小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地對(duì)變電設(shè)備的影響

摘 要：小電流接地系統(tǒng)發(fā)生電網(wǎng)單相接地時(shí)會(huì)基于接地選線(xiàn)裝置對(duì)現(xiàn)場(chǎng)變電設(shè)備所產(chǎn)生數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，診斷提出可能存在的瞬間接地故障與永久性接地故障。本文簡(jiǎn)要分析了小電流接地系統(tǒng)在發(fā)生單相短時(shí)接地故障時(shí)對(duì)架空線(xiàn)路各變電設(shè)備所產(chǎn)生的影響，并引入接地重合閘技術(shù)，希望快速消除變電設(shè)備故障，提高電力系統(tǒng)的供電穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：小電流接地系統(tǒng)；單相接地；短時(shí)接地故障；接地重合閘技術(shù)

在我國(guó)，絕大部分地區(qū)配電網(wǎng)都采用的是小電流接地系統(tǒng)，但由其系統(tǒng)所引發(fā)的配電網(wǎng)單相接地故障概率相當(dāng)之高。該故障一旦發(fā)生，由于配電網(wǎng)內(nèi)變電設(shè)備沒(méi)有構(gòu)成短路回路，故障電流就會(huì)變小，系統(tǒng)依然能夠保持三相任對(duì)稱(chēng)狀態(tài)而帶故障運(yùn)行一段時(shí)間。不過(guò)如果長(zhǎng)時(shí)間帶單相接地故障運(yùn)行就很容易出現(xiàn)變電設(shè)備及系統(tǒng)的過(guò)電壓嚴(yán)重故障，直接促使故障擴(kuò)大（例如短路故障），影響變電設(shè)備安全。

1 小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障的基本特征及對(duì)變電設(shè)備的影響分析

小電流接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時(shí)一般呈現(xiàn)兩種特征狀態(tài)，穩(wěn)態(tài)特征狀態(tài)與暫態(tài)特征狀態(tài)，本文主要分析后者。單相接地故障的暫態(tài)特征就是指小電流接地系統(tǒng)在接地故障發(fā)生瞬間，其故障的暫態(tài)量大幅度超過(guò)穩(wěn)態(tài)量，此時(shí)變電設(shè)備的故障電容電流可以被視為是多電流之和，如圖1。

如圖1，其中“→”符號(hào)就表示變電設(shè)備故障相變壓突然下降而引發(fā)設(shè)備瞬間放電電容電流，其所放出電流會(huì)體現(xiàn)出較高的震蕩頻率（最高可達(dá)上千赫茲），而且它的衰減速度也會(huì)非常之快。此時(shí)，放電電容電流的主要震蕩頻率與衰減速度應(yīng)該取決于小電流接地系統(tǒng)中變電設(shè)備的實(shí)際阻抗參數(shù)，也包括變電設(shè)備的接地電阻與故障點(diǎn)具體位置。另一方面，變電設(shè)備在非故障相變壓瞬間上升過(guò)程中會(huì)引發(fā)大量充電電容電流，這些電流會(huì)經(jīng)過(guò)電源形成回路，并使得回路存在較大電感。所以在這種狀況下，變電設(shè)備的電流震蕩頻率會(huì)表現(xiàn)為較低水平，它的衰減速度也會(huì)隨之減慢。架空電路變電設(shè)備電感偏大但電容較小，整個(gè)線(xiàn)路呈現(xiàn)感性狀態(tài)，能夠滿(mǎn)足電阻R<2這一條件，它的單相接地故障點(diǎn)故障電流也滿(mǎn)足迅速衰減特征，可以被視為是短時(shí)接地故障。如果此時(shí)的振蕩頻率在300～1500Hz范圍內(nèi)，按照電力線(xiàn)路的基本性質(zhì)，電纜線(xiàn)路的電感會(huì)偏小而電容會(huì)偏大，線(xiàn)路呈現(xiàn)容性狀態(tài)，這與架空電路變電設(shè)備恰好相反。所以電力線(xiàn)路此時(shí)擁有更短的暫態(tài)過(guò)程，但振蕩頻率偏高，能夠達(dá)到1500～3000Hz范圍。了解小電流接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地時(shí)的短時(shí)接地故障，是為了明確其對(duì)架空電路變電設(shè)備的具體影響，為隨后引入接地重合閘技術(shù)，消除變電設(shè)備故障做好前期鋪墊[1]。

2 接地重合閘技術(shù)引入小電流接地系統(tǒng)的實(shí)踐意義分析

由上文介紹也可以見(jiàn)得，小電流接地系統(tǒng)在單相接地短時(shí)接地故障發(fā)生時(shí)，對(duì)電力系統(tǒng)變電設(shè)備的影響是很大的，因此應(yīng)該考慮引入接地重合閘技術(shù)來(lái)快速消除故障，穩(wěn)定小電流接地系統(tǒng)及變電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

2.1 接地重合閘技術(shù)

接地重合閘技術(shù)所主要應(yīng)對(duì)的就是架空線(xiàn)路變電設(shè)備的單相短時(shí)接地故障，這些故障多由雷電引起。采用該技術(shù)能夠提升架空線(xiàn)路變電設(shè)備的整體安全性，降低停電損失，對(duì)自動(dòng)恢復(fù)整個(gè)小電流接地系統(tǒng)，確保其始終保持安全穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)也有極大幫助。考慮到小電流接地系統(tǒng)的變壓器等級(jí)范圍（3kV～66kV），接地重合閘不會(huì)經(jīng)過(guò)系統(tǒng)中的這些電壓等級(jí)線(xiàn)路。以10kV等級(jí)電網(wǎng)為例，它的小電流接地系統(tǒng)電力出現(xiàn)均以配電出線(xiàn)為主，所以一旦發(fā)生單相短時(shí)接地故障，變壓器接地故障電流不會(huì)很大，接地重合閘也不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生較大沖擊。根據(jù)過(guò)往實(shí)踐檢測(cè)的數(shù)據(jù)顯示，如果變壓器及架空線(xiàn)路沒(méi)有出現(xiàn)絕緣破壞，那它們的短時(shí)接地絕緣恢復(fù)能力會(huì)比預(yù)計(jì)效果更好。因此如果發(fā)生單相短時(shí)接地故障，應(yīng)該先考慮跳開(kāi)線(xiàn)路，熄滅電弧，稍等片刻架空線(xiàn)路的故障點(diǎn)絕緣能力就會(huì)有所恢復(fù)。在這里，接地重合閘技術(shù)能夠有效排除小電流接地系統(tǒng)中所存在的單相電弧接地故障。

2.2 技術(shù)引入實(shí)踐意義

現(xiàn)在我國(guó)許多地區(qū)都會(huì)為小電流接地系統(tǒng)引入這種接地重合閘技術(shù)，其目的就是為了給予電力系統(tǒng)及變電設(shè)備在單相短時(shí)接地故障時(shí)一定的技術(shù)支持，快速解決故障問(wèn)題。具體來(lái)講，它的實(shí)踐意義及優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下兩點(diǎn)。首先，接地重合閘技術(shù)能有效提高電網(wǎng)運(yùn)行及變電設(shè)備運(yùn)行可靠性，如果小電流接地系統(tǒng)的單相接地電弧能持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，它就很容易引發(fā)弧光過(guò)電壓及線(xiàn)路絕緣破壞現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)還可能發(fā)展成為單向永久性接地故障，引發(fā)架空線(xiàn)路及變電設(shè)備的大型事故。在這里，接地重合閘技術(shù)所能實(shí)現(xiàn)的作用就是有效縮短電弧持續(xù)時(shí)間，確保變電設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，提高供配電系統(tǒng)的安全可靠性。再一方面，接地重合閘技術(shù)也非常適用于消弧線(xiàn)圈接地系統(tǒng)，因?yàn)橄【€(xiàn)圈的普遍整定補(bǔ)償位置為15%過(guò)補(bǔ)償處，此時(shí)如果小電流接地系統(tǒng)偏大，當(dāng)他發(fā)生單相短時(shí)接地故障時(shí)，接地殘余電流也會(huì)很大，這就間接增加了接地電弧的熄滅難度。為此，采用接地重合閘技術(shù)能夠很好應(yīng)付接地殘余電流，保證變電設(shè)備斷開(kāi)線(xiàn)路時(shí)處于零電流與零電壓狀態(tài)，如此就能快速恢復(fù)故障點(diǎn)絕緣強(qiáng)度，徹底熄滅接地電弧[2]。

3 小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相短時(shí)接地故障的解決方案

在小電流接地系統(tǒng)的常規(guī)運(yùn)行過(guò)程中，為了避免單相短時(shí)接地故障，可以考慮基于接地重合閘技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)故障解決方案，保證變電設(shè)備及架空線(xiàn)路安全。具體來(lái)講，要首先選定一個(gè)時(shí)間定值，該時(shí)間定值主要根據(jù)實(shí)際電網(wǎng)狀況而靈活選取，保證單相短時(shí)接地故障維持時(shí)間始終大于接地重合閘啟動(dòng)時(shí)間。當(dāng)故障發(fā)生過(guò)程中，主要依據(jù)小電流接地選線(xiàn)裝置來(lái)明確選線(xiàn)結(jié)果，如果故障發(fā)生時(shí)間大于時(shí)間定值，則接地重合閘裝置就會(huì)向接地故障線(xiàn)路發(fā)送跳閘信號(hào)以起到故障報(bào)警作用。如果跳閘回路接收到跳閘信號(hào)，該信號(hào)就會(huì)馬上作用于故障線(xiàn)路跳閘，經(jīng)過(guò)約1s時(shí)間延遲后自動(dòng)啟動(dòng)接地重合閘回路。在1s延遲時(shí)間內(nèi)，小電流接地系統(tǒng)也會(huì)對(duì)變電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而接地重合閘也會(huì)對(duì)所有故障短路跳閘，此時(shí)就表示故障問(wèn)題已被解決，可判斷消弧成功。如果接地重合閘判斷不成功，則證明該線(xiàn)路依然存在故障，這很可能是由于變電設(shè)備出現(xiàn)了永久性故障，應(yīng)該選擇另行處理。另外，考慮到接地重合閘技術(shù)一般作用于單相短時(shí)接地故障的短路故障方面，所以在接地重合閘技術(shù)實(shí)施過(guò)程中，應(yīng)該只針對(duì)短時(shí)接地故障大于定值時(shí)間狀態(tài)下才啟動(dòng)接地重合閘，這也是為了保證接地重合閘與架空線(xiàn)路及變電設(shè)備的速斷保護(hù)不會(huì)產(chǎn)生沖突[3]。

4 總結(jié)

本文主要介紹了小電流接地系統(tǒng)在發(fā)生單相短時(shí)接地故障時(shí)對(duì)架空線(xiàn)路，尤其是對(duì)變電設(shè)備的實(shí)際影響。同時(shí)引入了接地重合閘技術(shù)，明確了其技術(shù)引入實(shí)踐意義，并圍繞該技術(shù)設(shè)計(jì)單相短時(shí)接地故障解決方案，證明了它對(duì)于解決短時(shí)接地故障、徹底熄滅接地電弧方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)性，它應(yīng)該成為未來(lái)小電流接地系統(tǒng)運(yùn)行改善、安全性提升變電設(shè)備有效保護(hù)的有力措施。

參考文獻(xiàn)

[1]吳昌設(shè)，朱金鳳，陸千毅等.試析小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線(xiàn)研究[J].卷宗，2016（5）：566-566，567.

[2]陳博博，屈衛(wèi)鋒，楊宏宇等.小電流接地系統(tǒng)單相接地綜合電弧模型與選線(xiàn)方法的研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2016，44（16）：1-7.

[3]聶鳳歧.電力線(xiàn)路過(guò)電流保護(hù)及自動(dòng)重合閘技術(shù)[J].電子世界，2014（12）：34-34.

作者簡(jiǎn)介：劉國(guó)宇（1988，10-），男，漢族，畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)，大學(xué)本科雙學(xué)士，助理工程師。