小电流接地系统单相接地故障浅析

小电流接地系统单相接地故障浅析

常安生

（陕西延长石油榆神能源化工有限责任公司陕西省榆林市719000）

摘要：本文分析了小电流接地系统单相接地故障产生的原因、故障参数的变化特点及危害。在理论分析的基础上，就日常工作中如何快速准确的排查故障线路，隔离故障设备，降低供电风险和损失作出了较为详尽的表述。

关键词：小电流接地系统；接地故障；消弧线圈；零序电压；零序电流

一、引言

我国10～35KV电网中，大多采用了中性点不接地或经消弧线圈接地方式，由这两种接地方式所组成的供电系统被统称为小电流接地系统。按照规范：当电力系统发生单相接地故障时，如果35kV电网流过故障点的零序电流超过10A，10KV电网超过20A，3～6KV电网大于30A时，电源中性点均应采用经消弧线圈接地方式。

当小电流接地系统发生单相接地故障时，一般规定继续运行不超过2小时，但必须尽快寻找故障线路并予以隔离消除，以免因为非故障相电压的升高和故障电流引发两点或多点短路扩大事故，造成人身伤亡、设备的损坏和停电停产损失。

因此，对小电流接地系统单相接地故障进行深入研究，并探讨合理的解决方法是非常必要的。

二、工厂中电力系统单相接地原因分析

工厂中单相接地故障一般由以下几方面原因引起：

1、高压电缆破损：这种情况一般是由电缆本身质量问题或敷设电缆时的施工外伤引起，另外还有电缆沟周围施工挖掘不慎或不法分子偷盗电缆等原因。

2、高压架空线路触碰大地：这种情况是由架空线路母线断裂坠地、树木枝叶触碰、周围施工机械或较长导电体触碰等原因引起。

3、高压电气设备绝缘击穿接地：变压器绕组、高压电动机或其它高压用电设备绝缘击穿引起。

三、小电流接地系统单相接地供电参数特征分析

1、中性点不接地系统单相接地故障特点：

由图1向量图分析可知：当单相接地故障发生后，系统参数有如下特点：

1）故障相的相电压为零，另外两个相非故障相对地电压升高为正常相电压的倍；于此同时电网出现零序电压，零序电压等于电网正常的相电压。

2）非故障线路有零序电流，其值等于非故障相电容电流之和，零序电流方向从母线流向线路，其相位超前于零序电压90°。

3）接地故障线路零序电流等于全部非故障相零序电流之和，其方向是从线路流向母线，相位滞后于零序电压90°（与非故障线路零序电流方向相差180°），因此零序功率也相应滞后于非故障线路。

2、中性点经消弧线圈接地的单相接地故障特点：

由于在中性点加装了消弧线圈，消弧线圈流过的感性电流，补偿了故障相容性电流,接地点实际流过的电流减小。消弧线圈的设计又分为完全补偿（IL=IC∑）、欠补偿（IL<IC∑）和过补偿（IL>IC∑）三种，故在接地故障发生时，具有以下特点：

1）电压参数变化：故障相的相电压为零，另外两相非故障相的对地电压升高为正常相电压的倍；同时电网出现零序电压，其大小等于电网正常的相电压。

2）非故障零序电流：超前于零序电压90°，其大小等于该线路的充电电流。

3）故障线路零序电流：其值等于系统所有非故障线路总充电电流与消弧线圈的补偿电流的代数和。其相位根据补偿度而不同，当欠补偿时滞后于零序电压90°，当过补偿时超前零序电压90°。因此零序功率的方向也不固定。

另外，由于电源电动势中存在高次谐波分量和负荷的非线性，接地故障电流中又会有很多谐波成分，其中幅值最大的是五次谐波。而中性点经消弧线圈接地系统的消弧线圈感抗较大，对五次谐波的补偿作用很小。因此，两种小电流接地系统（中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统）五次谐波的故障零序电流和功率的方向均有滞后的特点，同时，两种小电流接地系统故障线路五次零序电流在所有线路中也都是最大的。这一共同特点使得五次谐波法作为两种系统接地故障排查的判据成为可能。

四、单相接地故障的危害

1、在小电流接地系统单相接地故障发生时，如为金属性接地短路，则非故障相对地电压变为正常值的倍，系统中绝缘薄弱点有可能会被击穿造成短路故障扩大化，引起设备损坏，大面积停电停产。

2、如为间歇性弧光短路，电弧会烧坏设备并有可能发展成相间短路，造成大面积停电，影响正常生产。

3、故障点出现间歇性电弧时，在一定条件下会在电网中形成串联铁磁谐振过电压，威胁系统绝缘，经常会造成高压电容器、电压互感器绝缘击穿烧毁等事故，造成大面积停电停产。

五、单相接地故障的排查方法

小电流接地系统单相接地故障的传统的排查方法是：在发现系统报警后，采取“顺序拉闸法”逐个排查，这种方法需要对故障线路所在母线段所有馈线进行逐一停电，这种方法需要在工艺满足的情况下挨个切换设备，不仅操作麻烦耗时，还往往会造成生产上的损失和生活上的不便。根据工作总结，笔者推荐大家选用如下方法：

1、参数观察法。根据上文分析：小电流接地系统在单相接地故障发生时，故障线路零序电流为所有非故障零序电流之和。因此，可以为每回馈线安装零序互感器及零序电流表，观察故障发生时故障所在母线段各馈线所对应零序电流的大小，零序电流最大者即为接地线路。如果配电设备采用的不是传统继电器式保护装置，而是新型微机式保护装置，该类保护装置自带计算零序电流的功能，我们也可以从保护装置上观测零序电流排查出故障设备。但此方法仅适用于馈线回路较多的场合，馈线较少的场合，零序电流差别不是很大，容易发生误判。

2、安装小电流接地选线专用设备。近年来，随着科学技术的发展，使得信号的采集和分析手段迈上了新的台阶，以工控机为硬件架构的分析设备不断推陈出新，出现了一系列的小电流接地系统选线装置。如：北京中电欧亚科技有限公司生产的ZJD2008新型工控机小电流接地故障选线装置、保定华航电气有限公司生产的HH-MA196H小电流接地选线装置等。

这种装置对零序电压电流统一进行高频采集和处理，应用了多种选线技术对信号进行综合分析，譬如：根据接地故障设备零序电流特点的“基波群体比幅比相法”、根据接地故障系统中零序五次谐波分量特点的“五次谐波法”、根据发生故障的最初半个周波内故障线路零序电流与正常线路零序电流极性相反的“首半波法”和根据系统接地时暂态信号的幅值和信噪比特点的“小波法”等。选线的准确性、可靠性也得到了极大的提高，对供电可靠性要求较高的用户是不错的选择。

六、结束语

对供电部门来讲，其最大的职责就是保证设备的安全供电。对工厂供电部门来讲，供电的可靠性更是全厂安全生产的先决条件。而在小电流接地系统中单相接地故障却又时有发生，处理不及时或措施不当都有可能引发大面积停电事故，造成装置停车、材料浪费、设备损坏和巨额经济损失。因此笔者建议，工厂供电部门应对小电流接地系统单相接地故障的原因、特点、危害和排查知识有深刻的认识，同时对有条件的供电部门来讲，应及时了解行业动态，根据自身供电系统特点选用合适的小电流接地选线装置，以小技改小投资换取大效益。

参考文献

[1]李玉海,陈雪峰,李大鹏等.电力主设备继电保护的理论实践及运行案例.中国水利水电出版社，2009.

[2]贺家李,宋从矩等.电力系统继电保护原理（第三版）.中国电力出版社，1994.10.

[3]高友权,高华,魏燕等.配电系统继电保护.中国电力出版社，2005.