電力系統(tǒng)接地故障診斷方法研究

【摘要】接地故障是指相線與地相接而出現(xiàn)的短路性故障，一般分為兩種：金屬性和電弧性短路。前者出現(xiàn)熔焊形式的故障點(diǎn)，具有較大的故障電流；后者故障點(diǎn)接觸不良，存在較大的阻抗，通常以電弧或電火花形式出現(xiàn)故障點(diǎn)，具有較小的故障電流，難以檢測和防范。本文重點(diǎn)研究電力系統(tǒng)接地故障的危害和診斷方法。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)；接地故障；排查

一般來說，我國10kV和6kV架空線路配電網(wǎng)的運(yùn)行多采用經(jīng)消弧線圈接地方式或者中性點(diǎn)不接地方式。當(dāng)單相接地故障發(fā)生時(shí)，該運(yùn)行方式的短路電流要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于負(fù)荷電流，并且位于故障點(diǎn)的電弧會(huì)自行熄滅，所以一般將這種系統(tǒng)叫做小電流接地系統(tǒng)。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，它依然能夠讓線電壓的保持對稱性，而且往往只有較小的故障電流，不會(huì)對負(fù)荷的連續(xù)供電產(chǎn)生影響；故障發(fā)生后依然可以運(yùn)行1-2小時(shí)，無需立即跳閘，供電可靠性得到了一定保障，所以這一系統(tǒng)在國內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用，并且經(jīng)過長期的運(yùn)行檢驗(yàn)，具有良好運(yùn)行情況。然而在城市配電網(wǎng)不斷發(fā)展，配網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜化，電纜線路不斷增加的情況下，配電網(wǎng)電容電流數(shù)值獲得了很大的增加。另外由于小電流接地系統(tǒng)一般不設(shè)置避雷線，而且配電線路鋪設(shè)高度較低，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和周圍的環(huán)境都比較復(fù)雜，所以會(huì)常常出現(xiàn)故障，而單相接地故障的發(fā)生率占總故障率的百分之八十。雖然單項(xiàng)接地故障并不會(huì)使得供電中斷，但是如果長期保持這種故障狀態(tài)，其產(chǎn)生弧光過電壓會(huì)對系統(tǒng)絕緣造成嚴(yán)重威脅和破壞，如此一來，故障就會(huì)進(jìn)一步升級，成為兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地故障，因此十分有必要及時(shí)確定故障點(diǎn)，將故障排除。

1.直流系統(tǒng)接地的定義、產(chǎn)生與危害

1.1 直流系統(tǒng)接地定義

當(dāng)直流系統(tǒng)的正極或負(fù)極與大地的絕緣水平低于某一規(guī)定值時(shí)，即直流系統(tǒng)接地；而當(dāng)正極的絕緣水平比某一規(guī)定值低時(shí)，為正接地；當(dāng)負(fù)極絕緣水平比某一規(guī)定值低時(shí)，即負(fù)接地。

1.2 直流系統(tǒng)接地產(chǎn)生原因

所謂直流系統(tǒng)是一個(gè)支路眾多，具有廣泛負(fù)荷涉及面，長期帶電，不間斷工作的系統(tǒng)。受到環(huán)境、氣候的變化以及污染、高溫的影響，會(huì)出現(xiàn)電纜老化、元件損壞、接線端子老化以及設(shè)備故障等問題，進(jìn)而降低絕緣水平。通常而言，接地概率會(huì)隨著投運(yùn)時(shí)間的增加而提高。

1.3 直流系統(tǒng)接地的種類與危害

（1）接地種類

根據(jù)現(xiàn)實(shí)直流系統(tǒng)接地構(gòu)成進(jìn)行分類，主要有如下幾類：按照接地極性可以分為正接地和負(fù)接地；按照接地類型可以分為直接和間接接地，也可以稱為金屬性和非金屬性接地；另外，按照接地情況還可以分為單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地、絕緣接地、環(huán)路接地和交流半接地等。由于各地區(qū)具有不同的直接接地情況，因而有了很多不同的接地種類。

（2）正極接地危害

正極接地會(huì)有導(dǎo)致斷路器跳閘的可能。斷路器跳閘線圈都是與負(fù)極電源相接，當(dāng)系統(tǒng)正極與大地相接時(shí)，產(chǎn)生回路。如圖1，當(dāng)A點(diǎn)與B點(diǎn)同時(shí)與大地相接時(shí)，就等于A、B兩點(diǎn)經(jīng)過大地相互連接起來，中間斷路器2J1 發(fā)生挑戰(zhàn)。同樣的道理，當(dāng)時(shí)A點(diǎn)與C點(diǎn)與大地相接時(shí)，或者A點(diǎn)與D點(diǎn)與大地同時(shí)相接，都會(huì)出現(xiàn)斷路器跳閘。

（3）負(fù)極接地的危害

負(fù)極接地會(huì)有造成斷路器拒跳的可能。如圖1所示，當(dāng)B點(diǎn)與E點(diǎn)與大地同時(shí)相接時(shí)，兩點(diǎn)通過大地形成回路，即中間斷路器2J1被短接，這時(shí)如果發(fā)生系統(tǒng)故障，由于2J1不能正常工作，就會(huì)出現(xiàn)斷路器拒動(dòng)，進(jìn)一步擴(kuò)大故障。同理，當(dāng)E、C點(diǎn)同時(shí)與大地相接時(shí)或者E、D點(diǎn)與大地同時(shí)相接時(shí)，都有出現(xiàn)斷路器拒動(dòng)的可能。

2.查找、排除直流接地故障的流程與方法

2.1 排查流程

從上述分析，可以發(fā)現(xiàn)，正極接地和負(fù)極接地其中任何一個(gè)發(fā)生接地，與大地形成回路，都應(yīng)當(dāng)及時(shí)排除，不然就會(huì)導(dǎo)致故障進(jìn)一步升級，出現(xiàn)兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地，甚至導(dǎo)致事故的發(fā)生。雖然變電站直流接地具有復(fù)雜性，但是對于常規(guī)保護(hù)和微機(jī)保護(hù)而言，所采用的故障排除方法都是相似的。根據(jù)對多年直流系統(tǒng)接地故障排查的工作經(jīng)驗(yàn)，可以將其工作流程歸納如下：

（1）以直流接地故障檢測裝置的顯示或直流屏故障情況的顯示來判斷是否有誤報(bào)的情況，對故障回路以及類型進(jìn)行確定；

（2）通過利用分段查找法、拉路法查找直流接地故障點(diǎn)，確定并處理故障點(diǎn)。

2.2 排查方法

當(dāng)故障回路無法準(zhǔn)確判斷時(shí)，一般以拉路法進(jìn)行排查。直流接地回路如果脫離直流系統(tǒng)而運(yùn)行，那么直流母線的正負(fù)極對地電壓便會(huì)出現(xiàn)平衡；因此，在排查故障，人們往往會(huì)瞬間對直流接地回路進(jìn)行停電，確定該回路是否存在直流接地點(diǎn)。

由于直流系統(tǒng)是不間斷電源這一特性，不能隨意對其進(jìn)行停電。在加上近些年計(jì)算機(jī)的使用，出于微機(jī)保護(hù)也不能隨意停電。進(jìn)行現(xiàn)場故障的排除時(shí)，非正常的閉環(huán)回路經(jīng)常發(fā)生。而采用拉路法常常會(huì)使保護(hù)回路和控制回路發(fā)生跳閘等事故。

所以，在新的直流系統(tǒng)中對各支流回路進(jìn)行了清晰的區(qū)分，采用專用斷路器進(jìn)行投退控制，拉路檢查可以借助對控制開關(guān)或保險(xiǎn)操作來進(jìn)行。

2.3 直流接地在線檢測裝置

當(dāng)前市場上存在著諸多直流接地選線裝置。其生產(chǎn)設(shè)計(jì)多采用信號注入法、磁飽和檢測法和霍爾傳感器監(jiān)測法來進(jìn)行，一般是將一個(gè)穿心式電流互感器按章在直流的各分支回路之上，通過直流接地選線裝置分析判斷各互感器感應(yīng)到的信號，將直流接地的分支回路確定下來，安裝在支路回路上的傳感其編號和接地檢測儀會(huì)將部分回路進(jìn)行編號。這一裝置的優(yōu)點(diǎn)是，能夠?qū)Ω鞣种Щ芈返慕拥貭顟B(tài)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測，在對接地回路進(jìn)行檢查時(shí)，如果儀器具有很高的精準(zhǔn)度，那就是一種非常好的自動(dòng)化設(shè)備。然而實(shí)際上其存在較大的誤報(bào)率和抗干擾能力，精準(zhǔn)度較差，各現(xiàn)場情況差異大，存在不少使用問題。

2.4 便攜式檢測裝置

采用便攜式的直流接地故障查找儀對直流接地進(jìn)行查找，是非常有效的一種方法，這一測試儀是拉路法的輔助工具，能夠在時(shí)間和安全上保證接地故障有效排除。它具有如下特點(diǎn)：無需將直流回路電源斷開，能夠?qū)Ω鞣植蓟芈愤M(jìn)行移動(dòng)式測量。一旦接地回路形成，就會(huì)自動(dòng)報(bào)警。這一裝置具有很好的實(shí)用性。與在線裝置信號注入法，在理論上具有很大的相似性。因?yàn)樗哂锌梢噪S意移動(dòng)的采集傳感器，所以能夠地各接地點(diǎn)進(jìn)行更為具體的查找。當(dāng)就現(xiàn)實(shí)情況而言，由于產(chǎn)品和各支流系統(tǒng)具有較差的抗干擾能力和兼容性，存在較高的誤報(bào)率，所以沒有得到廣泛的使用和推廣。

3.結(jié)語

在保障電力系統(tǒng)可靠安全運(yùn)行方面，接地網(wǎng)發(fā)揮著非常重要的作用，保證接地網(wǎng)的正常運(yùn)行，變電站工作人員以及電氣設(shè)備的安全才能夠得到保障。生產(chǎn)運(yùn)行部門一直十分重視其接地性能。深入研究接地網(wǎng)檢測和故障診斷的方法，能夠更為快速準(zhǔn)確的判斷接地系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，將其存在的隱患和問題及時(shí)排查出來，并采取針對性措施予以解決，從而保證人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

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