小電流接地系統異常接地情況分析

邱勝軍

遼寧省電力有限公司葫蘆島供電公司，遼寧 葫蘆島 125000

小電流接地系統異常接地情況分析

邱勝軍

遼寧省電力有限公司葫蘆島供電公司，遼寧 葫蘆島 125000

文中對小電流接地系統出現異常接地現象的原因進行了分析，并提出了判斷真假接地的方法。

小電流接地系統；單相接地故障；鐵磁諧振

1、概述

電力系統中性點的運行方式，有中性點直接接地系統，稱為大電流接地系統；中性點不接地和中性點經消弧線圈及其它高阻抗接地的系統，稱為小電流接地系統。

對于小電流接地系統，當任何一相絕緣受到破壞而發生單相接地故障時，網絡線電壓的大小和相位仍維持不變，三相用電設備的工作也不會受到破壞，因而可以繼續運行，但不允許長期運行。為此，在這種系統中，需裝設專門的絕緣監察裝置，以監視有無接地故障的發生。圖1所示為一系統接地監視裝置回路圖。當系統發生一相完全接地時（如C相），則PV1電壓表指示為零，PV2、PV3電壓表指示為線電壓，電壓互感器開口三角繞組兩端出現100V電壓，啟動電壓繼電器（該電壓繼電器整定動作電壓一般為15～30V），發出接地警報；當C相經大電阻或電弧接地時，則PV1電壓表指示大于零小于相電壓，PV2、PV3電壓表指示升高，大于相電壓而小于線電壓，電壓互感器開口三角繞組兩端出現小于100V的電壓，當達到接地電壓繼電器的動作值時，繼電器啟動，發出警報信號。根據所發信號及正確的儀表指示等現象，值班人員就可判斷出接地相別、接地程度等情況，從而及時進行處理。然而，由于某些原因，也會出現系統中并無接地故障卻發出接地報警信號，或系統中雖有接地故障，但儀表指示不正常等一些異常現象，引起運行人員的誤判斷，甚至不正確的操作。以下，就對一些異常接地現象的發生原因加以分析，并提出判斷真假接地的方法。

2 幾種異常接地現象及其發生的原因

2.1、出現接地信號，但三相對地電壓表指示平衡

出現該種現象，可能由以下兩種原因造成：

(1)、電壓互感器在檢修作業后，若二次的開口三角繞組接錯線，送電后雖然系統正常，但卻誤發接地信號。分析如下：

（2）、一次系統確實有接地故障，但電壓互感器TV的二次側中性線斷線（圖3所示打×處）。此時，三相對地電壓表（三相電壓表阻抗相等）不能正確反映接地故障。分析如下：設一次系統發生A相接地，在數值上，一次電壓U/A=0，UB/=√3UB，UC/=√3UC；對應的二次電壓Ua/=0，Ub/=√3Ub，Uc/=√3Uc，若電壓互感器的中性線良好，三相絕緣監視電壓表能夠正確反映出接地相別；但當電壓互感器的中性線斷線時，則由節點電壓法可得：

斷線處電壓

式中Y a、Y b、Y c—三相絕緣監視電壓表的導納，且Y a=Y b=Y c

即

則三相絕緣監視電壓表的電壓分別為：

圖1 TV接線

2.2、系統發生鐵磁諧振的影響

在小電流接地系統中，由于母線對地電容的存在，其與母線電磁電壓互感器T V（一次中性點接地）的非線性電感L組成并聯諧振回路。在外界條件激發下，如：合閘沖擊，單相接地故障切除或弧光接地自動熄滅，線路斷線，或系統參數變化等。在這些暫態過程中，電壓互感器T V三相繞組由于承受電壓不同，鐵芯飽和程度可能不同，于是三相電感也不相等，就可能發生并聯鐵磁諧振。在發生鐵磁諧振時，由于電源電壓中存在零序分量及高次分量，也會出現接地信號，但實際上，此時系統中并無故障點。系統發生鐵磁諧振時，雖然也發出了接地信號，但三相對地電壓的變化，與系統真正發生接地時的情況是截然不同的。系統發生鐵磁諧振（分基波、分頻和高頻諧振）與發生接地故障的現象異同點見表1：

表1 鐵磁諧振現象與接地故障現象異同點

2.3、消弧線圈操作不當造成的虛幻接地

在中性點不接地電網中，當其接地電容電流超過一定限值時，需裝設消弧線圈，用來補償系統電容電流，使接地點電流數值較小，防止弧光短路，保證安全供電；同時，降低弧隙電壓恢復速度，提高弧隙絕緣強度，防止因電弧重燃造成間歇性接地過電壓。如圖6所示系統，當分裂運行的兩臺主變，其電源側不同期運行時（設頻率分別為f1和f2），f1和f2不同期，若由于操作等原因，兩臺變壓器中性點通過消弧線圈的隔離開關并列，則當某部分發生接地故障時（如圖所示頻率為f1的部分發生接地），對于發生接地故障部分出現的中性點電壓，與該部分的相電壓是同期，頻率為f1，如此，電壓相對于正常網絡的相電壓（頻率為f2），將以一個脈振的角速度ω0=2л（f1—f2）旋轉，可以和任意一相電壓重合（見圖2），從而使正常網絡的相電壓大小按序發生了由0～2倍相電壓的變化，不僅改變了該網絡的相電壓相位，同時也改變了相電壓的數值，使正常系統出現接地現象，即形成虛幻接地，引起運行人員的誤判斷。在實際運行中，上述接線方式是少見的，但為了防止上述現象的發生，無論變壓器分列或者并列運行，都要避免用消弧線圈的隔離開關并列、解列兩臺變壓器的中性點。

圖2

3、真假接地故障的判斷

對于系統發生鐵磁諧振及2.3種情況所述的虛幻接地現象，雖然都是使未發生接地故障的系統發出了接地信號，但很明顯，與真正發生接地時相比,現象完全不同，而是各有自己的特點。如：諧振時（無論是基波、分頻和高頻諧振），升高相的電壓均高于線電壓。通過三相絕緣監視電壓表的指示變化，同時，結合當時系統的運行方式以及是否有操作或故障等情況進行綜合判斷，是完全可以得出正確結論的；

對于只出現接地信號，而三相對地電壓指示仍平衡的情況，可通過以下方法判斷真假接地：

（1）在同一個電氣系統中，對比幾組電壓互感器，如同時出現接地信號，絕緣監視對地電壓均發生相同變化（一相電壓降低或為零，其它兩相電壓升高或為線電壓），則是系統真接地，否則，可能是假接地或電壓互感器有問題；

（2）根據消弧線圈的儀表指示進行判斷。若一次系統真有接地故障，變壓器的中性點將出現位移電壓，該電壓作用在接于變壓器中性點的消弧線圈上，它的電壓表、電流表將有指示。通過檢查這些表計，就可以判斷出一次系統是否有接地情況；

（3）用驗電器進行判斷。使用驗電器對系統三相帶電導體進行驗電，如果發現一相不亮，其它兩相亮，同時在設備的中性點上驗電，驗電器也亮（證明有位移電壓），說明一次系統真接地，接地故障發生在驗電器驗電不亮的那一相上。

4、結語

單相接地是小電流接地系統中比較常見的故障。掌握了判別真假接地的方法，在實際運行工作中，針對具體情況具體分析，就不難得出正確的結論，從而迅速排除故障，保證系統的安全運行。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.14.061

邱勝軍（1970-08-27），男，葫蘆島供電公司電網調度中心主任，主要從事電力調度系統管理等方面的研究。