小电流接地系统单相接地故障分析及预防措施

小电流接地系统单相接地故障分析及预防措施

王曼曼赵大兴

(国网天津城南供电公司天津市300202)

摘要:中压变电系统中性点普遍采用小电流接地方式来保证供电可靠性，使得线路单相接地时仍能连续运行。在对变电系统中性点不接地及经消弧线圈接地方式下的单相接地故障进行理论分析的基础上采用此系统，但是此系统经常发生单相接地故障，且长时间运行易发展成多相短路，从而造成整个电网电路的短路，不利于系统有效的安全运行，所以应该尽快找出故障点并将其切除。本文就小电流接地系统单相接地故障分析及预防措施进行了说明。

关键词：变电系统、小电流接地方式、单相接地故障、预防措施

近年电力系统在我国经济建设中做出重大贡献，电力系统一旦出现故障将造成大范围停电，直接影响企业生产及社会生活，电力系统出现故障所占比例最大的是小电流接地故障，在我国的电力供电系统中，电力系统中的接地方式主要采用高阻抗接地方式、采用消弧线圈的接地方式、采用不接地方式等，当供电环境出现雨水、潮湿是很容易发生小电流单相接地的故障。所以，为提高供电企业供电质量，我们应加大对小电流接地故障诊断技术的研究。

一：小电流单相接地特点

1.高阻抗接地

高阻抗接地优点是：防止了间歇电弧的过电压发生，而且减少了不同地域两相接地可能性的发生，当单相接地时，电容充电过电流将受到控制，变电线路故障检查可实现自动故障检查，并能够控制谐振所产生的过电压。高阻抗接地主要以电阻方式为主，高阻接地与容性的电流相位相差90°，电阻性的电流加上容性的电流等于接地的电流，这个优点对发电机安全绝缘起到非常大的作用，另外高阻接地可在最短时间找出接地相，进行保护、报警。但是高阻抗接地时，为了达到接地电弧在很短时间内熄灭，接地电流不能大于10A，所以应用的范围缩小，只能在供电网络小于10kV以下应用，当供电网络电容电流远大于规定值时，接地方式不适应高阻接地，因此高阻接地也有一定局限性。

2.不接地

不接地的特点：简单结构，没有任何的辅助设备，设备运行简单。如果瞬时发生故障，可以自动进行灭弧，在供电网络工作时出现相压升高但升高不大时，将不能破坏三相电压的平衡。在单相接地并接地电流小时，接地不构成短路的回路，供电网络中单相接地的故障允许存在一定时间，规定在发生故障接地时可以运行1～2h，在这一段时间内进行故障排除，如果由于雷电造成绝缘闪弧，闪弧后绝缘能够自动的恢复，从而提高了供电网络的供电质量。不接地的缺点：由于中性点绝缘作用，供电网络与地形成电容，电容能量无法释放，在接地产生接地电弧时，因为电网对地电容存在能量，将使对地电压升高，电弧对地电压将升高数倍，这将破坏设备的绝缘性能。另外，在供电网络中存在电感、电容元件，当电网由于某种原因发生故障或跳闸现象时，可能在线路中引起磁铁的震荡、线性的震荡，激发出电网的高频振荡，高频振荡电压将会击穿电压互感器。在电网中可能发生分频的铁磁震荡，由于电压互感器阻抗小，通过其线圈电流大，将会造成电压互感器线圈发热甚至烧毁或熔断器的熔断等故障。

3.消弧线圈接地

因为消弧线圈的存在，延长了电压恢复时间，减小了恢复电压的电压值，防止了接地电弧的发生，从而达到消弧的目的，消弧线圈接地优点：在供电系统发生接地时，在接地点流过的电流很小，其表现为当供电线路单相接地时，供电系统不能马上跳闸，供电网络存在接地故障时还能运行1～2h，当电网接地的电流小于10A，由于消磁线圈感应电流与电网中的电容电流相抵消，残流减小恢复电压，从而达到接地电弧的熄灭，保证供电网络的供电质量，另外消弧线圈接地还具有维护维修方便、安全可靠、电磁的兼容好等特点。

二：小电流接地故障产生的原因

1.暂态特征信号分析

变电网发生接地故障时，所产生的故障电流包含的暂态成分比稳态成分多。全网络的暂态电容电流相当于2个电容电流之和：放电电流，此电流方向由母线流向故障点处，是由于故障线路的电压突然降低而产生；充电电流，该电流通过电源形成回路，是由于非故障线路的电压突然升高而产生阁。一般在相电压接近最大值时刻较多地发生接地故障，此时电容电流远远大于电感电流，消弧线圈补偿作用可以忽略不计，因此利用故障时的暂态特征作为选线的基本依据的重要意义显而易见。

2.中性点经消弧线圈接地故障

在中性点经消弧线圈接地系统中，接地线路零序电流有功分量呈现出的主要现象可用八字概括——“幅值最大，相位相反”。消弧线圈的电感无法满足线路电导、消弧线圈电阻等有功分量的补偿需要是导致这一现象的内在因素。而根据此原理，我们就可以通过比较同相分量的幅值、相位来进行选线，这其中最具有代表性的则是：检测各出线零序电流并将其分解为2个分量，并且保证分量和中性点零序电压正交且相同。而该方法的主要问题则有：①对有功分量的要求比较高，否则就会产生很大的误差；②接地电流特别容易受人为因素的影响，一旦接地电流增大，接地电弧重燃几率就会增加；③对于较小的零序电流，就会出现相位分解困难、误差大等问题。以上的选线问题，大大限制了中性点经消弧线圈接地系统优势功能的发挥。

3.由于鸟类在输变电线路做窝，降低了线路的绝缘等级，鸟类自身造成输变电线路短路等原因，从而发生小电流单相接地的故障。

三：预防措施

1.加强对变电网络的巡视管理

采用定期或不定期的方式对变电线路、设备展开巡视工作，主要检查导线在绝缘子上的绑扎是否牢固，导线与建筑物、树木的距离是否在安全范围，金具固定螺丝有无松动，拉线、裸导线有无断股，导线弧垂是否过小或过大等。

2.暂态能量法

暂态能量法首先需要得到能量函数(用零序电压乘以零序电流，然后再对时间进行积分)，即对故障发生后各条线路暂态零模功率进行积分。故障线路和非故障线路能量函数的正负不同，且非故障线路能量函数的总和等于故障线路能量函数的绝对值旧，根据这一特点来选择故障线路。但是，有功分量在暂态电流中所占成分小，使得暂态信号在暂态能量法的使用中不能完全被利用，大大减小了检测的灵敏度，除此之外，计算积分函数时容易将固定误差引入其中，所以实际中的应用效果还有待检验。

3.有功分量法

电网中各条线路存在对地电导，消弧线圈串／并联的电阻在发生故障时，会产生一定有功电流且不能被消弧线圈补偿。以零序电压作为参考量，将有功分量取出，然后利用故障线路零序电流有功分量比非故障线路大且方向相反来选线。此方法虽然不受消弧线圈的限制，但接地电流中有功分量的成分较少，降低了检测的灵敏度，且受接地电阻和电流互感器不平衡的影响。

结束语：

对某变电网络结构中不接地与经消弧线圈接地2种方式下的单相接地故障进行理论分析，并进行系统仿真，仿真结果表明在发生金属性单相接地故障时，有引起事故扩大的风险，应在短时间内找到并切除故障。本文就小电流单相接地故障产生的原因、小电流单相接地故障检测的方法、小电流单向接地故障的排除等做了细致的讲解，通过对本文的深入学习，希望能够对输变电系统的相关人员，在小电流单相接地故障判断与排除等相关技术上得到启发。

参考文献：

[1]肖白，束洪春，高峰．小电流接地系统单相接地故障选线方法综述[J]．继电器，2001(04)：16—20．

[2]徐丙垠，薛永端，李天友，等．小电流接地故障选线技术综述[J]．电力设备，2005(04)：1—7．