內(nèi)部過電壓防護(hù)-電弧接地過電壓（高電壓技術(shù)課件）

8.3.1限制電弧接地過電壓

8.3.1.3限制措施

一、

限制電弧過電壓的根本方法

根本原因電網(wǎng)中性點(diǎn)電位偏移，即中性點(diǎn)電荷累積。限制措施根本的防護(hù)辦法就是不讓斷續(xù)電弧出現(xiàn)，可以通過改變中性點(diǎn)接地方式來實(shí)現(xiàn)。二、中性點(diǎn)直接接地

若中性點(diǎn)接地，單相接地故障將在接地點(diǎn)產(chǎn)生很大的短路電流，斷路器將跳閘，從而徹底消除電弧接地過電壓。目前，110kV及以上電網(wǎng)大多采用中性點(diǎn)直接接地的運(yùn)行方式。優(yōu)點(diǎn)：在中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中，各種形式的操作過電壓均比中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)低原因（1）中性點(diǎn)電位始終固定為地電位，不會(huì)累積殘余電荷而引起中性點(diǎn)電位偏移。（2）暫態(tài)分量是疊加在相電壓上，而在中性點(diǎn)不接地的系統(tǒng)中暫態(tài)分量則是疊加在線電壓上的。

缺點(diǎn)：事故頻繁，操作次數(shù)增多。35KV及以下的系統(tǒng)，均采用不接地的運(yùn)行方式。

中性點(diǎn)直接接地三、中性點(diǎn)接消弧線圈接地方式

消弧線圈是一個(gè)具有分段鐵芯、電感可調(diào)的電抗器，接在電網(wǎng)中性點(diǎn)與大地之間，其伏安特性不易飽和。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)的單相接地電路圖（1）消弧線圈中性點(diǎn)接消弧線圈接地方式三、中性點(diǎn)接消弧線圈接地方式

正常運(yùn)行時(shí)，流過消弧線圈的電流很小，損耗很小。若電網(wǎng)中發(fā)生單相（例如A相）接地故障，流過消弧線圈的電流除了原先的接地電容外，還增加了電感電流，且二者反相，如相量圖所示。與反相，因此流經(jīng)故障點(diǎn)的電流為IL和IC之差，稱為殘流。由于殘流很小，故接地電弧不易重燃，從而限制了過電壓的發(fā)展。（2）工作原理中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中單相接地時(shí)的相量圖三、中性點(diǎn)接消弧線圈接地方式

（3）消弧線圈的運(yùn)行狀態(tài)

欠補(bǔ)償消弧線圈的電感電流不足以完全補(bǔ)償電容電流，此時(shí)故障點(diǎn)流過的殘流為容性電流。

全補(bǔ)償消弧線圈的電感電流恰好完全補(bǔ)償電容電流，此時(shí)流過故障點(diǎn)的殘流為泄漏電流。

過補(bǔ)償消弧線圈的電感電流不僅完全補(bǔ)償電容電流且還有數(shù)量超出，此時(shí)流過故障點(diǎn)的殘流為感性電流。由于補(bǔ)償度的不同消弧線圈運(yùn)行狀態(tài)三、中性點(diǎn)接消弧線圈接地方式

（4）工作特點(diǎn)通常采用過補(bǔ)償5%~10%運(yùn)行。因?yàn)樵陔娋W(wǎng)發(fā)展過程中可以逐漸發(fā)展成為欠補(bǔ)償運(yùn)行，可能導(dǎo)致失去消弧作用。其次采用欠補(bǔ)償時(shí)，遇到電壓發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，使消弧線圈電感減小，與電路形成全補(bǔ)償，產(chǎn)生較大的中性點(diǎn)偏移電壓，有可能引起零序網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生嚴(yán)重的鐵磁諧振電壓。

消弧線圈阻抗不能過大，若消弧線圈阻抗過大，既不能釋放線路上的殘余電荷，也不能降低過電壓的穩(wěn)態(tài)分量，所以對(duì)其它形式的操作過電壓不起作用。

限制了消弧線圈在高壓電網(wǎng)中的使用。使用不當(dāng)會(huì)引起某些諧振過電壓。

8.3.1限制電弧接地過電壓

8.3.1.1過電壓發(fā)展過程

一、

電弧接地過電壓概述

電弧接地過電壓的概念中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中的單相接地電流(電容電流)較大，接地點(diǎn)電弧將不能自熄，而以斷續(xù)電?。〝嗬m(xù)地熄滅和重燃）的形式存在，就會(huì)產(chǎn)生另一種嚴(yán)重的操作過電壓一斷續(xù)電弧接地過電壓一、電弧接地過電壓概述

產(chǎn)生電弧接地過電壓的原因接地點(diǎn)產(chǎn)生接地電弧，并在其中流過非故障相的電流，這種電容電流在6～10kV系統(tǒng)(>30A)、35～60kV系統(tǒng)(>10A)中難以自行熄滅。由于電弧不穩(wěn)定(間歇性電弧)，引起系統(tǒng)強(qiáng)烈的電磁振蕩過程，系統(tǒng)中性點(diǎn)發(fā)生偏移，產(chǎn)生電弧接地過電壓

電弧接地過電壓的特點(diǎn)

危害波及面較廣，持續(xù)時(shí)間長，且出現(xiàn)機(jī)會(huì)大對(duì)一些弱絕緣的電氣設(shè)備或在運(yùn)行中絕緣性可能急劇下降的電氣設(shè)備，還有些絕緣中存在潛伏性故障，在絕緣預(yù)防性試驗(yàn)中沒有檢查出來，遇到電弧接地過電壓有危險(xiǎn)二、電弧接地過電壓發(fā)展過程兩種熄弧時(shí)間電弧在過渡過程中的高頻振蕩電流過零時(shí)即可熄滅過電壓的發(fā)展過程和幅值大小都與熄弧的時(shí)間有關(guān)電弧要等到工頻電流過零時(shí)才能熄滅二、電弧接地過電壓發(fā)展過程圖中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)的單相接地電路圖（a）等值電路圖（b）相量圖下面假定電弧的熄滅發(fā)生在工頻電流過零的時(shí)刻，來說明這種過電壓的物理發(fā)展過程：略去線間電容的影響設(shè)各相導(dǎo)線的對(duì)地電容均相等，即C1=C2=C3=C。設(shè)接地故障發(fā)生于A相，而且是正當(dāng)經(jīng)過幅值時(shí)發(fā)生，這樣A相導(dǎo)線的電位立即變?yōu)榱悖行渣c(diǎn)電位由零升至相電壓，即，B、C兩相的對(duì)地電壓都升高到線電壓、。二、電弧接地過電壓發(fā)展過程

接地電流與故障相電壓角差為90度，其大小與線路的對(duì)地電容與系統(tǒng)的額定電壓成正比式中，Uxg為相電壓的幅值因?yàn)镮2與I3在相位上相差60o，所以故障點(diǎn)的電流幅值即單相接地時(shí)，流過故障點(diǎn)的電容電流為接地前電容電流的3倍。二、電弧接地過電壓發(fā)展過程

（一）

（二）

（三）若系統(tǒng)較小，線路不長，線路對(duì)地電容電流小，流過故障點(diǎn)的電流也小，許多暫時(shí)性的單相電弧接地故障(如雷擊等)，故障過后電弧可以自動(dòng)熄滅。隨著系統(tǒng)的發(fā)展和電壓等級(jí)的提高，單相接地故障電流成比例地增加。接地點(diǎn)產(chǎn)生接地電弧，并在其中流過非故障相的電流，難以自行熄滅，由于電弧不穩(wěn)定(間歇性電弧)，引起系統(tǒng)強(qiáng)烈的電磁振蕩過程，產(chǎn)生電弧接地過電壓。

故障點(diǎn)電流與電弧的關(guān)系二、電弧接地過電壓發(fā)展過程

如以u(píng)A，uB，uC代表三相電源電壓；以u(píng)1，u2，u3代表三相線路的對(duì)地電壓，即C1、C2、C3上的電壓，則通過分析可得如圖所示的過電壓發(fā)展過程。二、電弧接地過電壓發(fā)展過程

過電壓發(fā)展過程圖（1）t=t1時(shí)刻燃弧瞬間：燃弧前uA(t1-)=1.0Uxg燃弧后

uA(t1+)=0

燃弧前uB(t1-)=-0.5Uxg燃弧后

uB(t1+)=-1.5Uxg

燃弧前uC(t1-)=-0.5Uxg燃弧后

uC(t1+)=-1.5Uxg燃弧后過電壓最大幅值=

2穩(wěn)態(tài)值-初始值

uA(t1m)=0uB(t1m)=-2.5UxguC(t1m)=-2.5Uxg二、電弧接地過電壓發(fā)展過程

過電壓發(fā)展過程圖（2）t=t2時(shí)刻A相電壓達(dá)到負(fù)峰值，電流剛好過零，電弧熄滅

熄弧前uA(t2-)=0Uxg

熄弧前uB(t2-)=1.5Uxg

熄弧前uC(t2-)=1.5Uxg二、電弧接地過電壓發(fā)展過程

過電壓發(fā)展過程圖（2）t=t2時(shí)刻熄弧后，線路上存儲(chǔ)的電荷無處泄漏；于是，電荷在三相對(duì)地電容平均分配；分配結(jié)果是三相導(dǎo)線對(duì)地有共同的偏移電壓UN：二、電弧接地過電壓發(fā)展過程

過電壓發(fā)展過程圖（2）t=t2時(shí)刻因此在t=t2時(shí)刻熄弧前后，各相電壓都相等，所以在熄弧這一時(shí)刻不會(huì)出現(xiàn)過渡過程；但是，各相電壓已經(jīng)在原有基礎(chǔ)上疊加了一個(gè)電壓Uxg，B、C相電壓分別升高（如圖所示）二、電弧接地過電壓發(fā)展過程

過電壓發(fā)展過程圖1（3）t=t3

時(shí)刻A相電壓再次達(dá)到最大值，可能再次燃弧。燃弧前uA(t3-)=2.0Uxg

燃弧后

uA(t3+)=0

燃弧前uB(t3-)=0.5Uxg燃弧后

uB(t3+)=-1.5Uxg

燃弧前uC(t3-)=0.5Uxg燃弧后

uC(t3+)=-1.5Uxg二、電弧接地過電壓發(fā)展過程

過電壓發(fā)展過程圖1（3）t=t3

時(shí)刻燃弧后過電壓最大幅值=2穩(wěn)態(tài)值-初始值

uA(t3-)=0uB(t3-)=-3.5UxguC(t3-)=-3.5Uxg二、電弧接地過電壓發(fā)展過程

注：實(shí)線為實(shí)際電壓線電壓相電壓第一次熄弧電弧重燃故障相健全相在t3以后，每隔半個(gè)周期交替出現(xiàn)電弧的熄滅與重燃；過渡過程與上面完全重復(fù)，且過電壓的幅值也與之相同。二、電弧接地過電壓發(fā)展過程

按工頻電流過零時(shí)熄弧的理論分析得出的結(jié)論是：非故障相上的最大過電壓為3.5倍；

故障相上的最大過電壓為2.0倍。結(jié)論三、

電弧接地過電壓的特點(diǎn)

長期以來大量試驗(yàn)研究表明：故障點(diǎn)電弧在工頻電流過零時(shí)和高頻電流過零時(shí)熄滅都是可能的發(fā)生在大氣中的開放性電弧往往要到工頻電流過零時(shí)才能熄滅；在強(qiáng)烈去電離的條件下，電弧往往在高頻電流過零時(shí)就能熄滅電弧的燃燒和熄滅會(huì)受到發(fā)弧部位的周圍媒質(zhì)和大氣條件等的影響，具有很強(qiáng)的隨機(jī)性質(zhì)，因而它所引起的過電壓值具有統(tǒng)計(jì)性質(zhì)。

8.3.1限制電弧接地過電壓

8.3.1.2影響因素

一、影響因素

電弧熄滅和重燃時(shí)的相位電弧的燃燒及熄滅會(huì)受到發(fā)弧部位的周圍媒質(zhì)和大氣條件的影響，具有很大的隨機(jī)性，其引起的過電壓也具有統(tǒng)計(jì)性質(zhì)。系統(tǒng)