10kV小電流接地系統單相斷線接地故障分析

陳志明（廣東電網有限責任公司江門臺山供電局，廣東 臺山 529200）

10kV小電流接地系統單相斷線接地故障分析

陳志明
（廣東電網有限責任公司江門臺山供電局，廣東 臺山 529200）

本文對10kV小電流接地系統中的單相斷線接地故障的特點進行了研究和分析，以便于為線路維修人員提供合理的參考和指導。

小電流接地系統；單相故障；故障分析

1 研究背景

本文研究的切入點是筆者親歷的發生于2014年3月的某一段10kV小電流節電系統單相斷線接地故障，此段電路的10kV母壓出現了故障，電路中的三相電壓A、B、C的電壓值分別是10kV、10kV 和10kV，三段電流的電流方面的變化并不明顯，后來經過電路故障的檢查后發現是此段10kV小電流接地系統中的X段線路的分支線路A線路接了地，將這段A支路斷開之后就可以使得電壓恢復正常，此次處理結束后的次日，這個變壓器的10kV母線又一次發出了接地的信號，母線的電壓出現了異常，電路中的三相電壓A、B、C的電壓值分別變成了8.8kV、5.5kV 和5.7kV，其中A相電路的電流變成了原來的1/10，成為21A，另外兩相的電路的電流并沒有發生顯著的變化，后來經過電路的檢查后發現是因為其中的X線路的五號桿的A段中短路的線路出現了懸空的現象，下文中筆者就小電流接地線路中的單相接地或者斷線故障的特點進行相應的分析。

2 如何進行小電流接地系統的單相斷線的故障分析

2.1 如何完成接地信號的分析和判斷

關于小電流接地系統的單相斷線故障的分析，首先需要完成的是接地信號的分析和判斷進而完成信號的顯示和警告，具體來講，可以從如圖1所示的信號連接為切入點進行分析，同樣地，將A相電路作為故障線路，筆者在文中對發生斷線的接地系統中的故障信號的顯示以及發生故障的時候的電壓的變化狀況進行簡要的介紹。

圖1表示的是線路發生小電流接地系統的單相斷線的時候，斷線點的電壓值可以表示為，然后再將上式利用對稱分量的方式計算得到再加上小電流接地系統中的AO端的電流值總是為零，那么就可以得到

再假設系統的正負阻抗的等效值為Z1 和Z2，一般情況下ZI=Z2，再通過以上的信息和關系式建立一組序列網絡方程式，加之系統的對稱性，我們可以得到的表達式是，最后，對以上的各個方程式進行求解后可以得到的故障電路的開口電壓的表達式為：3U0=3EA/2KPT=50V≥15～20V，因此，我們可以做出的總結是如果小電流接地系統出現了單相斷線的故障，其監控系統就會發出相應的接地信號，幫助電路維修人員判斷故障和制定維修的方案。

2.2 異常電壓的分析

在進行異常電壓的分析的時候需要在負載阻抗和系統阻抗不計的理想的狀態下完成，如圖2所示，通常的分析的前提是一段經過一定程度的簡化的等效電路。其中，N點是虛擬的中點，將O點假設為接地點，也就是說它的電壓值為零，分別代表的是小電流接地系統處于正常運行的狀態下的三個相電路A、B、C的電壓值，同時代表的也是系統的電壓值，YA、YB、YC分別代表的是這三個相電壓與接地點之間的導納值，

代表的是虛擬中點N與地之間的電壓差值，在正常的運營狀態下中點N 和接地點O之間的電壓值應該是相同的，屬于相互重合的兩個電壓點，再者，電源電路中的虛擬的中點和接地點之間的電流不是同步的，也就是說，處于正常運行狀態下的虛擬中點和接地點之間既沒有電壓差又沒有電流，圖2中的虛線表示的就是這一層含義。如果小電流系統中的三相電壓的關系是理想的對稱關系，那么就可以得到下列的表達式：電路的電容一般會偏小，故而，B相電路和C相電路的電容幾乎不會變化而且處于比較平等的地位，用公式表示就是YA≤YB=YC，這樣的話，中點就會在原來的基礎上發生偏移，如果用表示發生斷線故障后的相電壓A、B、C與接地點之間的電壓差，那么，B和C之間的相對接地點的電壓就會下降，而A點則會有所升高。另外，又由于B相電路和C相電路之間的相位的變化不大，又因為A線當A相電路出現短路故障時，在整個系統中，相對于B相電路的電容，A相路處于斷線狀態，所以三者的電容的關系是：0≤YA≤YB=YC。

綜合來說，對于不接地的系統來說，如果出現了單相接地的故障問題一般會在系統中表現出以下的特點：

第一，系統的監控裝置會發出接地的信號。

第二，故障電路的相位值會升高到正常值的1.5倍，而沒有發生故障的電路的電壓則會下降到原來的正常值的0.87倍。

第三，由于實際的工作電路中，分支線路的斷線會受到負載電流的作用，因此，當電路發生斷線故障之后，其故障電壓值一般處于6kV到9kV之間，正常運行的線路的電壓處于5.2kV到6kV之間。

3 如何進行小電流接地系統的單相接地的故障分析

如果設置A相的接地電路出現了故障，那么在下圖3中所示的原理圖是A相線路接地之后的電壓相量的表示方法。

由此，我們認為在10kV小電流接地系統單相斷線接地故障發生時，系統表現出的特點有三方面：

一是系統的監控部分會自動發出接地信號給工作人員以提示和警告。

二是當故障電路的電相電壓值降低到零時，未發生故障的相電路的電壓就會升高至原來的1.717倍。

三是由于實際的接地故障發生的時候接地現象并不是完全的接地，也即還有一定的連通，線路中經過電阻值較高的媒介或者線圈的消弧的作用，發生故障的系統的相電壓的電壓范圍一般都處于0kV和6kV之間，未發生故障的相電壓的值往往處于6kV到10kV之間，即是正常電壓的1.5倍。

結語

總而言之，經過以上的分析我們可以得到以下的結論：當10kV小電流接地系統出現斷線或者接地的故障的時候，監控系統都會發出相應的警報信號；發生接地或者斷線后出現接地故障的10kV小電流接地系統的故障電壓和正常運行的電壓值的范圍都處于6kV到10kV之間；發生斷線故障的10kV小電流接地系統的故障電壓值的范圍都處于6kV到10kV之間，而正常電路的電壓值在5.2kV 到6kV之間。

[1]王薇，葉遠波.一起斷線加單相接地故障的保護動作分析[J].上海電力，2011.

[2]丁榮，王書孟，佟巖冰.10kV及以下配電線路典型故障分析與預防[M].北京：中國電力出版社，2012.

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