10 kV線路高阻接地故障的分析及處理

凌 青

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司 湛江供電局 廣東湛江 524000

我國電力系統(tǒng)快速發(fā)展，城市供電負(fù)荷日益增大。10kV線路具有出線長、走向復(fù)雜、電容電流大等特點(diǎn)，加之在設(shè)計(jì)、施工和驗(yàn)收過程中可能出現(xiàn)的失誤，導(dǎo)致在變電運(yùn)行中發(fā)生線路接地故障的概率大大增大，特別是沿海地區(qū)遭遇臺(tái)風(fēng)、雷雨等災(zāi)害性天氣時(shí)，接地故障數(shù)量大大增加。單相接地是電網(wǎng)的主要故障形式，其故障數(shù)量占全電網(wǎng)故障總量的60%以上，其中，弧光接地[1]對(duì)系統(tǒng)和電網(wǎng)的影響最大，而高阻接地則是最復(fù)雜的故障，部分弧光接地故障就是從高阻接地故障發(fā)展而來的。由此可見，對(duì)10kV線路高阻接地故障進(jìn)行分析和處理具有重要意義。

1 現(xiàn)行10kV系統(tǒng)運(yùn)行方式的特點(diǎn)

目前我國10kV電網(wǎng)系統(tǒng)采用小電流接地運(yùn)行方式，常見的接地方式主要有三種： 中性點(diǎn)不接地[2-4]、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地[5-7]、中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地[8-10]。

中性點(diǎn)不接地，即中性點(diǎn)對(duì)地絕緣，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行方便，多用于以10kV架空線路為主的供電系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，流經(jīng)故障點(diǎn)的穩(wěn)態(tài)電流可近似看作電網(wǎng)中非故障相電纜、架空線路及所有電氣設(shè)備的對(duì)地耦合電容電流。如果是瞬時(shí)故障，一般能自動(dòng)熄弧，恢復(fù)正常運(yùn)行。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，非故障相對(duì)地電壓升高，而相電壓和線電壓維持不變，規(guī)程規(guī)定允許運(yùn)行1～2h，一般不影響用戶的供電可靠性。

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地是在變壓器10kV側(cè)中性點(diǎn)接一個(gè)消弧線圈，然后接地，用消弧線圈的感性電流對(duì)非故障相容性電流進(jìn)行補(bǔ)償，進(jìn)而自行熄弧。目前，以架空線為主的地區(qū)多采用消弧線圈串聯(lián)電阻方式，這種方式兼?zhèn)湎【€圈和小電阻的優(yōu)點(diǎn)，是10kV系統(tǒng)較為理想的一種接地方式。目前許多變電站都配置了自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置，可以通過調(diào)節(jié)電感值對(duì)接地線路進(jìn)行有效補(bǔ)償。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，能有效抑制故障點(diǎn)的殘壓，減小故障電流。

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地是指在變壓器中性點(diǎn)經(jīng)一個(gè)小電阻接地，該電阻在單相接地時(shí)產(chǎn)生短路電流，且與故障相耦合電容構(gòu)成并聯(lián)回路，是電容電荷的釋放元件和諧振的阻壓元件。在系統(tǒng)單相接地、短路電流小于定值時(shí)，可通過接地電流啟動(dòng)零序保護(hù)直接動(dòng)作于跳閘。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，線路的繼電保護(hù)動(dòng)作可靠性高，能迅速有效切除故障[11]。

2 10kV線路高阻接地的現(xiàn)象及特點(diǎn)

10kV線路發(fā)生的接地故障，一般可分為弧光接地、金屬性接地和高阻接地?；」饨拥匚：ψ畲?，接地時(shí)若不能及時(shí)熄弧，將產(chǎn)生高于3Um(電源相電壓)的過電壓，容易發(fā)展為相間短路。高阻接地是最復(fù)雜和最難發(fā)現(xiàn)的，多數(shù)高阻接地主要由架空線路斷線、樹枝掛碰、絕緣子或避雷器老化及被擊穿、電纜絕緣受潮等原因造成，特別是在雷雨、潮濕天氣時(shí)會(huì)經(jīng)常遇到。此外也有許多10kV 線路在發(fā)生瞬時(shí)單相接地故障后，由于外界環(huán)境影響而逐步發(fā)展為高阻接地。當(dāng)10kV線路發(fā)生高阻接地時(shí)，接地故障點(diǎn)的電流小，故障相與非故障相電壓變化不大，電壓互感器的零序電壓比正常運(yùn)行值略微增大，與常見的10kV電壓互感器熔斷器熔斷有類似之處。此外，受到10kV線路零序電流計(jì)算復(fù)雜、保護(hù)裝置采樣精度、互感器參數(shù)誤差等因素影響，變電站運(yùn)行人員對(duì)線路接地的判斷會(huì)受到一定干擾。高阻接地若不及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，將會(huì)逐步發(fā)展為弧光接地，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定，嚴(yán)重影響供電的安全可靠性。

3 10kV系統(tǒng)運(yùn)行方式對(duì)線路高阻接地判斷的影響

隨著電網(wǎng)科技的進(jìn)步，許多變電站內(nèi)都裝設(shè)了智能化單相接地保護(hù)裝置，其原理是在10kV線路發(fā)生接地故障時(shí)，系統(tǒng)零序電壓升高(正常運(yùn)行時(shí)零序電壓接近于零，接地后將產(chǎn)生零序電壓)，非接地線路零序電流為容性電流，相位超前零序電壓近90°，而接地線路零序電流為所有非接地線路零序電流之和，相位滯后零序電壓近90°。保護(hù)裝置根據(jù)以上特征進(jìn)行選線，對(duì)瞬時(shí)性故障可以實(shí)現(xiàn)在線消除而不使系統(tǒng)跳閘，從而提高供電可靠性；對(duì)永久性故障則可準(zhǔn)確選線，及時(shí)切除故障線路。10kV的接地方式及饋線配置差異決定了發(fā)生接地故障時(shí)處理方式的不同，也造成了保護(hù)裝置的動(dòng)作情況有所不同。消弧線圈接地方式雖然可在線消除瞬時(shí)性單相接地故障，但是測控復(fù)雜、選線準(zhǔn)確率低、包容性差。小電阻接地方式選線準(zhǔn)確率高，但供電連續(xù)性差，在發(fā)生高阻接地故障時(shí)，存在一定的盲區(qū)[12]。總結(jié)設(shè)備長期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，10kV線路發(fā)生高阻接地故障時(shí)，受到系統(tǒng)運(yùn)行方式多變、保護(hù)裝置定值復(fù)雜、接地故障不明顯等因素影響，容易導(dǎo)致誤選接地線路，誤報(bào)甚至是誤動(dòng)作，給變電站安全運(yùn)行帶來極大的危害。

4 10kV線路高阻接地的分析及處理

高阻接地故障狀態(tài)復(fù)雜，接地電阻變化范圍大且不穩(wěn)定。當(dāng)接地電阻大到一定程度時(shí)，故障信息微弱，故障特征不同于常規(guī)，即三相電壓和零序電壓的偏移量都很小，零序電流也很小，一般的監(jiān)控系統(tǒng)和保護(hù)裝置所采集到的變化量都不明顯，且只有在接地電阻小于某臨界值時(shí)，接地相才是三相電壓幅值中最小的一相。

圖1為高阻接地故障保護(hù)動(dòng)作錄波圖，C相高阻接地，接地電阻為7325Ω，接地電流為0.8A，A相電壓為 5420V， B相電壓為6610V， C相電壓為5860V， 零序電壓為1500V。

基于以上分析，可以采取以下方法進(jìn)行判斷和處理。

(1) 根據(jù)高阻接地的特點(diǎn)，可以采取零序電壓和零序電流變化量的多重判據(jù)，零序電壓大于整定值時(shí)，可以對(duì)所有饋線的零序電流幅值由大到小排序，取幅值大的前幾條饋線，若某電流與其它電流方向相反，并滯后零序電壓相位90°，那么判定該線路接地，否則為母線接地。這樣可以避免系統(tǒng)運(yùn)行方式、接地電阻變化的影響，大大提高高阻接地故障選線的準(zhǔn)確性。

(2) 加強(qiáng)變電站內(nèi)值班監(jiān)視，尤其是雷雨災(zāi)害天氣時(shí)，根據(jù)10kV線路保護(hù)裝置、消弧裝置、故障錄波器等微機(jī)保護(hù)發(fā)出的異常信息進(jìn)行綜合判斷。當(dāng)10kV線路發(fā)生高阻接地時(shí)，10kV線路保護(hù)裝置和故障錄波裝置會(huì)記錄零序電壓、電流突變量，裝置發(fā)出異常告警信號(hào)，為變電站值班人員提供了重要的判斷依據(jù)。

(3) 提高調(diào)度進(jìn)行選線判斷的效率。調(diào)度部門應(yīng)制定10kV線路接地試流順序表。在10kV線路發(fā)生高阻接地時(shí)，優(yōu)先選擇負(fù)荷較輕、出線較長、發(fā)生接地故障概率較大的線路進(jìn)行試流，無人值班站可通過監(jiān)控中心進(jìn)行輪換試流，降低接地故障對(duì)線路和用戶的影響，大大提高供電可靠性。

圖1 高阻接地故障保護(hù)動(dòng)作錄波圖

(4) 根據(jù)10kV系統(tǒng)的運(yùn)行方式，推廣應(yīng)用多功能新型接地選線裝置。結(jié)合10kV系統(tǒng)的接地方式，制定適應(yīng)性判據(jù)和可靠動(dòng)作條件，提高裝置監(jiān)測和判斷的精度，縮短故障處理的時(shí)間。

5 結(jié)束語

通過對(duì)10kV線路高阻接地故障進(jìn)行分析，可以提高對(duì)10kV線路高阻接地故障的判斷和處理能力，縮短10kV線路高阻接地的處理時(shí)間，降低發(fā)生概率，對(duì)電網(wǎng)設(shè)備快速恢復(fù)正常運(yùn)行而言有著非常積極的意義。

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