小電流接地系統(tǒng)故障分析及處理

劉 劍

（國(guó)網(wǎng)陜西省咸陽(yáng)市供電公司，陜西 咸陽(yáng)712000）

0 引言

現(xiàn)階段，隨著我國(guó)電網(wǎng)“三集五大”改革的不斷推進(jìn)，各個(gè)地區(qū)基本上都建立了電力調(diào)度中心，在調(diào)度控制一體化的管理模式之下，接入電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的受控站數(shù)量也明顯增多，其中小電流接地系統(tǒng)分路的數(shù)量也越來(lái)越多。在這樣龐大的小電流接地系統(tǒng)之中，可能產(chǎn)生的故障類(lèi)型主要有單相接地故障和事故跳閘故障2種，故障發(fā)生幾率要比大電流接地系統(tǒng)大得多，且造成的危害也大得多，同時(shí)其表現(xiàn)出了線路地域集中的特征。對(duì)于這些問(wèn)題，我們必須要使用有效的手段來(lái)控制小電流接地系統(tǒng)的故障發(fā)生幾率，這樣才能夠確保我國(guó)配電網(wǎng)高效穩(wěn)定運(yùn)行，確保供電的穩(wěn)定性和安全性。一般來(lái)說(shuō)，在區(qū)域內(nèi)部電力系統(tǒng)中經(jīng)常采用中性點(diǎn)接地方式，而中性點(diǎn)接地又可劃分為2種不同類(lèi)型，其一是中性點(diǎn)直接接地，其二是中性點(diǎn)間接接地。從現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)低壓配電網(wǎng)的運(yùn)行情況來(lái)看，大多選擇中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，即本文中所研究的小電流接地系統(tǒng)。

1 小電流接地系統(tǒng)故障帶來(lái)的危害

當(dāng)前世界上很多國(guó)家的配電網(wǎng)普遍選擇中性點(diǎn)間接接地系統(tǒng)，因?yàn)楫?dāng)接地故障發(fā)生后，其經(jīng)過(guò)接地點(diǎn)的電流較小，因此也稱(chēng)為小電流接地系統(tǒng)，主要可劃分為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)、中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)和中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)。采取小電流接地系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì)：當(dāng)產(chǎn)生單相接地故障后不會(huì)形成短路回路，而僅僅在系統(tǒng)內(nèi)部形成較小的零序電流；三相線之間的電壓仍舊處于對(duì)稱(chēng)狀態(tài)，不會(huì)耽誤系統(tǒng)的正常工作。這樣一來(lái)就可以大大增強(qiáng)電力系統(tǒng)的供電穩(wěn)定性，所以小電流接地方式也得到了普遍的運(yùn)用。

小電流接地系統(tǒng)的跳閘故障和大電流接地系統(tǒng)相比，對(duì)系統(tǒng)的沖擊較小，但是過(guò)于頻繁的跳閘故障會(huì)影響更多的用戶(hù)，對(duì)配電網(wǎng)的供電穩(wěn)定性帶來(lái)較大的影響。而小電流接地系統(tǒng)的單相接地故障發(fā)生后，雖然并不會(huì)直接導(dǎo)致跳閘，但是會(huì)讓非故障相對(duì)地電壓逐漸上升，有很大可能導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部絕緣薄弱區(qū)域被擊穿，從而產(chǎn)生短路。當(dāng)單相接地故障發(fā)生后，就如同在接地點(diǎn)另外添加了一個(gè)零序電壓源，這一電壓源會(huì)朝各個(gè)線路輸送零序電流。在故障區(qū)域所形成的電弧常常會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞進(jìn)而形成相間短路。在某些環(huán)境之下，還有可能發(fā)生串聯(lián)諧振過(guò)電壓，其數(shù)值往往會(huì)超過(guò)相電壓的幾倍，危害相當(dāng)大。另外，在系統(tǒng)內(nèi)部存在抵御短路能力不足的限制運(yùn)行主變時(shí)，單相接地與跳閘故障常常會(huì)導(dǎo)致主變燒毀。

2 小電流接地系統(tǒng)故障分析及處理方法

2.1 小電流接地系統(tǒng)故障分析

大量相關(guān)資料顯示，在目前國(guó)內(nèi)小電流接地系統(tǒng)中存在的普遍問(wèn)題主要是單相接地故障，單相接地故障的發(fā)生概率大約在整個(gè)小電流接地系統(tǒng)故障的80%左右?，F(xiàn)階段電力系統(tǒng)單相接地故障的發(fā)生原因主要是：?jiǎn)蜗嘟拥厥鹿十a(chǎn)生后，接地相的電壓會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)下降到0，這樣一來(lái)往往會(huì)造成一個(gè)非常嚴(yán)重的問(wèn)題：按照電壓平衡定律，電力系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的非平衡相電壓會(huì)在短時(shí)間內(nèi)瞬間提升到正常狀態(tài)下的1.7倍左右，在電壓提升的狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行就很容易導(dǎo)致電力系統(tǒng)對(duì)地連接薄弱處發(fā)生擊穿，而若是整個(gè)系統(tǒng)都存在對(duì)地?fù)舸┑膯?wèn)題，那么會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)都發(fā)生短路，對(duì)電網(wǎng)內(nèi)的各種設(shè)備設(shè)施造成損壞，另外還會(huì)形成弧光效應(yīng)，可能引發(fā)火災(zāi)等更為嚴(yán)重的后果。

2.2 處理小電流接地系統(tǒng)故障的主要方法

我國(guó)對(duì)中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)的相關(guān)研究相對(duì)于國(guó)外來(lái)說(shuō)要更加廣泛一點(diǎn)，下面筆者結(jié)合自身的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)以及對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)資料的研究，提出了幾點(diǎn)處理小電流接地系統(tǒng)故障的方法：

（1）拉路或拉閘。如果電力系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生接地相關(guān)的故障，我們可以讓電力系統(tǒng)內(nèi)部控制人員對(duì)各個(gè)線路進(jìn)行拉閘限電，從而找出接地線路。拉路或拉閘屬于一種相對(duì)落后的方法，但是從實(shí)際效果來(lái)說(shuō)，這也算是一種有效性較高的人工故障清除方法，在現(xiàn)階段的電路系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)中依舊被很多電力人員所使用。然而，我們也必須了解這一方法的局限性，例如會(huì)減短斷路器的壽命、對(duì)區(qū)域設(shè)備產(chǎn)生損害等。

（2）穩(wěn)態(tài)信號(hào)測(cè)量分析法。這種方法通常是對(duì)接地信號(hào)的穩(wěn)態(tài)特征圖譜進(jìn)行一系列的分析，其原理是當(dāng)電力系統(tǒng)處于正常穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，由于內(nèi)部三相高壓電容具有非對(duì)稱(chēng)性質(zhì)，因此在電網(wǎng)中性點(diǎn)常常會(huì)產(chǎn)生電壓偏移的情況，如果接地點(diǎn)存在擊穿現(xiàn)象，那么接地相電壓就會(huì)發(fā)生變化，之后再通過(guò)穩(wěn)態(tài)分析來(lái)實(shí)現(xiàn)小電流接地系統(tǒng)故障的預(yù)測(cè)功能。

（3）暫態(tài)信號(hào)測(cè)量分析法。該方法現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外很多專(zhuān)家學(xué)者都在研究，其原理一般是區(qū)域內(nèi)的配電系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地事故之后，往往會(huì)形成瞬間暫態(tài)電壓和電流信號(hào)，我們對(duì)瞬間暫態(tài)電壓和電流信號(hào)進(jìn)行分析就能夠很容易地找出導(dǎo)致故障發(fā)生的源線路。同時(shí)還有很多研究人員也試驗(yàn)了利用小波分析法來(lái)對(duì)暫態(tài)信號(hào)進(jìn)行分析，從而找出小電流接地系統(tǒng)故障的特征。

（4）運(yùn)用改進(jìn)后的小波分析法來(lái)對(duì)故障行波特征進(jìn)行分析。上文中已經(jīng)提到，現(xiàn)階段有很多研究人員 利用小波分析法來(lái)尋找故障行波特征，但是這種方法依舊有一定的缺陷，比如經(jīng)常會(huì)受到外部電信號(hào)的影響，從而導(dǎo)致分析結(jié)果與實(shí)際存在偏差，無(wú)法準(zhǔn)確找出故障線路的位置。我們可以對(duì)暫態(tài)電流信號(hào)矩陣實(shí)施S變換，確保測(cè)量點(diǎn)是暫態(tài)能量處于最大狀態(tài)下時(shí)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，之后再選取故障特征的頻率序列，把出現(xiàn)次數(shù)最多的區(qū)域定為故障區(qū)域。這種方法與小波定位分析相比，其結(jié)果的準(zhǔn)確率更高。而我國(guó)東南大學(xué)的研究人員提出了基于FTU反饋線路自動(dòng)化特征的故障定位方法，也能夠獲得非常準(zhǔn)確的分析結(jié)果。

（5）通過(guò)近似熵的算法對(duì)線路進(jìn)行檢測(cè)。如果電力系統(tǒng)內(nèi)部存在小電流接地故障，我們可以在故障點(diǎn)兩側(cè)的檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，往往能夠捕獲到這兩點(diǎn)的暫態(tài)功率頻率，經(jīng)驗(yàn)證它們是相同的，因此在這一狀態(tài)下二者熵值的大小也應(yīng)該區(qū)域相等。利用這一檢測(cè)方法，我們能夠非常容易地對(duì)近似熵值的比例因子進(jìn)行計(jì)算，之后將其和主控制站設(shè)計(jì)熵值的取值范圍進(jìn)行對(duì)比，就能夠很容易地判斷出故障發(fā)生區(qū)域。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，有效控制小電流接地系統(tǒng)的故障發(fā)生幾率是一項(xiàng)長(zhǎng)期性、系統(tǒng)性的工作，我們只有對(duì)部分故障發(fā)生幾率較高的線路進(jìn)行一定的改造，才能夠從本質(zhì)上處理好這一問(wèn)題。從當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀來(lái)看，供電的安全可靠性已經(jīng)成為各國(guó)普遍關(guān)注的焦點(diǎn)，因此我們應(yīng)該更加深入地對(duì)小電流接地系統(tǒng)故障進(jìn)行分析研究，不斷改善現(xiàn)有的選線裝置，從而讓其可以快速地找到故障線路。同時(shí)，我們還可以通過(guò)利用接地線路查詢(xún)系統(tǒng)、新型接地選線裝置、做好變電站監(jiān)控工作等方法，有效地對(duì)故障進(jìn)行處理，從而保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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