淺談供電系統(tǒng)單相接地故障研究

金鵬

摘 要：該文對(duì)高壓供電、單相接地故障進(jìn)行了理論分析，以及對(duì)該故障的危害、真假接地的判斷、故障處理和查找接地故障時(shí)注意事項(xiàng)進(jìn)行了全面的論述，具有一定借鑒意義。

關(guān)鍵詞：小電流接地；選線分析；可靠性

故障相對(duì)地電壓降低，非故障兩相的相電壓升高，但線電壓卻依然對(duì)稱，且系統(tǒng)絕緣又是按線電壓設(shè)計(jì)的，所以系統(tǒng)允許短時(shí)運(yùn)行而不切斷故障設(shè)備，提高了供電可靠性，這也是小電流接地系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)。但是，若發(fā)生單相接地故障后電網(wǎng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，特別是發(fā)生間歇性電弧接地時(shí)，接地相對(duì)地電壓可能升高到幾倍相電壓，會(huì)嚴(yán)重影響危及供電系統(tǒng)電氣設(shè)備和線路的安全可靠運(yùn)行，甚至發(fā)展成短路、火災(zāi)爆炸、系統(tǒng)斷電等惡性電氣事故。

小電流接地系統(tǒng)是指中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈的系統(tǒng)，在配電系統(tǒng)和礦山供電系統(tǒng)中普遍采用。這種接地系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)不形成短路回路，故障電流非常小，不需要保護(hù)裝置立即動(dòng)作。由于線路的絕大部分故障為單相接地故障，而且很多是瞬時(shí)性的，所以，小電流接地系統(tǒng)可以極大地提高供電的可靠性。但小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，容易引起過(guò)電壓，系統(tǒng)絕緣受到威脅，容易擴(kuò)大為相間短路。因此，應(yīng)盡快找到故障線路，盡快排除故障。傳統(tǒng)的方法是采用逐條線路拉閘的方法判斷故障線路，當(dāng)故障線路被拉斷時(shí)，接地故障指示將消失。

1 接地故障的判斷

1.1 電壓互感器一相高壓保險(xiǎn)熔斷，報(bào)出接地信號(hào)。區(qū)分依據(jù)：接地故障時(shí)，故障相對(duì)地電壓降低，非故障相對(duì)地電壓升高，線電壓不變，而電壓互感器一相高壓保險(xiǎn)熔斷時(shí)，對(duì)地電壓一相降低，另兩相電壓不變，線電壓指示則會(huì)降低。

1.2 用變壓器對(duì)空載母線合閘充電時(shí)，斷路器三相合閘不同期，三相對(duì)地電容不平衡，使中性點(diǎn)發(fā)生位移，三相電壓不對(duì)稱，報(bào)出接地信號(hào)。

區(qū)分依據(jù)：這種情況在操作時(shí)發(fā)生，只要檢查母線及連接設(shè)備無(wú)異常，即可判定。投入一條線路或投入一臺(tái)所用變，接地信號(hào)即可消失。

1.3 系統(tǒng)中三相參數(shù)不對(duì)稱，消弧線圈的補(bǔ)償度調(diào)整不當(dāng)，在倒運(yùn)行方式操作時(shí)，報(bào)出接地信號(hào)。

區(qū)分依據(jù)：這種情況多發(fā)生在系統(tǒng)中有倒運(yùn)行方式操作時(shí)。經(jīng)匯報(bào)調(diào)度，在相互取得聯(lián)系時(shí)，可以了解到?？上然謴?fù)原運(yùn)行方式，將消弧線圈停電調(diào)整分接頭，然后投入，再進(jìn)行倒運(yùn)行方式操作。

1.4 在合空載母線時(shí)，可能發(fā)生鐵磁諧振過(guò)電壓，報(bào)出接地信號(hào)。區(qū)分依據(jù)：電壓表有一相、兩相、三相指示會(huì)超過(guò)線電壓或以低頻擺動(dòng)，表針會(huì)打到頭。可分為基波諧振、高頻諧振、分頻諧振三種。

2 單相接地故障處理方法

根據(jù)接地故障的判斷所述依據(jù)，首先判明故障性質(zhì)和相別，待確定為接地故障后，采取措施，進(jìn)行查找處理。

2.1 分網(wǎng)運(yùn)行縮小范圍。分網(wǎng)運(yùn)行包括系統(tǒng)分網(wǎng)運(yùn)行和變電站內(nèi)分網(wǎng)運(yùn)行，系統(tǒng)的分網(wǎng)應(yīng)在調(diào)度統(tǒng)一指揮下進(jìn)行，并考慮各部分之間功率平衡、繼電保護(hù)的相互配合、消弧線圈的補(bǔ)償度是否適當(dāng)。對(duì)于變電站，分網(wǎng)就是將母線分段運(yùn)行，縮小范圍，找出仍有接地信號(hào)的一段母線。

2.2 檢查站內(nèi)設(shè)備。確定故障范圍后，應(yīng)對(duì)故障范圍以內(nèi)的站內(nèi)一次設(shè)備進(jìn)行全面的外部巡視檢查。主要檢查設(shè)備瓷質(zhì)部分有無(wú)損壞、放電閃絡(luò)，設(shè)備上有無(wú)落物、小動(dòng)物及外力破壞現(xiàn)象，各引線有無(wú)斷線接地，檢查互感器、避雷器、電纜頭等有無(wú)擊穿損壞等。

2.3 檢查站內(nèi)設(shè)備故障處理。故障點(diǎn)可以用斷路器隔離。檢查發(fā)現(xiàn)電流互感器、出線穿墻套管、出線避雷器、電纜頭、耦合電容器、線路側(cè)隔離開關(guān)等斷路器外側(cè)的設(shè)備有故障。應(yīng)匯報(bào)調(diào)度，轉(zhuǎn)移負(fù)荷后，斷開斷路器隔離故障。拉開故障設(shè)備的兩側(cè)隔離開關(guān)，匯報(bào)上級(jí)有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，做好安全措施，等待修試人員檢修故障設(shè)備。

2.4 檢查站內(nèi)設(shè)備未發(fā)現(xiàn)異常。匯報(bào)調(diào)度，利用瞬停的方法查出故障線路，確定帶接地故障的線路。

以上是對(duì)有人值班變電站發(fā)生小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的處理。

3 查找處理過(guò)程中的特殊情況

遇有其它斷路器跳閘可強(qiáng)送一次。

消弧線圈有故障，應(yīng)先投入備用變壓器，將變壓器停運(yùn)后，拉開消弧線圈隔離開關(guān)（將變壓器重新投入運(yùn)行），或先切除故障線路，再拉開消弧線圈隔離開關(guān)。嚴(yán)禁在有接地故障時(shí)，拉合消弧線圈隔離開關(guān)。

當(dāng)某一出線跳閘，同時(shí)出現(xiàn)接地信號(hào)，一般是由于兩條出線不同相接地，但只有一回出線斷路器跳閘，而另一回出線仍然接地的緣故。此時(shí)，發(fā)生故障線路不再?gòu)?qiáng)送，按照接地選線序位表，尋找接地線路。

系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，同時(shí)有兩條出線斷路器跳閘，跳閘后，接地現(xiàn)象消失，一般判斷為兩條出線異相接地短路，應(yīng)輪流強(qiáng)送斷路器，鑒別永久性接地點(diǎn)，將非接地線路投入運(yùn)行。如果兩點(diǎn)永久性接地，可強(qiáng)送較重要的線路。如兩條線路都很重要，可倒至不同母線上，將母線分段運(yùn)行。

4 典型選線方法分析

由于測(cè)量有誤差，加上故障接地電阻變化范圍很大，用設(shè)整定值的辦法實(shí)際上根本不能正確選線，必須采用相對(duì)浮動(dòng)的軟判據(jù)。群體比幅比相選線方法就是采取了這樣一種思想。原理如下：（1）監(jiān)視PT二次開口零序電壓，當(dāng)電壓超過(guò)30V時(shí)啟動(dòng)算法。（2）對(duì)各路零序電流進(jìn)行離散傅立葉變換，針對(duì)中性點(diǎn)是否接有消弧線圈分別選出基波或5次諧波幅值最大的前3條線路。這是一個(gè)比幅的過(guò)程。（3）對(duì)選出的3條幅值最大線路零序電流進(jìn)行比相，若某電流與其它兩電流反相，則判該電流對(duì)應(yīng)線路為故障線路；若3者均同相，則判為母線故障。

5 能量法選線判據(jù)

據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，電網(wǎng)的絕大多數(shù)單相接地故障發(fā)生在相電壓接近峰值的瞬間。由于系統(tǒng)原來(lái)對(duì)地平均電壓為0，即線路對(duì)地電容充電電荷平均值為0，處于零初始狀態(tài)。等值故障電源投入后，要發(fā)生零序回路電容的充電過(guò)程。充電過(guò)程中伴隨著暫態(tài)能量由故障點(diǎn)經(jīng)故障線路向正常線路傳遞，這部分能量是由等值電源發(fā)出，用來(lái)在線路對(duì)地電容中建立電場(chǎng)能量。所以在故障線路斷面上流過(guò)的暫態(tài)能量大于在正常線路斷面上流過(guò)的暫態(tài)能量，而且流向相反。所以，將各條線路流過(guò)的暫態(tài)能量確定下來(lái)，并比較大小和方向，可構(gòu)成選線判據(jù)。對(duì)消弧線圈接地系統(tǒng)，暫態(tài)過(guò)程中電感需要激磁能量，也是由零序分量提供，所以消弧線圈不但沒有破壞判據(jù)條件，而且還使特征更加明顯。

6 四點(diǎn)注意事項(xiàng)

一是有重合閘裝置的斷路器，拉路尋找時(shí)，應(yīng)利用重合閘裝置進(jìn)行選線。二是有人值班變電站和無(wú)人值班變電站，在拉路選線時(shí)，均應(yīng)至少兩人進(jìn)行操作。三是系統(tǒng)接地時(shí)，檢查站內(nèi)設(shè)備，應(yīng)穿絕緣靴，接觸設(shè)備外殼、構(gòu)架及操作，應(yīng)戴絕緣手套。四是發(fā)現(xiàn)明顯接地時(shí)，室內(nèi)不得接近故障點(diǎn)4m以內(nèi)，室外不得接近故障點(diǎn)8m以內(nèi)。

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