矿井供电系统弧光接地过电压影响因素研究.pdf

第 4 3卷 第 1 2 期 2 0 1 7年 l 2月 工矿 自 动化 I n d u s t r y a n d M i n e Au t o ma t i o n Vo 1 ． 4 3 NO ． 1 2 De c ． 2 01 7 文章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 7 1 2 0 0 5 8 0 6 DOI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 l x ． 2 0 1 7 ． 1 2 ． 0 1 2 矿井供电系统弧光接地过电压影响因素研究 刘聚 财 ， 耿 蒲龙 。 ， 曲兵妮 。 ， 宋建成 。 ， 罗超 。 ， 李永 学。 ， 原磊 明 1 ． 太原理工大学 矿用智能电器技术国家地方联合工程实验室 ，山西 太原0 3 0 0 2 4 ； 2 ． 太原理工大学 煤矿电气设备与智能控制山西省重点实验室 ，山西 太原0 3 0 0 2 4 ； 3 ． 山西晋城无烟煤矿业集 团有限责任公司 ，山西 晋城0 4 8 0 0 6 ； 4 ． 山西 凌 志达煤业 有 限公 司 ，山西 长治0 4 6 6 0 6 摘要 为 了全 面研 究接地 电阻 、 线路 电 阻、 故 障位 置 、 对地 电容 、 相 间 电容 、 燃 弧 时刻这 6种 因素 对矿 井供 电 系统 弧光接 地过 电压 的影 响 ， 采 用 实 时数 字仿 真仪 搭 建典 型矿 井供 电 系统模 型和 间歇性 电弧接 地模 型 ， 结 合 工频 熄弧理 论 和 高频 熄弧 理论 对弧 光接 地过 电压 的 形成过 程及 影响 因素进 行理 论 分析 和仿 真研 究 。结果 表明， 电弧重燃时刻对弧光接地过电压的影响最为显著 ， 线路 电阻、 接地电阻及相间电容的影响较大， 故障位 置、 对地 电容的影响较小； 弧光接地过电压是 系统参数的综合反映， 不同的矿 井供电 系统过电压值会有很 大 差 异 。 关 键词 矿 井供 电 系统 ；弧光接 地过 电压 ；工频熄 弧 ；高频熄 弧 ； 接 地 电 阻 ； 线路 电 阻 ； 故 障位置 ； 对地 电容 ；相 间 电容 ；燃弧 时刻 中图分类 号 T D6 1 1 文献 标志 码 A 网络 出版时 间 2 0 1 7 ～ 1 2 0 6 1 4 1 7 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ k n s ． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 7 1 2 0 5 ． 1 7 4 5 。 0 1 1 ． h t ml 收稿 日期 2 0 1 7 - 0 6 0 6 ； 修 回日期 2 0 1 7 1 0 1 8 ； 责任编辑 胡娴。 基金项 目 国家 自然科学基金资助项 目 5 1 3 7 7 1 1 3 ， U1 5 1 0 1 1 2 ； 山西省科 技重大专项项 目 2 o 1 3 l 1 O 1 o 2 9 。 作者简介 刘聚财 1 9 9 1 一 ， 男， 山西盂 县人 ， 硕士研究生 ， 主要研究方 向为矿井安全供电 ， E ma i l 1 0 9 1 7 2 4 6 8 7 q q ． c o rn。 引用格式 刘聚财 ， 耿蒲龙 ， 曲兵妮 ， 等． 矿井供电系统弧光接 地过电压影响因素研究 [ j ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 7 ， 4 3 1 2 5 8 6 3 ． LI U J u c a i ，GENG Pu l o ng ，QU Bi n g n i ，e t a 1 ．Re s e a r c h o n i n f l u e n c i n g f a c t o r s o f a r c g r o u n d i n g o v e r - v o l t a g e i n mi n e p o we r s up p l y s y s t e m[ J ] ． I n d u s t r y a n d Mi n e Au t o ma t i o n ， 2 0 1 7 ， 4 3 1 2 5 8 6 3 ． 1, 1 2 ] 1, 1 3 ] [ 1 4 ] W ANG Yi n g j i e ， NI E Le i 。L I U Ya o h u a ．An a l y s i s o f c a b l e e l e c t r o ma g n e t i c i n t e r f e r e n c e r - J ] ． R a d i o En g i n e e r i n g， 2 0 1 1 ， 4 1 5 3 6 3 8 ． 王 小燕 ． 矿用 电气设备 电缆 电磁 干扰 建模 与仿真分 析 [ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 3 ， 3 9 7 5 8 6 o ． W ANG Xi a o y a n ． M o d e l i n g a n d s i mu l a t i o n a n a l y s i s o f e l e c t r o ma g n e t i c i n t e r f e r e n c e o f c a b l e s o f mi n e - u s e d e l e c t r i c a l e q u i p me n t [ J ] ． I n d u s t r y a n d Mi n e Au t o ma t i o n， 2 0 1 3 ， 3 9 7 5 8 - 6 0 ． 万保权 ， 干酷渊 ， 何 旺龄 ， 等． 电力 电缆 线路 的 电磁环 境 影 响 因 子 分 析 [ J ] ．电 网 技 术 ， 2 0 1 3 ， 3 7 6 1 5 36 1 5 41 ． W AN B a o q u a n， GAN Z h e y u a n， HE W a n g l i n g， e t a 1 ． An a l y s i s o n i n f l u e n c e f a c t o r s o f e l e c t r o ma g n e t i c e n v i r o n me n t f o r u n d e r g r o u n d p o we r c a b l e [ J ] ． P o we r S y s t e m Te c h n o l o g y， 2 0 1 3 ， 3 7 6 1 5 3 6 1 5 4 1 ． 张向明， 腾腾 ， 黄垂 兵 ， 等 ． 供 电电缆 磁场 辐射 的预测 模型及优 化设 计 I- j ] ． 海军 工 程 大 学 学 报 ， 2 0 1 5 ， 2 7 1, 1 5 3 [ 1 6 ] 2 1 0 1 5 ． Z H ANG Xi a n g mi n g，TENG Te n g， HUANG Chui bi ng，e t a 1 ．Pr e di c t i o n mod e l a n d i t s op t i ma l d e s i g n f o r ma g n e t i c f i e l d r a d i a t i o n o f p o we r s u p p l y c a b l e l- J ] ． J o u r n a l o f N a v a l Un i v e r s i t y o f E n g i n e e r i n g ， 2 015， 27 2 1 0- 15 ． 傅正财 ， 杜亚平 ， B UR NE T T J ． 重载流 多芯 电缆周 围 的磁场 I ． 理论模型 I- J 7 ． 上海 交通 大学学 报 ， 2 0 0 2 ， 3 6 2 2 3 7 2 4 2 ． FU Z h e n g c a i ，DU Ya p i n g ，B URNETT J ．M a g n e t i c f i e l ds a r o un d he a vy - c ur r e n t - c a r r yi ng mul t i - c or e c a bl e s I ． t h e o r e t i c a l mo d e l I- J ] ． J o u r n a l o f S h a n g h a i J i a o t o n g Un i v e r s i t y ， 2 0 0 2 ， 3 6 2 2 3 7 - 2 4 2 ． 吉启荣． 变频 系统电力电缆谐波振荡辐射 及抑制 I- J ] ． 电力建设 ， 2 0 0 7 ， 2 8 2 2 8 3 0 ． J I Qi r o n g ．F r e q u e n c y c o n v e r t i n g s y s t e m p o we r c a b l e h a r mo n i c o s c i l l a t i o n r a d i a t i o n a n d s u p p r e s s i o n[ J ] ． El e c t r i C P o we r Co n s t r u c t i o n ， 2 0 0 7， 2 8 2 2 8 3 O ． 2 0 1 7年 第 1 2期 刘 聚财 等 矿 井供 电 系统弧 光接 地过 电压 影响 因素研 究 5 9 Re s e a r c h o n i nf l ue nc i n g f a c t o r s o f a r c gr o un d i ng o v e r v o l t a g e i n mi ne po we r s up p l y s y s t e m L I U J u c a i ， GE NG Pu l o n g ， QU B i n g n i ， S ONG J i a n c h e n g ， LU O Cha o 一，LI Yong xu e 。 ， YU AN Le i mi ng 1 ． Na t i o n a l a n d P r o v i n c i a l J o i n t En g i n e e r i n g L a b o r a t o r y o f M i n i n g I n t e l l i g e n t El e c t r i c a l Ap p a r a t u s Te c hn ol o gy，Ta i y ua n Uni v e r s i t y of Te c h no l o gy，Ta i yu a n 03 0 0 2 4，Chi n a；2． Sh a nxi Ke y La bo r a t o r y o f Mi n i n g El e c t r i c a l Eq u i p me n t a n d I n t e l l i g e n t Co n t r o l ，Ta i y u a n Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y ，Ta i y u a n 0 3 0 0 2 4，Ch i n a；3 ． S h a n x i J i n c h e n g An t h r a c i t e Mi n i n g Gr o u p Co ． ，Lt d ． ，J i n c h e n g 0 4 8 0 0 6 ，C h i n a ； 4． S h a n x i L i n g z h i d a Co a l I n d u s t r y Li mi t e d Co mp a n y ，C h a n g z h i 0 4 6 6 0 6，Ch i n a Ab s t r a c t I n o r de r t o c ompr e he ns i v e l y s t ud y i n f l ue nc e f a c t or s s u c h a s g r ou nd i ng r e s i s t a n c e ， l i ne r e s i s t a nc e， f a ul t l oc a t i on， gr o un di n g c a p a c i t a n c e， i nt e r p ha s e c a p a c i t a nc e a n d a r c i gn i t i o n t i me on a r c g r ou nd i ng o ve r v o l t a ge i n m i ne p owe r s u pp l y s ys t e m ， t y pi c a l mi ne po we r s up pl y s y s t e m mo de l a nd i nt e r mi t t e nt a r c gr o un di ng m o d e l we r e b ui l t b y u s i n g r e a l t i m e di g i t a l s i mul a t o r，b a s e d o n a r c e x t i n c t i on t h e o r y of p o we r f r e q ue n c y a nd a r c e x t i nc t i o n t he o r y o f h i gh f r e q ue nc y，f or ma t i on p r o c e s s a nd i n f l ue n c i ng f a c t or s o f a r c g r oun di ng o ve r - v o l t a g e we r e an a l y z e d t he or e t i c a l l y， a nd t h e i nf l u e n c i n g f a c t o r s we r e s i m u l a t e d．The s i m u l a t i o n r e s u l t s s h ow t ha t a r e i g ni t i on t i m e ha s t h e mo s t s i g n i f i c a n t i n f l ue nc e on a r c g r ou ndi ng o ve r v ol t a ge ， l i ne r e s i s t a nc e ， g r oun di ng r e s i s t a nc e a n d i nt e r p ha s e c a p a c i t a nc e h a v e g r e a t i n f l u e n c e ，f a u l t l o c a t i o n a n d e a r t h c a p a c i t a n c e h a v e s ma l 1 i n f l u e n c e ； a r c g r o u n d i n g o v e r v o l t a g e i s a c ompr e h e ns i v e r e f l e c t i o n o f s y s t e m pa r a m e t e r s ， a nd t he ov e r vo l t a g e v a l u e s o f d i f f e r e n t po we r s u pp l y s y s t e m s i n m i ne s va r y g r e a t l y． Ke y wo r ds m i n e po we r s up pl y s ys t e m ；a r c g r ou nd i ng ov e r v ol t a ge；p o we r f r e q ue nc y a r c e x t i nc t i o n； hi g h f r e q ue nc y a r c e xt i nc t i o n；gr o un di ng r e s i s t a nc e；l i ne r e s i s t a nc e；f a ul t l oc a t i on；g r o un di n g c a p a c i t a n c e； i nt e r pha s e c a pa c i t an c e；a r c i g ni t i o n t i m e 0 引言 弧光接地是煤矿高压供电系统的一种常见故障 现象 ， 是煤 矿生 产 的 巨大 安全 隐患 。近年来 ， 随着 矿 井综合 机 械化 采掘 工艺 的推 广应用 ， 负荷不 断增 加 ， 供 电距离 不断 加长 ， 矿井 供 电系 统 对 地 电容 电流 大 幅增 大 ， 弧光接 地 过 电压 问题 也 越 来 越 突 出。该 问 题不仅会造成矿井供用 电设备绝缘损坏 ， 引起相 间 短路 ， 还会引发火 灾、 煤尘 瓦斯爆炸等严 重灾害事 故E 。因此， 对井下高压电缆发生弧光接地过电压 的影 响 因 素 进 行 探 讨 研 究 具 有 非 常 重 要 的 现 实 意 义 。 大 多数 文献对 弧光 接地 过 电压影 响 因素 的研究 只 涉及燃 弧 相位 、 相 间 电容 和接 地 电阻 ， 考 虑 的 因素 不全面 ， 且进行仿真分析时只利用了工频熄弧理论 ， 缺少说服力 。如文献E 4 3 采用理论分析、 仿真与实验 相 结合 的方 法研 究 相 间 电容 、 对 地 电容 和 变 压 器漏 感对过电压的影响， 未考虑其他 因素 ； 文献E 5 - 1 采用 一 种熄弧理论对过电压的影 响因素进行仿真研究 ， 理论分析 不够充 分 ， 且 将 电弧模 型简 单地 等效 为 一 固定 阻值 的 电 阻 ， 显 然 与 实 际情 况 相 差 较 远 ； 文 献[ 6 ] 对2 个不同供电系统的过电压进行对 比研究 ， 但分析的影响因素只局限于对地电容和接地电阻。 本文采用实 时数 字仿真仪 Re a l Ti me D i g i t a l S i mu l a t o r ， RT DS 搭建典型矿井 中性点不接地供电 系统模 型 和间歇 性 弧 光接 地 模 型 ， 在仿 真 比较 工 频 熄弧理论与高频熄弧理论暂态过程的基础上 ， 分别 采用这 2 种理论对接地电阻、 相间电容、 燃弧时刻等 6 种 因素对弧光接地过电压的影响进行仿真分析与 计 算 ， 研究 结果 为有 效 抑 制 矿井 供 电系 统 弧光 接 地 过电压提供 了理论依据。 1弧光 接地 过 电压 理论 分析 实践 表 明 ， 若 系统较 小 、 线 路较 短时线 路对 地 电 容 电流小 ， 则许 多 暂 时性 的弧 光 接地 故 障 一般 能 够 自动熄灭 ， 系统很快恢复正常。随着 电力系统的发 展与电压等级的提高 ， 线路对地电容 电流也随之增 大 ， 许 多 弧光接 地 故障不 能 自动熄灭 。然 而 ， 由于接 地 电流又 不 至于大 到 形 成稳 定 燃 烧 的电弧 ， 于是 就 形成 了电弧时燃时灭的不稳定状态 。这种间歇性电 弧导致了系统 中电感、 电容回路 的电磁振荡过程， 产 生遍 及全 系统 的弧 光接地 过 电压L 7 ] 。 6 O 工矿 自动化 2 0 1 7年 第 4 3卷 目前 针对 弧光 接地 过 电压有 2种 理论得 到 了广 泛认 可 ， 分别 是高 频 熄 弧 理论 与 工频 熄 弧 理 论 。高 频熄 弧理 论认 为 接 地 电 弧在 暂 态 高 频 振荡 电流 通 过第 1 个零点时熄灭 ， 此时 ， 非故障相上 自由电荷将 沿 三相对 地 电容重 新 分 布 ， 在 各 相 产 生 同 等 的位 移 电压 ； 此 后 ， 每 经 过 半 个 工 频 周 期 ， 接 地 电 弧 重 燃 1 次 ， 由于 非故 障相 积累 的 自由电荷 不 断增 加 ， 位 移 电压不断增高 ， 于是非故障相暂态过 电压随重燃 次 数 的增 多而 不断 升 高 ， 最 大值 可 达 4 ． 5 P ． u ． [ 8 ] 。工 频熄 弧 理论认 为 熄弧 发生 在工 频 电流过 零时 刻 ， 在 半 个工 频周 期之 后 重燃 ， 由于熄 弧后 残 留在 非 故 障 相 中的电荷量较小， 所 以过电压较低 ， 最大值一般不 超 过 3 ． 5 P ． u ． 。由 于 2种 理 论 反 映 的物 理 过 程 一 致 ， 所 以 ， 本 文分 别采 用这 2种 理论 对弧 光接地 过 电 压的影响因素进行仿真研究 。 2仿 真模 型 以 山 西 晋 煤 集 团某 矿 井 供 电 系统 为 原 型 进 行 R T DS建模与计算 ， 井下供电系统模型如图 1所示 。 井上供电网络 用一个 3 5 k V 电源代 替 ， 内阻抗 为 1 j O ． 1 Q。主变压器 T 和移动变 压器 T 。 ， ] r 3都 采用 △／ Y 接法 ， 且 中性 点 不接 地 ； 主变 压 器变 比为 3 5 ／ 6 ． 3 k V， 容 量 为 1 6 MVA； 移 动 变 压 器 变 比为 6 ／ 1 ． 1 4 k V 与 6 ／ 3 ． 4 5 k V； 漏 感 抗 标 幺 值 统 一 取 0 ． 1 0 5 P ． u ． ， 空载损耗 标 幺值 统一取 0 ． 0 0 1 P ． u ． 。 负荷采用动态 R L等值负荷模型 ， 三相 Y接 ， 中性点 不接 地 。 电缆 线路 采用 B e r g e r o n分 布参 数模 型 ， 通 过查阅相关标准手册并计算 ， 确定 6 k V 电缆 型号 为 MYP T J 一 3 ． 6 ／ 6 3 9 5 3 3 5 ／ 3 3 2 ． 5 ， 基本 参 数见 表 1 。6 k V 电缆 共 6 条 ， 总 长 4 2 k m。此外 ， 考 虑到 相 间 电容 C 。 一C 一C ， 忽 略 系统 泄 漏 和 衰 减 的影响 。 图 1 矿 井供 电系统模 型 Fi g．1 M i ne po we r s up pl y s y s t e m mo de l 表 1 电缆基本参数 Ta b l e 1 Pa r a me t e r s of t h e c a bl e 接地 电弧模 型 采用理 想 电弧 与一 固定 阻值 的接 地 电阻 串 联来 模 拟 。理 想 电弧 采 用 RT D S 中的 二 次 电弧模 块 ， 通 过参 数设 置关 闭其 二次 电弧 部分 ， 只 利用 一次 电弧 。RT DS中的 电弧 模 型适用 于 小 电流 电弧的特 性模 拟l g 。 ， 其数 学模 型为 譬一 G c g 1 d r ～ 式 中 g为 电弧 电导 ， S ； t为时 间 ， S ； r 为 电 弧 时 间 r 常数 ， r c 一 ， 其 中 卢为 时 19常数 ， 取 经验值 2 ． 8 5 1 0 一 ms ， I 为 电弧 电流 的峰值 ， 近似 为 直 接 接地 时 j 的短路 电流 ， k A； G 为稳 态 电导 ， S， G 。 一 ， 其 L C C 中 i 为 电弧 电流 ， A， L 。为 电弧 长 度 ， c m， V 为 弧柱 中稳态 场强 ， 近 似为 常数 ， 可取 经验值 1 5 V／ c m。 该数学模型适合描述井下供电系统单相接地电 弧 的故 障 特 征[ 1 。 。接 地 电 弧 的重 燃 与 熄 灭 通 过 控制 开关 的开 闭来 实现 ， 逻 辑 控制过 程 如 图 2所示 。 电 网正常运 行 时 ， 按 下按钮 ， 在 故 障相相 电压 达峰值 时发 生首 次 电弧接 地 ； 将 开 关 断 开 ， 模 拟 电弧 熄 灭 ， 开关再次闭合模拟电弧重燃 ， 循环若干次后 ， 故障点 发展 为稳 定 电弧接 地故 障 。 按下按钮 l 荐 一 一 弧 一 ⋯ U 可控循环次数 图 2 逻辑 控制 过程 Fi g．2 Lo gi c c o nt r ol pr oc e s s 3模 型仿 真与 结果 分析 为 了分 析 比较工 频熄 弧理论 与 高频熄 弧理 论 的 暂 态过 程 ， 假 定 故 障 发 生 在 井 下 某 6 k V 电缆 线 路 中 ， 故 障 点 距 离 移 动 变 电 站 1 ． 6 k m， 接 地 电 阻 为 0 ． 1 n， 相 间电容 C A B C B c C A 一 1 0 F， 燃 弧 相 位 取 9 O 。 。在 C相相电压达峰值时发生第 1次 电弧接 地， 电弧第 4次重燃后， 线路发展为稳定 电弧接地。 过电压倍数 的基准值为系统正常运行时的相 电压幅 值 ， 即 1 P ． u ． 一4 ． 9 6 8 k V。 2 3 4 5 2 0 1 7年 第 1 2期 刘聚 财等 矿 井供 电 系统 孤光接 地 过 电压影 响 因素研 究 6 1 3 ． 1 2种熄 弧理 论 的仿真 根据 工 频 熄弧 理 论 与 高频 熄 弧 理论 ， 分别 得 到 三相 电压 仿 真波 形 ， 如 图 3所 示 。 由 图 3 a 可 知 ， 根据 工频 熄弧 理论 ， 在 C相 相 电 压达 到 幅 值 时绝 缘 击穿 ， 发 生第 1次 电弧接 地 ， 工频 电流 过零 时 电弧熄 灭， 之后电弧每次重燃都会引起系统高频振荡 ， 进而 产生过电压。系统第 1次电弧接地引起高频振荡产 生 的暂态 过 电压 峰 值 为 2 ． 2 0 8 P ． u ． ， 第 2次 重燃 产 生的暂态过电压峰值为 2 ． 6 3 1 P ． u ． ， 之后 电弧每次 重燃与熄灭 ， 暂态过电压的数值与符号均不再改变。 由图 3 b 可知， 根据高频熄弧理论 ， 同样在 c相相 电压达到幅值时绝缘击穿， 发生第 1次电弧接地 ， 而 当故障点的高频振荡 电流第 1次过零 时电弧熄灭 ， 各 相 电压波形 恢 复 正 弦 函数 ， 且 以位 移 电压 为轴 线 变化 ， 在故障相 电压达峰值时发生重燃 。由于非故 障相 中积累的 自由电荷不断增多 ， 暂态过电压随着 重燃次数的增多而增 大， 同时其符号也正负交替改 变 ， 第 4次 重燃 时 ， 暂态过 电压 达 2 ． 8 1 4 P ． u ． 。 由上 述分析可知 ， 重燃次数一定时 ， 根据高频熄弧理论得 出的暂 态过 电压 峰值 比根 据工频 熄 弧理论 得 出 的值 要 高 。 立 螺 茴 甘 a 根据工频熄弧理论得 出的波形 b 根据高频熄弧理论得出的波形 图 3 三相电压仿真波形 F i g ． 3 S i mu l a t i o n wa v e f o r m s o f t h r e e - p h a s e v o l t a g e 3 ． 2 影响 因素 计算 分析 不 同的矿井 电网差异很 大 ， 即使是 同一 矿井 ， 其 电网参 数也 因受 环境 、 时 间等 因素 的影 响而 经 常变 化 ， 很 难得 到 准 确 参 数 ， 而 只 能 确 定 参 数 的大 致 范 围。故研究某一影响因素 时， 在一定范围内改变其 数值 ， 系统其他参数均保持一致。 3 ． 2 ． 1 接 地 电阻对过 电压 的影 响 在 2种熄弧理论条件下 ， 非故障相过 电压峰值 倍 数 及 中性 点 电压 倍 数 与 接地 电阻 的关 系见 表 2 。 其 中 U ， U 表 示 工 频 熄 弧 理 论 条 件 下 三相 最 大 过 电压倍 数与 中性 点 电压倍 数 ； U删 ， U 表 示 高 频 熄弧理论条件下三相最大过电压倍数与中性点电压 倍 数 。分 析表 2可 知 ， 2种熄 弧 理论 都 表 明 ， 随着 接 地 电阻增 加 ， 非 故 障相 过 电压 峰值 与 中性 点 电压 都 不断减小 ， 非故障相过电压 降幅分别 为 2 1 ． 7 O 与 2 3 ． 9 5 。仿真结果与理论分析一致 ， 故障点接地电 阻 的大小 对暂 态过 程 的影 响较 大 ， 接 地 电阻越小 ， 暂 态过 程越 严重 ， L C高 频 振荡 衰减 越 慢 ， 过 电压 值 就 越大 。 表 2弧 光 接 地 过 电 压 与 接 地 电 阻 的 关 系 Ta bl e 2 Re l a t i o ns h i p be t we e n a r c gr ou nd i n g o v e r - v o l t a g e a n d gr o und r e s i s t a nc e 1 ． 6 1 0 1 ． 5 0 8 1 ． 3 0 3 3 ． 2 ． 2 线路电阻对过电压的影响 弧 光接 地 过 电压 与 电缆 正 序 电 阻关 系 见 表 3 取零序电阻为正序电阻的 1 O倍 。分析表 3数据 可知 ， 随 着 电缆 电阻增加 ， 其有 功损 耗使 高频振 荡不 断衰减 ， 非故障相与中性点过电压减小 ； 2种理论条 件下的过 电压降幅分别为 1 4 ． 7 2 ％与 2 1 ． 8 9 ， 变化 范 围明显 。 3 ． 2 ． 3 故障位置对过电压的影响 分别设置故障发生在线路 的首端 距离负荷侧 8 O 、 中间 5 0 和 末 端 2 O ， 弧 光 接地 过 电压 与不 同故障位置的关系见表 4 。分析表 4可知 ， 故 障点越靠近负荷侧与主变压器侧 ， 非故障相与中性 点过 电压越大 ； 故障点越靠近线路中间 ， 过电压峰值 越小 ； 2种条件下 的过 电压峰值 降幅分别为 6 ． 0 8 与 8 ． 1 5 ， 变化 较小 。 6 2 工矿 自动化 2 0 1 7年 第 4 3卷 表 3 弧光接地过 电压与 电缆正序 电阻 的关 系 Ta bl e 3 Re l a t i o ns hi p b e t we e n a r c gr o un di ng ov e r - v o l t a g e a nd c a bl e po s i t i v e s e q ue n c e r e s i s t a nc e 0 ． 1 0 4 0 ． 1 5 4 0 ． 2 0 4 表 4 弧光接地过 电压 与不 同故障位置的关 系 Ta b l e 4 Re l a t i ons hi p be t we e n a r c g r ou nd i ng o ve r - v o l t a ge a n d f a u l t l o c a t i o n 3 ． 2 ． 4 对 地 电容对 过 电压 的影 响 弧光接 地 过 电压 与对 地 零序 电容 的关 系 见 表 5 取电缆正序电容为零序 电容的 2倍 。分析表 5数 据可知 ， 随着 电缆 对地 电容增加 ， 高频振 荡过程加 剧， 过 电压峰值升高， 但增幅仅为 4 ． 5 6 与 2 ． O 5 。 表 5 弧光接地过 电压与对地零序 电容 的关 系 Ta bl e 5 Re l a t i on s hi p b e t we e n a r c g r o un di ng ov e r - v o l t a ge a n d z e r o s e q ue nc e c a pa c i t a n c e t o e ar t h 3 ． 2 ． 5 相 间 电容对 过 电压 的影响 弧 光 接 地 过 电 压 与 电 缆 相 间 电 容 的 关 系 见 表 6 。 分 析表 6数 据 可 知 ， 随 着 线 路 相 间 电容 增 加 ， 非故障相过电压 峰值与 中性点电压降低 ， 2种条件 下 降 幅分 别 为 1 3 ． 7 9 9 ／ 6 与 1 2 。 5 6 ， 变 化 趋 势 较 明 显。这是 由于在 L C高频振荡过程之前 ， 相间 电容 与对 地 电容并 联 ， 使 得 电荷重 新分 配 ， 结果 就是 减小 了非故障相电压起始值与稳 态值 的差值 ， 从而使过 电压降低 。 3 ． 2 ． 6 燃弧 时刻 对过 电压 的影 响 弧 光接 地 过 电 压与 燃 弧 时刻 关 系 如 图 4所 示 ， 其 中UM 为 系统 正 常运 行 时 的相 电压 幅值 。 分 析 表 6 弧光接地过电压与相间电容的关系 Ta bl e 6 Re l a t i o ns hi p be t we e n a r c gr ou ndi n g o ve r - v ol t a ge a n d p h a s e c a p a c i t a n c e 图 4可知 ， 2种熄弧理论都表明， 电弧重燃时刻越靠 近故障相 电压幅值时刻 ， 过电压峰值越大 ， 而且燃弧 时刻对过电压 的影响非常明显。这是 由于燃弧时刻 靠近相电压峰值时刻时 ， 在非故障相对地电容上储 存的电荷越多， L C高频振荡过程就越剧烈 ， 暂态过 电压就 越高 。 ● e 逍 里 幽 脚 捌 以典 型矿 井供 电系统 为例 ， 采 用 RT D S实 时数 字仿真系统 ， 分别利用工频熄弧理论与高频熄弧理 论对 间 歇性 弧光接 地过 电压 的几 种影 响 因素进 行仿 真研 究 ， 结论 如下 1 由于 接 地 电弧 的重 燃 具 有 很 强 的 随机 性 ， 电弧重燃不总是发生在故 障相 电压幅值 时刻 ， 越靠 近相 电压 幅值 时燃弧 ， 过 电压 峰值越 高 ， 且 变 化趋 势 非常 明显 。 2 由于 有 功 损 耗 减 弱 了 L C 高 频 振 荡 过 程 ， 随着接地电阻与线路 电阻的增大 ， 过电压 明显降低 。 3 随着 相 间 电容 的 增 加 ， 过 电压 也 会 明 显 降 低 ， 因此 ， 在 合理 范 围 内增 大 线 间 电容 如 用 于 功 率 补偿的静电电容器 ， 是既经济又直接的有效抑制弧 光接 地 过 电压 的方 法 。 4 与前 述 其 他 因素 相 比 ， 线 路 对 地 电容 与 故 障点 位 置对过 电压 的影 响相 对较 小 。 0 8 6 4 2 O 8 6 3 2 2 2 2 2 1 1