小電流接地系統(tǒng)單相接地故障查找方法的探究

劉娟 陳巖 李迎慶

【摘 要】現(xiàn)階段，隨著社會的發(fā)展，我國的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也有了很大的進步。采取規(guī)范合理的線路故障查找方法是促使小電流接地系統(tǒng)故障檢修效率得到進一步提高的有效方式，同時也是改善電力系統(tǒng)的運行質(zhì)量、增強其運行穩(wěn)定性的重要路徑。然而到目前為止，關(guān)于此方面的研究并不多，亟待完善。所以本文將結(jié)合實踐深層次的研究小電流接地系統(tǒng)單相接地故障查找方法。

【關(guān)鍵詞】小電流接地系統(tǒng)；單相接地故障；查找方法；探究

引言

本文針對小電流接地系統(tǒng)單相接地故障查找方法的研究，結(jié)合單相接地試驗，在簡要闡述小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的基礎(chǔ)上，分析了小電流接地系統(tǒng)單相接地故障查找方法。最后通過深入分析，得出結(jié)論：小電流接地系統(tǒng)單相接地故障是電網(wǎng)故障發(fā)生幾率最高的一種。從故障現(xiàn)象分析、單一線路單相接地式拉路查找、多條線路同相接地停運查找、現(xiàn)場查接地等幾個方面全面分析了小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的處理方法，希望對相關(guān)單位有一定幫助。

1單相接地故障試驗

1.1線路概況

為了對通過信號注入法對單相接地進行判斷的過程中故障指示器與信號源對故障點判斷的精準(zhǔn)度進行驗證，找到解決單相接地故障判定難度高的措施。2017年9月13日，某供電公司電網(wǎng)的中性點處于不完全接地狀態(tài)下運行時出現(xiàn)單相接地故障，通過試驗對故障查找方法進行分析。

1.2運行環(huán)境

27號桿是此次接地故障的接地點，運用斷路器投切模擬接地裝置進行試驗。

1.3查找過程

第一次接地試驗時，采用A相400Ω電阻接地，結(jié)合試驗的實際狀況創(chuàng)建試驗錄波圖。在C相80052接地的情況下，接地相的電場會不斷減小，可正確觸發(fā)故障相指示器。然而其中有一組指示器因內(nèi)部注入了電流，造成其處在動作臨界值，卻沒有進行動作。第三次試驗為B相燃弧試驗，在試驗過程中弧光的穩(wěn)定性不強，與之對應(yīng)的信號源尚未啟動，然而電場的變化較大，往往在1096到1908的范圍內(nèi)變動。波動穩(wěn)態(tài)電流有效值的變化較大，其最小值與最大值分別為1.2A、36.6A。通過試驗發(fā)現(xiàn)，三相電場的波幅比較顯著，電流中變化較為顯著的有且僅有接地相電流。因為此次研究對象是單相接地故障，零序電壓的變幅顯著，信號源沒有監(jiān)測到可靠性接地，所以不能準(zhǔn)確地確定接地故障出現(xiàn)的詳細地點。

2故障原因分析

就小電流接地系統(tǒng)出現(xiàn)中性點接觸不良狀況而言，之所以會出現(xiàn)此類接地故障，是因為中性點和地面不存在電氣連接。短路接地后會形成較小電流，相關(guān)保護裝置無需采取動作跳閘的方式，就能有效提升整個電力系統(tǒng)在運行過程中的穩(wěn)定性并提高對故障的處理效率。尤其是在瞬時故障出現(xiàn)的大環(huán)境下，出現(xiàn)短路的電位甚至能實現(xiàn)滅弧恢復(fù)絕緣，無需專人進行處置，有助于減少用戶停電次數(shù)。一系列實踐結(jié)果顯示，一旦小電流接地系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地問題，盡管故障會造成電壓由于接地的緣故變成零，但是對地電壓會上升。通過試驗結(jié)果可知，B、A、C三相之間的線電壓均處在對稱狀態(tài)。所以在系統(tǒng)出現(xiàn)了單相接地故障問題后，可考慮使其再工作1～2h。如圖所示。

B、A、C三相接地電容依次為C2、C1、C3。根據(jù)非故障線路情況可知，C相與B相自帶電流與電容，而A相電路內(nèi)部的電流幾乎為零。由此可見，非故障線路內(nèi)部零序電流都是電容電流。只對其中的故障線路進行分析時，可以把該系統(tǒng)的所有接地點都視為一個共同的節(jié)點，其它接地電容的電流都從此線路流出，而流入此線路的部分只是短路接地部分的電流。所以，線路發(fā)生故障時，其內(nèi)部零序電流其實是對各個非故障線路的零序電流相加所得的向量，是整個電力系統(tǒng)內(nèi)部的全部正常元件關(guān)于接地電容的累加。非故障線路電流方向取決于母線，但對于電容性無功功率而言，其方向則與之恰巧相反。根據(jù)以上分析可知，當(dāng)小電流接地系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障情況時，零序分量將會表現(xiàn)出以下特點：（1）零序網(wǎng)絡(luò)可以通過網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部元件和對地電容之間形成通路，并且網(wǎng)絡(luò)中包含的零阻抗也明顯偏大。（2）當(dāng)電力系統(tǒng)中的小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障的情況時，則表現(xiàn)為故障點電壓和前期電壓相同的現(xiàn)象，但方向與原來反向，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生零序電壓。（3）倘若正常元件內(nèi)部產(chǎn)生了零序電壓，它的數(shù)值和小電流接地系統(tǒng)將形成同樣的對地電容電流，這時無功功率將變?yōu)閺木€路到母線的方向。（4）從故障元件內(nèi)流過所有零序電流都是非故障元件相對于接地電容電流累加的結(jié)果；在這當(dāng)中，無功功率的具體方向是從線路到母線的方向進行流動的。

3小電流接地系統(tǒng)單相接地故障查找方法

3.1小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的Matlab仿真

利用Simulink搭建一個10kV小電流接地配網(wǎng)系統(tǒng)。假設(shè)系統(tǒng)在0.04s時在線A相1處發(fā)生單相接地故障。在中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，按照110%過補償考慮。對零序電流幅值比較法、零序電流比相法、首半波法進行了仿真分析，比較了各種方法的特點和適用范圍。結(jié)果表明，從不接地系統(tǒng)和經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，正常線路總零序電流分量的方向和故障線路的暫態(tài)零序電流分量的方向相反。所以可以通過分析暫態(tài)零序電流分量的方向來區(qū)分故障線路和正常線路。

3.2測試絕緣強度的方法

對故障設(shè)備外觀正常，但內(nèi)部損壞的故障設(shè)備而言，很難通過肉眼巡視的方法找到故障點。此時，僅憑肉眼巡視的方法，幾乎不可能找到發(fā)生故障的具體位置。具體方法為：解開線路搭頭，并把設(shè)備逐一退出電力系統(tǒng)，通過相應(yīng)的絕緣表，對每臺設(shè)備的絕緣強度進行逐一測試，從而找到發(fā)生故障的設(shè)備。此方法的勞動強度仍然很大、查找的時間也比較長、對供電設(shè)備的可靠性也有很大影響。

3.3輔助電源法

輔助電源法也被稱之為電流循跡法，此方法檢查電路故障的主要原理是：當(dāng)故障線路停電，并且和系統(tǒng)相互隔離以后，對該路段故障相和大地之間施加相應(yīng)的交流輔助電源，通過故障點形成回路，并在回路中形成相應(yīng)模擬故障電流，通過絕緣桿式鉗形電流表，對故障發(fā)生點系統(tǒng)中電流的流向進行分析，并逐步靠近故障點，即可確定發(fā)生故障點的具體位置。在具體應(yīng)用過程中，輔助電源法大體上可以分為兩大類，一類是中高頻交流電源，通過特制的鉗形電流表對電流進行測量，從而最大限度上降低工頻感應(yīng)電流的干擾。此種檢測方法的主要優(yōu)勢是：儀器體積小、質(zhì)量輕、便于攜帶。但仍然存在較大缺點，比如：現(xiàn)場施加電壓只有100V左右，在具體測試中，允許通過的電流為10mA，在小電流接系統(tǒng)故障檢測中效果欠佳。如果電力系統(tǒng)中電纜比較長，且電容比較大，則在相同電壓下頻率越高，電流越大，因此此方法故障檢查的準(zhǔn)確率相對比較低。另一種是低頻交流電源，通過正弦波逆變器把直流12V的蓄電池，轉(zhuǎn)變?yōu)?20V的交流電源，然后通過交流恒流調(diào)壓模塊控制控升壓變壓器的電壓上升到2500V，則此時變壓器輸出功率可達到額定功率1000W。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，輸出電流會下降到0.4A，同時輸出的電壓也會迅速降低，從而起到保護電源的目的，此種故障查找方法的主要優(yōu)點是測試電流比較穩(wěn)定，故障查找效率高、準(zhǔn)確率高，對電纜、電流、電容的影響度比較小，主要缺點是體積比較大，不利于隨身攜帶。

結(jié)語

綜上所述，本文結(jié)合某電力企業(yè)的具體試驗，對小電流接地系統(tǒng)單相接地故障查找方法做了深入研究，研究表明，暫態(tài)分量中包含豐富的故障信息，且其幅值比穩(wěn)態(tài)分量的幅值要大很多，一般是幾倍到幾十倍，因而選取暫態(tài)分量更利于選線。在故障檢測過程中，要先對故障進行全面分析，然后根據(jù)具體情況，選擇與之相適的故障處理方法，才能最大限度提升故障處理的效率。

參考文獻：

[1]余樂，吳月.小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線方法研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（23）：212-213.

[2]孫德斌，蔡其芬，孫彤彤，等.小電流接地系統(tǒng)單相接地故障點查找方法[J].電世界，2017，58（5）：10-11.

（作者單位：1大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠

電力維修大隊電工五隊；

2天然氣分公司油氣加工四大隊北II-2深冷戰(zhàn)

北深冷變電所黑龍江；

3大慶油田水務(wù)公司八百晌水廠紅崗水源變電所黑龍江）