電力系統接地故障診斷方法研究

【摘要】接地故障是指相線與地相接而出現的短路性故障，一般分為兩種：金屬性和電弧性短路。前者出現熔焊形式的故障點，具有較大的故障電流；后者故障點接觸不良，存在較大的阻抗，通常以電弧或電火花形式出現故障點，具有較小的故障電流，難以檢測和防范。本文重點研究電力系統接地故障的危害和診斷方法。

【關鍵詞】電力系統；接地故障；排查

一般來說，我國10kV和6kV架空線路配電網的運行多采用經消弧線圈接地方式或者中性點不接地方式。當單相接地故障發生時，該運行方式的短路電流要遠遠小于負荷電流，并且位于故障點的電弧會自行熄滅，所以一般將這種系統叫做小電流接地系統。當故障發生時，它依然能夠讓線電壓的保持對稱性，而且往往只有較小的故障電流，不會對負荷的連續供電產生影響；故障發生后依然可以運行1-2小時，無需立即跳閘，供電可靠性得到了一定保障，所以這一系統在國內外得到了廣泛應用，并且經過長期的運行檢驗，具有良好運行情況。然而在城市配電網不斷發展，配網結構日益復雜化，電纜線路不斷增加的情況下，配電網電容電流數值獲得了很大的增加。另外由于小電流接地系統一般不設置避雷線，而且配電線路鋪設高度較低，網絡拓撲結構和周圍的環境都比較復雜，所以會常常出現故障，而單相接地故障的發生率占總故障率的百分之八十。雖然單項接地故障并不會使得供電中斷，但是如果長期保持這種故障狀態，其產生弧光過電壓會對系統絕緣造成嚴重威脅和破壞，如此一來，故障就會進一步升級，成為兩點或多點接地故障，因此十分有必要及時確定故障點，將故障排除。

1.直流系統接地的定義、產生與危害

1.1 直流系統接地定義

當直流系統的正極或負極與大地的絕緣水平低于某一規定值時，即直流系統接地；而當正極的絕緣水平比某一規定值低時，為正接地；當負極絕緣水平比某一規定值低時，即負接地。

1.2 直流系統接地產生原因

所謂直流系統是一個支路眾多，具有廣泛負荷涉及面，長期帶電，不間斷工作的系統。受到環境、氣候的變化以及污染、高溫的影響，會出現電纜老化、元件損壞、接線端子老化以及設備故障等問題，進而降低絕緣水平。通常而言，接地概率會隨著投運時間的增加而提高。

1.3 直流系統接地的種類與危害

（1）接地種類

根據現實直流系統接地構成進行分類，主要有如下幾類：按照接地極性可以分為正接地和負接地；按照接地類型可以分為直接和間接接地，也可以稱為金屬性和非金屬性接地；另外，按照接地情況還可以分為單點接地、多點接地、絕緣接地、環路接地和交流半接地等。由于各地區具有不同的直接接地情況，因而有了很多不同的接地種類。

（2）正極接地危害

正極接地會有導致斷路器跳閘的可能。斷路器跳閘線圈都是與負極電源相接，當系統正極與大地相接時，產生回路。如圖1，當A點與B點同時與大地相接時，就等于A、B兩點經過大地相互連接起來，中間斷路器2J1 發生挑戰。同樣的道理，當時A點與C點與大地相接時，或者A點與D點與大地同時相接，都會出現斷路器跳閘。

（3）負極接地的危害

負極接地會有造成斷路器拒跳的可能。如圖1所示，當B點與E點與大地同時相接時，兩點通過大地形成回路，即中間斷路器2J1被短接，這時如果發生系統故障，由于2J1不能正常工作，就會出現斷路器拒動，進一步擴大故障。同理，當E、C點同時與大地相接時或者E、D點與大地同時相接時，都有出現斷路器拒動的可能。

2.查找、排除直流接地故障的流程與方法

2.1 排查流程

從上述分析，可以發現，正極接地和負極接地其中任何一個發生接地，與大地形成回路，都應當及時排除，不然就會導致故障進一步升級，出現兩點或多點接地，甚至導致事故的發生。雖然變電站直流接地具有復雜性，但是對于常規保護和微機保護而言，所采用的故障排除方法都是相似的。根據對多年直流系統接地故障排查的工作經驗，可以將其工作流程歸納如下：

（1）以直流接地故障檢測裝置的顯示或直流屏故障情況的顯示來判斷是否有誤報的情況，對故障回路以及類型進行確定；

（2）通過利用分段查找法、拉路法查找直流接地故障點，確定并處理故障點。

2.2 排查方法

當故障回路無法準確判斷時，一般以拉路法進行排查。直流接地回路如果脫離直流系統而運行，那么直流母線的正負極對地電壓便會出現平衡；因此，在排查故障，人們往往會瞬間對直流接地回路進行停電，確定該回路是否存在直流接地點。

由于直流系統是不間斷電源這一特性，不能隨意對其進行停電。在加上近些年計算機的使用，出于微機保護也不能隨意停電。進行現場故障的排除時，非正常的閉環回路經常發生。而采用拉路法常常會使保護回路和控制回路發生跳閘等事故。

所以，在新的直流系統中對各支流回路進行了清晰的區分，采用專用斷路器進行投退控制，拉路檢查可以借助對控制開關或保險操作來進行。

2.3 直流接地在線檢測裝置

當前市場上存在著諸多直流接地選線裝置。其生產設計多采用信號注入法、磁飽和檢測法和霍爾傳感器監測法來進行，一般是將一個穿心式電流互感器按章在直流的各分支回路之上，通過直流接地選線裝置分析判斷各互感器感應到的信號，將直流接地的分支回路確定下來，安裝在支路回路上的傳感其編號和接地檢測儀會將部分回路進行編號。這一裝置的優點是，能夠對各分支回路的接地狀態進行在線實時監測，在對接地回路進行檢查時，如果儀器具有很高的精準度，那就是一種非常好的自動化設備。然而實際上其存在較大的誤報率和抗干擾能力，精準度較差，各現場情況差異大，存在不少使用問題。

2.4 便攜式檢測裝置

采用便攜式的直流接地故障查找儀對直流接地進行查找，是非常有效的一種方法，這一測試儀是拉路法的輔助工具，能夠在時間和安全上保證接地故障有效排除。它具有如下特點：無需將直流回路電源斷開，能夠對各分布回路進行移動式測量。一旦接地回路形成，就會自動報警。這一裝置具有很好的實用性。與在線裝置信號注入法，在理論上具有很大的相似性。因為它具有可以隨意移動的采集傳感器，所以能夠地各接地點進行更為具體的查找。當就現實情況而言，由于產品和各支流系統具有較差的抗干擾能力和兼容性，存在較高的誤報率，所以沒有得到廣泛的使用和推廣。

3.結語

在保障電力系統可靠安全運行方面，接地網發揮著非常重要的作用，保證接地網的正常運行，變電站工作人員以及電氣設備的安全才能夠得到保障。生產運行部門一直十分重視其接地性能。深入研究接地網檢測和故障診斷的方法，能夠更為快速準確的判斷接地系統的運行狀況，將其存在的隱患和問題及時排查出來，并采取針對性措施予以解決，從而保證人民的生命財產安全。

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