中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相不完全接地故障分析

楊建國，鹿 優(yōu)

（1.泰山抽水蓄能電站，山東 泰安 271000；2.國網(wǎng)技術(shù)學(xué)院，山東 泰安 271000）

0 引言

中性點(diǎn)不接地是小電流接地系統(tǒng)中一種常見的中性點(diǎn)運(yùn)行方式，多用于35 kV及以下電壓等級的系統(tǒng)中。 在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障時，由于線電壓不變，負(fù)荷側(cè)可以繼續(xù)工作，此時系統(tǒng)進(jìn)入非正常運(yùn)行狀態(tài)，為了防止由于接地點(diǎn)的電弧及其產(chǎn)生的過電壓，使系統(tǒng)由單相接地故障發(fā)展成為多相接地故障，引起事故擴(kuò)大，繼續(xù)運(yùn)行時間不得超過兩小時［1］。在調(diào)度運(yùn)行的工作中，根據(jù)SCADA系統(tǒng)提供的遙測數(shù)據(jù)，通常使用分割電網(wǎng)、環(huán)路調(diào)電、短時拉路等方法排查單相接地的故障點(diǎn)。

小電流接地系統(tǒng)的單相接地故障包含單相金屬性接地（直接接地）和單相經(jīng)過渡電阻接地（不完全接地）兩種。 單相金屬性接地故障的特征表現(xiàn)為中性點(diǎn)的電位升高為相電壓，故障相對地電壓為零，非故障相對地電壓升高為線電壓，相間電壓不變。當(dāng)發(fā)生單相金屬性接地故障時，調(diào)度運(yùn)行人員通過故障母線的遙測信息可以判斷出故障相為對地電壓為零的一相，進(jìn)而為下一階段的尋找故障點(diǎn)以及維修工作指明方向。當(dāng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相不完全接地故障時，由于過渡電阻的作用，各相對地電壓有升高也有降低的現(xiàn)象，中性點(diǎn)的電位不會升高為相電壓。

1 中性點(diǎn)電位的偏移

圖1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相經(jīng)過渡電阻接地

由彌爾曼定理［2］得中性點(diǎn)對地電壓的表達(dá)式

其中三相對地復(fù)導(dǎo)納可表示為：YA=jωC，YB=jωC，YC=1/Rd+jωC。 將三相對地復(fù)導(dǎo)納代入中性點(diǎn)對地電壓的表達(dá)式進(jìn)行化簡

代入方程得

方程展開得

化簡方程可知方程左右相等，以上結(jié)論得以驗(yàn)證。

由于 X=3ωCRd，系統(tǒng)角頻率 ω、對地電容 C、接地電阻 Rd均為常數(shù)，所以 X∈（0，＋∞），在此取值范圍內(nèi)的軌跡橫坐標(biāo)為正，縱坐標(biāo)為負(fù)。相量在復(fù)平面上為實(shí)軸下方的半圓。由于當(dāng)接地電阻Rd變化時，中性點(diǎn)的電位偏移的軌跡是以接地相的相電壓為直徑的位于其順時針一側(cè)的半圓，相間電壓不變，中性點(diǎn)電位偏移軌跡如圖2（a）所示。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相不完全接地時各相對地電壓的相量圖如圖2（b）所示。

2 單相不完全接地的電壓相量特性

單相不完全接地的特征從表達(dá)式中難以把握，可以通過相量圖定性分析。

根據(jù)復(fù)變函數(shù)的有關(guān)知識或參考控制理論的線性系統(tǒng)頻域分析法可知，相量在復(fù)平面上的軌跡為以（0.5，0）為圓心，直徑為 1 的圓。

圖2 單相不完全接地的中性點(diǎn)電位偏移軌跡及電壓相量圖

3 接地故障相判別規(guī)律的分析

單相金屬性接地由于特征較為明顯，所以接地故障相的判別較為容易。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相經(jīng)過渡電阻接地的故障相判別規(guī)律可通過以下兩種方法分析得出。

3.1 運(yùn)用數(shù)學(xué)軟件分析

根據(jù)各相對地電壓的表達(dá)式，使用數(shù)學(xué)軟件MATLAB分析繪制各相對地電壓及中性點(diǎn)對地電壓隨相量變化的曲線。由于相量是接地電阻Rd的函數(shù)，所以變化曲線可以體現(xiàn)出接地電阻Rd對各相對地電壓產(chǎn)生的影響。

3.2 分析電壓相量圖

圖3 各相對地電壓及中性點(diǎn)對地電壓隨相量K變化的曲線

圖4 三相對地電壓的相量圖

4 結(jié)語

通過以上三個層面的分析，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相經(jīng)過渡電阻接地時，中性點(diǎn)的電位發(fā)生偏移，隨著接地電阻的變化，在相量圖上形成以接地相相電壓的負(fù)相量為直徑的位于其順時針一側(cè)的半圓軌跡，相間電壓不變。接地故障相的判別規(guī)律為：按照三相電壓變化的正相序，接地電壓最高相的下一相為接地故障相。

［1］王曉玲.電氣設(shè)備及運(yùn)行［M］.北京：中國電力出版社，2010.

［2］許成祥.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相經(jīng)過渡電阻接地時接地相判別原則探討［J］.電工技術(shù)， 2000，（11）： 60-61.

［3］李如琦，黃歡，張振興，等.小電流系統(tǒng)單相不完全接地故障分析［J］.廣西大學(xué)學(xué)報， 2007，32（4）：367-370.