配网弧光接地故障及应对措施
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摘要：根据近年来城市化建设和环境改进的要求，多数城市中的10kV配电网络大量采用电缆线路，这大大增加了系统对地电容值，系统故障时的电容电流不断增加，这给系统故障处理带来了难题。其中弧光接地过电压危害最为明显，本文就配网中发生的弧光接地过电压的一些性质特点进行阐述，并提出了相应的应对措施。
关键词：10kV配网系统；电缆；弧光接地过电压
中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2012) 09-0000-02
配电网多数采用中性点非直接接地运行方式，该方式下发生接地故障时，接地点的电流较小，即被称为小电流接地系统。小电流接地系统中产生单相接地故障时，往往会衍生成为弧光接地故障。在中性点经消弧线圈接地或者经小电阻接地的系统中，弧光接地故障同样会产生较高倍数的过电压，形成两点或者多点接地故障，产生更高的过电压，严重威胁了电力设备安全，影响系统运行安全。同时，电力系统中存在大量的电容和电感元件，在系统参数配合适当的情况下，极易产生线性谐振或者是铁磁非线性谐振。
一、故障现象
弧光接地过电压是间歇性弧光接地过电压的简称，当该类型故障出现在中性点非直接接地系统中时，不稳定的间歇性电弧反复熄灭和重燃，引起故障相和非故障相间电感电容回路的高频振荡，其非故障相的过电压幅值往往会达到3.15~3.5倍。系统发生单相接地故障时，一般会产生警铃，如“xx千伏母线接地”信号，或者是在中性点经过消弧线圈接地系统中出现“消弧线圈动作”信号；绝缘监视表中的三相电压指示值不尽相同，出现一相降低，两相升高的情况，即稳定接地，或者是表针不停来回摆动，即间歇性弧光接地；当出现间歇性弧光接地故障时，非故障相电压较高，常常出现表针打到头，并伴随有互感器高压侧熔断等。
系统发生单相弧光接地故障时，往往会产生以下共同特点：
1.故障均繁盛在小电流接地的配电网中；
2.弧光接地故障中均会产生过电压，且过电压值存在明显波动，并且这跟电力系统中的非周期分量和系统谐振有关；
3.在中性点经消弧线圈接地的小电流系统中，消弧线圈中多会出现位移过电压超过限制、装置故障等；
4.单相接地故障时多会伴随着出现过电流保护动作、开关跳闸等事故；
5.单相弧光接地故障多发生在配网的电缆线路部分。
二、单相弧光接地故障起因
按照《电力系统安全规程》规定，小电流接地系统发生故障时，流过的电流较小，不会对负荷的连续供电产生较大影响，因此电网可持续运行0.5～2.0h。但是小电流接地系统在遭受单相接地故障时容易产生弧光接地故障。中性点绝缘电网中电容储存的电量失去了释放通道，电弧反复熄灭、重燃，对电网电容进行反复的充放电过程。而电容中的能量不能得到及时的释放，每重复一次熄灭重燃过程电容电压就会升高一个台阶，最终将会导致中性点非直接接地系统中产生很高的弧光接地过电压，这将对系统设备绝缘产生极大的危害。
近年来配电网中大量引入了电缆线路，这不仅仅导致了单相接地故障中电容电流大幅增加，同时还大大增加了系统中固体绝缘比例系统固体绝缘具有累积效应，电网运行过程中的过电压难免会对固体绝缘产生一种累积性的损伤，特别是系统操作过电压如由于真空短路器超强的灭弧性能导致的操作过电压、雷电过电压、单相金属接地过电压等。当固体绝缘的累积性损伤积累到一定程度时，电网中就会出现周期性的过电压波动，当相应的固体绝缘在过电压作用下反复击穿时就会产生单相弧光接地故障。
例如：曾经在胜利变电站中，由于近年来考虑到城市建设和环境等因数，城区配网中大量引入了电缆线路。每一次的过电压都会对电缆的绝缘造成一定的积累性的损伤，遭受积累性损伤的电缆线路越长，系统发生单相弧光接地故障的概率也会越大。电缆越长，系统单相电容值越大，系统发生单相接地故障时故障点电容电流就会越大，这也会使得弧光电弧燃烧得更为严重，甚至会超过电网中性点消弧线圈的补偿能力。
在中性点经消弧线圈接地的配网系统中，有时消弧线圈并不能有效地抑制弧光接地过电压。并且相应的消弧线圈通常会出现位移过电压过限或者装置出现故障信号等，此时消弧线圈并不能有效补偿单相弧光接地故障点的电容电流，更加不能够限制故障范围的扩大。其中，主要是因为近年来电网中大量引入电缆导致系统中的电容电流增大至消弧线圈的补偿范围之外。其次，电弧接地故障中产生的电弧电流中不仅仅包含有工频分量，同时还含有大量的谐波分量和非周期分量，系统中的电容电流大小为 ，与系统的谐波频率成正比，而消弧线圈的补偿能力却跟谐波频率成反比，因此在单相弧光接地过程中产生的谐波使得消弧线圈的补偿能力大大降低，使得无法对电弧进行有效地抑制。但是，固体绝缘在过电压作用下被反复击穿，主要是因为弧光接地过电压，与消弧线圈的补偿能力无关。
三、单相弧光接地故障带来的危害
小电流接地系统中发生单相弧光接地故障时，系统中的电容电流远远不及继电保护装置的动作整定值，因此在接地故障时故障系统中不会出现保护跳闸，系统也会继续运行。在系统继续运行过程中，中性点出现位移电压，往往会导致非故障相电压升高至线电压值。此时，如果不尽快找到故障并迅速处理，系统故障容易发展为单相弧光接地故障，特别是当故障发生在配网的电缆部分时，该故障越容易发生。弧光接地故障造成的危害主要有几点：
1.弧光接地故障的间歇性电弧导致非常严重的过电压，加重了电缆固体绝缘的积累性损伤，在弧光接地的恶性循环中，往往会导致故障线路所在母线上出现更多更严重的接地故障，甚至发展为相间短路故障等。
2.弧光接地过电压严重威胁着母线上的互感器安全，因该过电压远远超过了相应的电压互感器的额定限制，使得互感器饱和，励磁电流急剧增加，使得互感器高压侧熔丝因过热而熔断，甚至引起电压互感器器烧毁。
3.间歇性电弧在燃烧的过程中很容易在风力、热气流等外部力量的作用下发展成为同一输电线路的相间短路故障或者是三相短路故障。
4.电源提供了弧光接地过电压中的能量，使得故障持续时间长，在过电压超出避雷器的耐流限制2ms时就会发生避雷器爆炸事故。
5.弧光接地故障中电弧燃烧产生的高温严重后果威胁了电气设备的安全，同时该故障产生的高温也会危及到周围环境中的人和物。
四、调度处理措施
在中性点废纸接接地系统发生接地故障信号时，值班人员应该首先保持冷静的思考能力，及时向上一级调度汇报，并且对故障现象做好应有的记录，并且根据故障信号、表计指示、运行方式等判断故障情况。例如：如果变电站的出现中都装有接地信号装置，在装置正常运行的情况下，就很容易发现故障区域；在发出母线接地信号的同时，如果另有一线路也发出了接地信号，则故障点很有可能就在该线路上；如果仅仅发出了母线接地信号，则故障点很可能就在母线上或者是在与母线相连的设备上。但是，如果母线出现没有装设接地信号装置，则应该根据以上特征，判别故障性质，在进行分网运行，以缩小查找范围。在系统发生单相接地故障，进行分网运行时，首先应该从总的降压站内分支开始，分别切除10kV系统中的供电回路，然后再逐级往下进行查找，直到找到接地点为止。
针对这些，特别提出了2个相应的重要应对措施：一是制定变电站10kV母线单相接地故障处理流程，并且要求按照流程进行严格执行；二是要正确的区分普通的单相接地故障与单相弧光接地故障。
区分普通单相接地故障与单相弧光接地故障时，主要通过以下信号进行判断。当出现接地故障时，都会出现过电压且电压互感器二次侧3V0远大于100V，并且电压在一个较大的范围内波动时。根据互感器二次侧的电压值可大致判断故障类型：普通单相接地故障时3V0值约为100V；而出现单相弧光接地过电压时，所导致的过电压3V0值通常为200V左右。
调度在处理单相弧光接地故障时，应该注意以下几点：
1.应该将小电流选线装置的选线结果作为重要参考：单相弧光接地过程中，故障点流过的电容电流一般较大，这便于小电流选线装置进行选线判断，在这种情况下小电流选线装置的选线结果通常都比较准确；
2.调度应该加强对电缆故障线路进行彻底的寻找，而单相弧光接地故障通常都是因为固体绝缘介质的累积性损伤导致的，该类故障通常都和电缆故障相关联；
3.调度应该加强对相关联的压变以及电容器的运行状态进行严密的监控，在发生单相弧光接地故障过程中，故障过电压情况严重，甚至会对系统中的压变和电容器等装置的安全运行构成严重威胁，因此需要对系统中的压变、电容器等设备的运行状态进行严密监控。
此外，还应该特别注意的是在某些情况下会出现“虚幻接地”，这时系统的绝缘并没有遭到破坏，而是其他因素使得某些不对称状态发出了接地信号。这种情况下，投入一条线路或者变压器，则可以破坏谐振条件，消除接地信号。
五、结语
随着城市用电量的增加，过去的单电源辐射网络或者树型网路都已不再适用，而网孔式供电方式是必然趋势。在经济发达地区的10kV配网大多采用电缆供电，这使得配网对地电容越来越大，单相电容电流也随之增加，电网故障几率也会增大。一方面运行检修人员给要加强对设备的维护管理，另一方面调度人员也应该熟悉掌握该故障性质，提高事故处理速度，缩小事故范围，减小事故带来的损失。
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