110kV变电站弧光接地过电压故障分析与防治

110kV变电站弧光接地过电压故障分析与防治CONTENTS目录01概述：弧光接地过电压的危害与现状02弧光接地过电压的产生机理03典型故障案例深度剖析04过电压抑制技术与保护措施CONTENTS目录05故障检测与定位技术06运维管理与预防策略07工程应用与案例分享01概述：弧光接地过电压的危害与现状电力系统过电压事故统计与影响

01过电压事故占比统计据统计，在电力系统各类故障中，单相接地故障占比较高，如昌吉电网2017-2018年单相接地故障占配网故障的63%，其中弧光接地过电压是重要诱因之一。

02设备损坏案例影响110kV黄土变电站因弧光接地过电压导致10kV母线i、ii段四元件中性点TV烧毁，电压互感器铁芯绝缘漆高温熔化溢出外壳，用户侧计量箱烧毁，造成设备直接损坏。

03供电中断经济损失某110kV变电站因弧光接地过电压引发#1主变内部放电故障，修复时间长，供电被迫中断，不仅影响用户正常用电，还给供电企业造成重大经济损失，同时对社会生产生活带来不便。

04故障扩大连锁反应弧光接地过电压作用时间较长且遍及整个电网，若不及时处理，可能危及设备绝缘，引起相间短路，使事故扩大。如某变电站10kV南母接地故障未及时抑制，导致母联断路器爆炸及主变出口短路。110kV变电站典型故障案例分析

110kV黄土变电站弧光接地诱发铁磁谐振案例10kV黄马线因拉线被盗导致钢绞线与C相导线间歇性接触，引发弧光接地过电压，进而诱发电压互感器铁磁谐振，造成10kV母线TV烧毁、用户计量箱损坏。故障原因为间歇性电弧导致电压互感器铁芯饱和，感抗变化满足谐振条件。

某变电站10kV母联断路器爆炸及主变损坏案例10kV南母出线因树木放电发生间歇性单相接地，产生弧光接地过电压，导致10kV母联断路器真空泡炸裂，#1主变低压套管漏油、内部放电。该站10kV系统电容电流37A未安装消弧线圈，且开关柜绝缘距离不足，加剧故障扩大。

2023年南方地区雷电引发电缆局部放电案例雷电天气导致110kV变电站弧光接地过电压，造成所有110kV电缆出现局部放电迹象及火花。经紧急停电隔离、系统排查及接地系统检查，故障在1小时内排除。该案例凸显雷电对变电站绝缘的冲击及快速应急处理的重要性。弧光接地过电压的特点与危害电压幅值高且不稳定弧光接地过电压由间歇性电弧引起，非故障相电压幅值最高可达3.5倍相电压，一般在3倍以下，远超金属性接地时的√3倍相电压。作用时间长且波及范围广弧光接地过电压作用时间通常较长，可遍及整个电网，若不及时处理，几秒到几分钟内就可能使故障扩大。对固体绝缘的积累性损伤城市电网中电缆电路占比增大，其固体绝缘不具自恢复性，在3.5倍过电压持续作用下易造成积累性损伤，可能发展为相间短路。诱发铁磁谐振与设备损坏过电压会使电压互感器饱和激发铁磁谐振，导致谐振过电压及电压互感器爆炸；还可能因能量超过避雷器承受能力，造成避雷器爆炸。02弧光接地过电压的产生机理中性点不接地系统的工作原理系统结构特点

中性点不接地系统中，变压器或发电机的中性点不直接与大地连接，三相导线与大地之间存在分布电容。10kV配电系统大多采用此方式运行，以提高供电连续性。正常运行状态

正常运行时，三相电压对称，中性点电压为零，各相对地电容电流平衡，系统稳定运行。各相电压互感器感抗相等，中性点位移电压为零。单相接地故障特征

发生单相接地时，接地相对地电压降至近零，非故障相电压升高至√3倍相电压。规程允许带故障运行不超过2小时，但需快速处理以避免故障扩大。电容电流影响因素

随着电网扩展、线路增长及电缆出线增多，系统对地电容电流增大。当电容电流超过10A时，单相接地电弧难以自熄，易引发弧光接地过电压。间歇性电弧的形成与发展过程电弧形成的初始条件在中性点不接地系统中，当单相接地故障电流未大到形成稳定电弧，又不足以自行熄灭时，易出现电弧时燃时灭的不稳定状态。如10kV黄马线因拉线被盗，钢绞线在带电导线上来回接触和断开，形成间歇性电弧。电弧间歇性燃熄的机理接地时非故障相电压突然升高，电弧熄灭时电压降低，线路电感与对地电容间发生充放电过程，引发电磁能量振荡。实测显示，间歇性弧光接地时非故障相过电压幅值最高可达3.5倍相电压。电弧发展的典型阶段1.起弧阶段：故障点间隙击穿形成电弧；2.燃弧阶段：电弧稳定燃烧，系统电压波动；3.熄弧阶段：电弧暂时熄灭，能量重新分配；4.重燃阶段：电压恢复导致电弧再次点燃，重复振荡过程。某110kV变电站10kV南母因树木放电，发生多次间歇性单相接地，最终引发设备损坏。电磁振荡与过电压幅值特性电磁振荡的产生机理弧光接地时，接地电弧的间歇性熄灭与重燃，导致系统运行状态突变，在非故障相的对地电容和线路电感之间引发充放电过程，形成电磁能量的振荡，这是弧光接地过电压产生的核心原因。非故障相过电压幅值实测表明，发生间歇性弧光接地时，非故障相的过电压幅值最高可达3.5倍相电压；而中性点非直接接地系统发生单相金属性接地时，非故障相电压幅值一般可达√3倍相电压。10kV系统过电压水平在10kV中性点不接地系统中，弧光接地过电压的最大值通常不超过3.5倍相电压，一般在3倍以下，但此过电压仍可能对系统绝缘薄弱点造成威胁。过电压对设备绝缘的威胁机制01绝缘积累性损伤效应弧光接地过电压幅值可达3.5倍相电压，对固体绝缘（如电缆）造成积累性损伤，因固体绝缘无自恢复性，易在薄弱环节引发对地击穿，进而发展为相间短路。02电压互感器饱和与铁磁谐振过电压可使电压互感器铁芯饱和，感抗变化引发铁磁谐振，导致谐振过电压，可能造成电压互感器爆炸，如110kV黄土变电站故障中TV烧毁即为此因。03避雷器能量冲击与损坏弧光接地及铁磁谐振过电压能量由电源持续提供，若超过避雷器能量承受能力，将导致避雷器爆炸，威胁设备安全运行。04绝缘薄弱点击穿风险过电压作用下，电网中绝缘薄弱点（如开关柜绝缘距离不足、潮湿脏污处）易发生污闪或击穿，引发短路故障，如某110kV变电站10kV母联断路器因弧光过电压爆炸。03典型故障案例深度剖析黄土变电站铁磁谐振故障案例

故障发生过程与现象110kV黄土变电站10kV黄万线5号杆拉线金具被盗，钢绞线搭落在线路C相，导致黄马线C相出现间歇性电弧，最终发展为非金属永久性接地。事故造成10kV母线i、ii段四元件中性点TV烧毁，电压互感器铁芯绝缘漆高温熔化溢出，用户侧计量箱烧毁。

故障原因综合分析10kV系统为中性点不接地方式，线路对地存在分布电容。单相接地故障时非故障相电压升高至√3倍相电压，引发中性点位移。间歇性电弧导致电压瞬高瞬低，使电压互感器三相铁芯饱和程度不同，感抗变化，满足铁磁谐振条件（L1/C），产生谐振过电压，导致电压互感器烧损。

故障发展与扩大机制弧光接地过电压激励铁磁谐振回路，使电路从感性变为容性发生相位反倾，产生严重暂态过电压。虽谐振过程短暂，但导致绝缘薄弱点击穿，如10kV黄高线计量箱烧毁短路。电压互感器一次励磁电流急剧增大，未及时熔断熔丝则造成长时间过电流运行，最终烧毁设备。110kV主变短路事故分析

事故概况与保护动作某110kV变电站#1主变因10kV南母线路间歇性弧光接地过电压引发低压出口短路，导致轻瓦斯、重瓦斯及比率差动保护动作跳闸，10kV母联断路器烧毁，主变低压套管漏油。

故障原因定位10kV南母出线（含多回电缆线路）电容电流达37A，未按规程要求安装消弧线圈；架空线路对树木放电形成间歇性单相接地，产生弧光接地过电压（最高达3.5倍相电压），引发开关柜绝缘击穿及主变出口短路。

设备损坏情况主变低压侧B相铜排固定支架断裂、绝缘垫块移位，压紧螺钉垫圈与线圈上压板间发生放电，上铁轭连接片烧断；油色谱分析显示乙炔、氢气含量显著增加，判定为高能量放电故障。

整改措施与运行建议加装消弧线圈补偿电容电流；强化10kV线路巡视与树障清理；定期检测开关柜绝缘距离及真空断路器状态；对主变内部绝缘结构进行加固，提升抗短路冲击能力。2023年雷电天气引发故障案例故障发生背景2023年6月20日，南方地区出现大范围雷电天气，某110kV变电站运行中突发弧光接地过电压故障，导致站内所有110kV电缆出现局部放电迹象，部分电缆伴有放电火花。故障现象与特征现场检查发现110kV电缆存在局部放电，多个电缆出现明显火花；故障持续约1小时后通过紧急处理排除，未造成设备永久性损坏。故障原因分析雷电击中导致系统发生单相接地故障，接地点形成间歇性电弧，引发弧光接地过电压；地电阻形成的电位差加剧暂态电压升高，导致电缆绝缘薄弱点放电。应急处理措施采取紧急停电隔离故障，全面检查110kV电缆及接地系统，利用高压测试技术定位放电源，通过三脉冲判断法确认故障点后排除隐患，恢复系统正常运行。故障特征与设备损坏模式总结

故障核心特征弧光接地过电压故障的核心特征表现为间歇性电弧引发的高频振荡过电压，非故障相电压可达3-3.5倍相电压，且伴随电感电容回路的电磁能量振荡过程。

典型设备损坏类型常见损坏设备包括电压互感器（铁芯过热、绝缘漆熔化溢出、爆炸）、断路器（真空泡炸裂、触头烧熔）、变压器（低压套管漏油、内部放电、绕组绝缘垫块移位或掉落）及开关柜（污闪、相间短路）。

故障发展路径故障初期多为单相间歇性弧光接地，引发过电压后导致电压互感器饱和，进而激发铁磁谐振，造成设备绝缘积累性损伤，最终可能发展为相间短路，扩大事故范围。04过电压抑制技术与保护措施中性点接地方式对比分析

直接接地/经小电阻接地根本消除间歇性电弧，抑制过电压效果显著，但单相接地故障电流大，会导致保护装置动作跳闸，牺牲供电连续性，加剧故障点烧伤。

经消弧线圈接地(谐振接地)通过产生与接地电容电流反相的电感电流进行补偿，减小接地电流，利于熄弧并降低电弧重燃风险，我国应用广泛，分为人工调谐和自动调谐。

经高电阻接地可有效限制电磁振荡，抑制弧光接地过电压，故障电流小，系统可继续运行，保留供电可靠性，但适用范围有限，宜在规模较小的10kV及以下电网应用。

经非线性电阻接地能降低过电压水平，对设备短路冲击小，热容量要求不高，但导通电压不为零，可能无法立即熄弧及防止重燃，故障后仍可能需停电。消弧线圈接地技术应用

消弧线圈接地原理消弧线圈通过产生与接地电容电流反相的电感电流，补偿电容电流，使接地电流减小或接近于零，从而消除接地故障点电弧及由其产生的危害，并减小故障相电压恢复速度，降低电弧重燃可能性。

人工调谐消弧线圈需在投入系统前估算系统电容电流，选择合适档位，使脱谐度、残流和中性点位移电压在规定范围。但不能精确跟踪电网电容电流变化，调节不便，需断开后调节，与无人值班变电站趋势不符。

自动调谐消弧线圈由驱动式消弧线圈和自动测控系统构成，能自动完成跟踪测量和跟踪补偿。分为“预调式”（故障前调至靠近谐振点，需串联或并联阻尼电阻）和“随调式”（正常时远离谐振点，故障后迅速调整）。

消弧线圈接地系统运行要点一般应采用过补偿方式，脱谐度控制在10％以内。但需注意线路不对称度大，如开关非全相动作或线路发生单相、两相断线时，可能引起串联谐振，实际运行中难以避免。高电阻接地系统设计要点

适用范围与系统条件主要适用于规模较小的10kV及以下电网，能有效限制电感电容之间的电磁振荡，抑制弧光接地过电压，同时保持系统在单相接地时不中断供电的可靠性。

电阻值的选择原则需根据系统电容电流大小确定，以限制故障电流在较小水平，确保接地电弧可迅速熄灭且不重燃，同时避免过大的故障电流对设备造成冲击。

设备选型与参数匹配应选用与系统电压等级、电容电流相匹配的高电阻设备，考虑其热容量、绝缘水平等参数，确保在系统发生单相接地时能稳定运行，有效消耗故障能量。

与其他接地方式的协同需结合系统实际情况，与消弧线圈接地等方式比较，在保障过电压抑制效果的同时，权衡供电可靠性与故障处理的便捷性，特别适用于对供电连续性要求较高的区域。配网过电压主动干预装置

装置研发背景与目标随着配电网重要负荷客户增加及多种电源接入，谐波含量和容性电流增大，单相接地过电压故障多发。以昌吉电网为例，2017-2018年单相接地故障占配网故障的63%，严重影响供电可靠性，为此研发该装置。

核心技术与创新点装置基于对弧光接地、铁磁谐振过电压产生机理的分析，创新提出弧光转金属技术和主动消谐技术，解决了铁磁谐振故障抑制“消谐滞后”及单相接地故障类型辨识问题，可快速识别并干预故障。

装置组成与功能由主动干预型消弧装置和主动免谐装置组成，具备主动消弧、消谐及故障信息告警功能，能识别电压互感器断线、金属接地和弧光接地等故障，发生弧光接地时可快速将故障相接地，避免过电压危害。

应用效果与推广情况2019年12月底在35千伏官地变电站通过入网检测并投用，目前已在国网新疆电力14个地州供电公司300多个变电站安装，还在安徽、浙江、山东等13个省级电力公司推广应用，获国家发明专利1项、实用新型专利4项。避雷器与绝缘配合方案避雷器配置原则110kV全绝缘变压器不接地运行时，根据GB/T50064-2014规定，中性点应配置金属氧化物避雷器（MOA），以抵御雷电过电压、操作过电压及暂时过电压。避雷器参数选择避雷器标称放电电流宜选用1.5kA，其额定电压需依据系统可能遇到的最大工频过电压确定，确保覆盖设备正常运行下的最大过电压需求。绝缘配合要求设备绝缘水平应能耐受弧光接地过电压（通常不超过3.5倍相电压），需结合避雷器保护特性，确保设备绝缘裕度，防止绝缘积累性损伤和击穿。应用场景与注意事项在10kV中性点不接地系统中，避雷器需与消弧线圈、过电压保护装置配合使用，如新疆昌吉配网过电压主动干预装置，可快速抑制过电压，保护设备安全。05故障检测与定位技术弧光接地故障选线方法

传统选线方法的局限性中性点不接地系统中，传统故障选线准确率不高，且选线过程需要一定时间，不利于对弧光接地过电压的快速准确抑制，影响故障处理效率。

基于暂态特征的选线技术利用弧光接地故障产生的暂态电流、电压特征（如高频分量、极性、能量等）进行选线，可提高选线速度和准确性，适用于间歇性弧光接地故障的快速识别。

主动干预式选线与处理配网过电压主动干预装置可识别弧光接地等故障类型，通过快速将故障线路的故障相接地，在实现故障隔离的同时完成选线，如新疆昌吉110千伏大西渠变电站案例中3秒内完成故障隔离。

智能算法与仿真模型应用通过PscAD/EMTDC等电磁暂态仿真软件建立单相弧光接地故障模型，结合人工智能算法（如神经网络、小波分析）提升选线精度，为复杂电网故障选线提供技术支持。暂态信号检测技术应用

弧光接地故障暂态特征提取通过高速数据采集装置捕捉接地故障点电弧间歇性熄灭与重燃过程中的高频暂态电流、电压信号，提取其振荡频率、幅值变化率等特征量，为故障辨识提供依据。

基于PscAD/EMTDC的仿真检测搭建单相弧光接地故障仿真模型，模拟不同接地电阻、电弧熄灭重燃特性下的暂态过电压信号，通过对比仿真数据与实测数据，验证检测算法的有效性，如某110kV变电站事故中再现了间歇性弧光接地激发铁磁谐振的过程。

配网过电压主动干预装置的实时检测装置内置暂态信号检测模块，可快速识别电压互感器断线、金属接地和弧光接地等故障类型，在3秒内完成故障相辨识并启动干预措施，如新疆昌吉110千伏大西渠变电站应用该装置成功隔离故障。

二次消谐装置的暂态电压监测针对PT铁磁谐振过电压，通过监测二次侧零序电压暂态分量，判断谐振发生时刻及类型，采用阻尼或零序电压注入方式抑制谐振，避免电压互感器烧毁，某研究提出PT二次消谐方案有效解决了谐振滞后问题。在线监测系统设计与实现监测参数选取重点监测中性点位移电压（实时监测，阈值设定为相电压的15%）、接地电容电流（精度±2A，范围0-100A）及故障相电弧特征（弧光强度、燃弧频率）。硬件架构设计采用分布式采集单元（安装于10kV开关柜）+主站系统架构，配置高精度电压传感器（0.2级）、罗氏线圈电流传感器及弧光传感器（响应时间＜1ms）。软件功能模块包含数据采集模块（采样率5kHz）、故障辨识模块（基于AI算法识别弧光/金属性接地）、告警联动模块（支持声光告警及保护装置通信接口）及历史数据查询模块。关键技术实现应用小波变换抑制电磁干扰，采用改进LMD算法提取电弧特征量，通过边缘计算实现故障快速定位（定位时间＜500ms），满足GB/T50064-2014标准要求。故障定位案例分析

01110kV黄土变电站故障定位10kV黄万线5号杆拉线U型线夹及地锚拉杆被盗，搭落至C相引发间歇性弧光接地；黄马线5号杆接地点出现电弧声和弧光，最终发展为非金属永久性接地。通过线路巡视发现拉线被盗及钢绞线搭线故障点。

02某110kV变电站主变短路故障定位10kV南母出线3#杆附近架空线路对树木放电，产生间歇性单相接地。经油色谱分析发现甲烷、乙烯、乙炔和氢气含量显著增加，三比值法判断为高能量放电；吊罩检查发现低压出线B相铜排与线圈上压盘压紧螺钉间放电烧损。

03新疆昌吉110kV大西渠变电站故障定位配网过电压主动干预装置监测到10千伏西砖线故障电流超限，3秒内识别弧光接地故障并合上故障相接地断路器，通过装置告警信息及电流值快速定位故障线路。06运维管理与预防策略设备绝缘状态评估方法

01绝缘电阻测试通过测量设备绝缘电阻值，评估其绝缘性能。对于110kV变压器，通常要求高压对低压及地的绝缘电阻值不低于出厂值的70%，吸收比（R60/R15）应大于1.3。

02介损及电容量测试检测绝缘介质的损耗角正切值（tanδ）和电容量变化。例如，10kV电压互感器的tanδ值在20℃时不应大于0.5%，电容量变化量一般不超过±8%。

03局部放电检测采用超声波、超高频等技术检测设备内部局部放电。如110kV电缆发生弧光接地过电压后，需通过局部放电脉冲检测定位放电源，确保放电量在允许范围内。

04油色谱分析对变压器油中溶解气体组分（如甲烷、乙烯、乙炔、氢气）进行分析，判断内部是否存在潜伏性故障。例如，乙炔含量突增通常指示电弧放电故障。接地系统维护与检测

定期接地电阻检测接地电阻是衡量接地系统有效性的关键指标，应定期（如每年）使用专用仪器测量，确保接地电阻值符合设计要求，避免因接地电阻过大导致地电位差过大，引发弧光接地过电压故障。

接地网完整性检查定期检查接地网的连接是否牢固，有无腐蚀、断裂等现象。重点关注金属材料的腐蚀情况，及时处理腐蚀严重的部件，防止接地网失效，保障故障电流的顺利泄放。

设备接地连接巡检对变电站内电气设备的接地连接点进行巡检，确保连接可靠，无松动、氧化等问题。特别是在设备检修后，需重新检查接地连接状态，防止因接地不良诱发过电压。

接地引下线检查检查接地引下线有无损伤、断股、机械应力过大等情况，确保其截面积和机械强度满足要求，避免因引下线问题影响接地系统的正常功能。防雷与过电压保护配置避雷器配置原则110kV全绝缘变压器中性点应按GB/T50064-2014要求配置MOA，标称放电电流选用1.5kA，额定电压需覆盖系统最大暂时过电压。消弧线圈应用规范10kV系统电容电流超过10A时应装设消弧线圈，推荐采用过补偿方式，脱谐度控制在10%以内，优先选择自动调谐型以适应电网电容电流变化。主动干预装置选型对于重要负荷变电站，可配置配网过电压主动干预装置，实现弧光接地故障3秒内快速隔离，具备故障相辨识、主动消弧及铁磁谐振抑制功能。接地电阻控制标准变电站接地网接地电阻应≤0.5Ω，当采用高电阻接地方式时，10kV系统故障电流宜限制在10A-100A范围，确保故障点电弧自熄且不影响供电连续性。运行人员技能培训方案

故障识别与判断能力培训重点培训运行人员辨识弧光接地故障特征，如间歇性电弧声、弧光，以及电