小电流接地系统单相接地故障分析与处理

【摘要】对小电流接地系统单相接地故障各相电压的变化轨迹进行分析，为正确判断此类故障提供一定的理论依据，并提出故障处理方法。

【关键词】小电流；单相接地；分析；处理

Abstract: in the small current grounding system phase-to-ground fault each phase voltage change path analysis for judging correctly such failure to provide certain theoretical basis, and put forward the breakdown processing method.

Key words: the small current; Single-phase grounding; Analysis; processing

中图分类号：S477+.3 文献标识码：A文章编号：

引言

为了提高供电可靠性，我国6～10kV电力系统一般采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式，即小电流接地系统方式。小电流接地系统的最大优点就是当系统发生单相接地时,线路不会跳闸,从而保证了对用户尤其是重要用户的正常供电,提高了电网的供电可靠性。但当系统发生单相接地时,消弧线圈及非故障相出现过电压。长期的过电压会损坏设备的绝缘,可能导致系统发生更严重的事故;如:绝缘击穿、单相多点接地、多相故障等。故在实际运行中,当小电流接地系统发生单相接地后,应尽快处理,不允许长时间单相接地运行,一般不允许超过2个小时。[1]

中性点不接地电网系统的向量分析

如图1（a）所示，中性点不接地电网，为分析方便，假定电网负荷为零，并忽略电源和线路上的电压降，电网的各相对地电容C0相等。在正常运行时，中性点不接地电网三相对地电压是对称的，中性点对地电压为零，即UN=0。忽略电压和线路压降，各相对地电压为各相电动势，各相对地电压为各相电动势。在三相对称电压作用下，产生三相电容电流也是对称的，并超前对应相电压900，其向量图如图1（b）所示。由于三相对称电压和三相对称电容电流之和都为零，所以电网正常运行时无零序电压和零序电流。[2]

图2为中性点不接地系统A相经过渡电阻Rjd接地时的电流和电压。地对中性点电压ON=（AYA+BYB+CYC）/（YA+YB+YC）（1）

由于正常相对地漏电导比对地电容的电纳小得多,可忽略不计。此时各相对地导纳为YA=1Rjd+jωC, YC=YB=jωC。电源的三相电势对称时, B=ą2A，C=ąA,且1+ą2+ą=0，代入（1）中得：

NO=-ON=-A/（1+ j3ωCRjd） （2）

或-A= NO+j3ωCRjdNO （3）

设各相对地电压为A′、B′、C′,则有A=A′-NO （4）

（3）+（4），得：A′=-j3ωCRjdNO （5）

由（3）、（4）可知：A 、NO 、A′构成一直角三角形，当Rjd变化时,位移电压 NO的始端轨迹是以接地相A为直径的半圆周,如图3所示。

可见：

①当Rjd=0时, NO=-A故障相. A′=0

非故障相B′= C′= A，即A相直接接地；

②当Rjd=∞(不接地)时, NO=0；

③当Rjd在0--∞之间变化时,地电位O在半圆周上移动, NO在0--U之间变化。

单相接地故障的判断

1 单相接地故障的特征

10kV系统单相接地故障时有以下特征：

（1）监控信号：警铃响，“××KV×号母线接地”光字牌亮，对于中性点经消弧线圈接地系统，同时伴随“消弧线圈动作”光字牌亮；

（2）监控遥测数据：故障相电压降低（不完全接地）或为零 （完全接地），另两相电压升高，大于相电压（不完全接地）或等于线电压（完全接地），稳定性接地时电压数据无变化，若电压数据反复变化，且幅值较大，则为间歇性接地。当发生金属性接地（完全接地）时，如A相接地，则A相的电压为零，非接地相B相和C相的电压指示为线电压。当发生非金属性接地（不完全接地）时，即高电阻、电弧等单相接地时，如A相发生接地，则A相的电压降低，小于正常相电压但不为零，非接地相B相和C相电压则大于相电压，小于线电压。

（3）电压互感器的三次开口三角绕组出现约100V电压(正常时只有约3V)，并联有白炽灯的，灯泡会发光；

（4）中性点经消弧线圈接地系统，装有中性点位移电压表时，可看到有一定指示（不完全接地）或指示为相电压值（完全接地）时，消弧线圈的接地报警灯亮；

（5）发生弧光接地时，产生过电压，非故障相电压很高，电压互感器高压保险可能熔断，甚至可能烧毁电压互感器。

2 误发接地信号的情况

导致误发接地信号的情况一般有以下四种：导致误发接地信号的情况一般有以下四种：

（1）电压互感器一、二次熔断件熔断或接触不良。发生此种情况时“XX母线接地”“TV回路断线”光字牌亮，故障相的电压降低，非故障相的电压不会升高。

（2）电压互感器二次电缆屏蔽不良，外部干扰影响装置误发接地信号。这种情况在设计安装时，电压互感器二次电缆应采用屏蔽电缆，并将屏蔽层可靠接地即可有效防范。

（3）侵入雷电波过电压。当系统有雷电波侵入时，避雷器将动作于保护母线。但受三相避雷器特性差异影响，可能会造成母线电压瞬时严重不平衡，造成误发接地信号。

（4）铁磁谐振。铁磁谐振通常有两类，一是伴随接地的铁磁谐振。在小电流接地系统单相接地时，电压互感器和线路对地电容之间、空载变压器和空载长架空线电容之间所形成的LC振荡回路都可能发生谐振；二是正常运行中的谐振。在系统正常运行过程中，电压互感器三相电压基本平衡，电网对地位移电压很小，但在电压互感器突然合闸、电网中单相接地突然消失时，会造成电磁式电压互感器三相对地电压突变，使铁芯出现饱和，电感量降低，与线路对地电容构成振荡回路引起谐振。发生铁磁谐振时，系统电压将高达几倍甚至几十倍额定电压，当系统电压严重不平衡、开口三角绕组两端电压达到电压继电器启动值时，保护动作发出接地报警信号。此种情况下，至少有一相的电压高于线电压、电压互感器出现较大的异音。

单相接地故障的处理步骤

（1）母线电压互感器一相二次熔断件熔断或空开跳闸。此现象为中央信号警铃响，显示“电压互感器断线”光字牌，一相电压为零，另外两相电压正常。处理对策是退出低压等与该互感器有关的保护，更换二次熔断件。

（2）电压互感器高压侧出现一相(A相)断线或一次熔断件熔断。此时故障相电压降低，但指示不为零，非故障相的电压并不高。这是由于此相电压表在二次回路中经互感器线圈和其他两相电压表形成串联回路，出现比较小的电压指示，但不是该相实际电压，非故障相仍为相电压。互感器开口三角处会出现35V左右电压值，并启动继电器，发出接地信号。对策是处理电压互感器高压侧断线故障或更换一次熔断件。

（3）串联谐振。由于系统中存在容性和感性参数的元件，特别是带有铁心的铁磁电感元件，在参数组合不匹配时会引起铁磁谐振，并且继电器动作，发出接地信号。可通过改变网络参数，如断开、合上母联断路器或临时增加或减少线路予以消除。

（4）空载母线虚假接地。在母线空载运行时，也可能会出现三相电压不平衡，并且发出接地信号。但当送上一条线路后接地现象会自行消失。

（5）把电网按不同方式分割成电气上不直接连接的部分，缩小查找范围。

（6）利用重合闸试停线路：依次断开故障所在母线上各出线断路器（加用重合闸），若断开瞬间接地信号消失，绝缘监察电压表的指示恢复正常，即可证明所停的线路上有接地故障。

（7）试停对负荷影响不大，但倒母线操作又较复杂的线路。

结语

小接地电流系统发生单相接地故障时，系统仍将保持三相对称，用户基本不受影响，故允许带故障继续运行一段时间(1一2h)，但由于非故障相电压对地电压升高可能给系统带来危害，在一定条件下产生串联谐振过电压将危及系统绝缘。经过以上分析可看出，当小电流接地电网发生故障时，运行人员通过绝缘监视装置的报警及仪表指示，就能分析判断出故障的性质从而及时排除故障，确保电网正常安全地运行。

[参考文献]

[1] 王立伟. 电网小电流接地系统中的常见故障分析及处理.动力与电气工程,2011,(2).

[2] 刘学军. 继电保护原理.中国电力出版社.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。