作。并且弧光接地过电压由电源提供，持续时间长，当过电压超过避雷器的耐受能量400A 2ms时，还会导致避雷器的爆炸。

如果避雷器是按老的规程躲过内部过电压设计，放电电压在相电压的4倍以上，以雷电过电压作为防护重点，不能对弧光过电压起到任何限制作用。

综上所述，避雷器只能作为补充手段，不能很好的解决弧光接地过电压。

⑵ 中性点经消弧线圈接地

经上述分析可得知三相对地电容上的电容重新分配，是导致过电压的根本原因。消弧线圈无法对此过程造成影响，且消弧线圈的投入减少了故障点的电流同时加快了故障点绝缘的恢复，使得在电源电压接近最大值的时候发生击穿的可能性以及在高频电流过零点击穿的可能性大大增加，这会使得过电压的幅值增加。

消弧线圈的存在，虽然不能减低弧光接地过电压的最大值，甚至在某些情况下会使得过电压的值更大，但因它可以使得电弧的存在时间大为缩短，所以重燃次数也就大为减少，这就使得高幅值过电压出现的概率减少。

而且由于消弧线圈的存在通过故障点的电容电流及电感电流都是高频的，电容电流是增加的，电感电流是减少，此时根本无法补偿。只有转为稳定电弧接地或金属性接地这样的以基波为主时，才能起到较好的补偿效果。

综上所述，中性点经消弧线圈接地限制弧光接地过电压主要体现在降低建弧率上，如果一旦发生间歇性的弧光接地对过电压反而可能有促进作用，且在高频状态下，对补偿效果很差。

备注：上述的两种传统方式实质上对弧光接地过电压的限制效果都不是很好。由于固体绝缘的积累性损伤（架空线路绝缘可以自恢复），弧光接地过电压的问题越来越突出。

⑶ 中性点加装电阻

从根本上缓解了弧光接地过电压，但扩大了单相接地时的故障电流，加剧了故障点的烧伤，牺牲了对用户的供电可靠性。

一些电网采用中性点经非线性电阻接地的方式，有效抑制弧光过电压的同时，不影响单相接地故障时的运行，对设备冲击非常小。

⑷ 电网中装设 Δ （或Y）接线的电容器组。

变相增加了相间电容，使得起始电压更接近稳态值，从而降低了过电压。

⑸ 快速单相接地开关

在线路两侧投入快速单相接地开关，在30ms内使得故障相转为金属性接地故障，迫使故障点电压为零，从而消除弧光接地过电压。