10 kV不接地系統單相接地故障接地相判別分析

(錦屏水力發電廠，四川 西昌 615000)

0 前 言

10 kV配電系統多采用不接地系統。單相接地是電網運行的主要故障形式，約占總故障70%以上。在不接地系統發生單相接地故障時，各相電壓會發生變化，而線電壓不變，三相系統仍然保持對稱。為防止事故擴大，必須盡快消除故障，帶故障運行時間不超過2 h。

為準確判斷不接地系統發生單相接地故障的故障相，通過向量分析結合數學公式推導，發現不接地系統發生單相接地故障時，新的中性點會在以故障相為直徑的圓軌跡上，進而得出故障相的電壓不一定最小的結論。同時，通過一起實際的事故案例，結合故障錄波和CAD軟件分析，提出一種新的判別不接地系統單相接地故障時接地相的方法。

1 原理分析

圖1 單相接地故障時零序等效電路

(1)

(2)

將式(1)帶入式(2)中得到

(3)

令：L=j3ωCORg；

則有

(4)

(5)

由式(5)可知

(6)

由式(6)整理得

(7)

圖的圓軌跡

圖的圓軌跡

2 事件分析

2.1 事件現象

某電廠1號機組故障錄波裝置錄波啟動，經檢查確認為1號高壓廠用變壓器低壓側零序電壓突變量及高越限啟動。

2.2 現場檢查情況

現場檢查10 kV 901M上各開關保護裝置無啟動，裝置均運行正常；901M上小電流接地選線裝置無相關啟動信號，10 kV系統運行無異常。1號故障錄波裝置顯示錄波啟動時，1號高壓廠用變壓器低壓側三相電流均無變化；分析A相電壓為62.82 V(升高2.5 V左右)，B相電壓為60.82 V(基本不變)，C相電壓為57.18 V(降低3.2 V左右)，零序電壓3UO為5.65 V，大于突變量定值3 V及高定值5 V，錄波裝置為正常啟動，見圖4所示。

圖4 1號高壓廠用變壓器低壓側電壓波形

2.3 故障分析

根據波形可見，1號高壓廠用變壓器低壓側三相電壓正常運行時均為60 V左右，零序電壓為0 V左右；在裝置啟動期間，A相電壓升高，C相電壓降低，B相電壓基本保持不變，符合不接地系統單相接地特征；同時三相電壓波形在故障錄波裝置啟動后平滑無畸變，為標準正弦波，且消諧裝置未啟動，可初步判斷為C相經高阻抗接地。

由于無10 kV系統實測阻抗值，無法進行定性計算。可根據高壓廠用變壓器低壓側三相電壓及零序電壓的幅值及角度(見圖5)，對三相電壓向量進行分析：以A相電壓為參考點，其故障前后相位均為0°，B相電壓故障后相位為-115°左右，即與A相之間相位減小5°左右，C點電壓相位故障后為120°，基本不變。

圖5 1號高壓廠用變壓器低壓側電壓向量分析

根據上述的三相電壓在故障時幅值和相位變化，通過CAD軟件作圖展開進一步確認。即以故障時刻的A、B、C三相電壓幅值為半徑作圓，3個圓的交點即為故障后新的偏移中性點O′，如圖6。根據前面原理分析可知，新的中性點在以故障相為直徑的圓軌跡上，通過故障前的三相電壓幅值為直徑作圓確定偏移后的新的中性點落在哪個圓上，該相即為故障相。

圖6 故障后新的偏移中性點O′

如圖7所示(AO、BO、CO為故障前，AO′、BO′、CO′為故障后)，結合圖4和圖5綜合分析，發現新的中性點O′在以B相電壓為直徑的圓軌跡上，故可判斷為B相經高阻抗接地。

圖7 1號高壓廠用變壓器低壓側電壓圓軌跡分析

3 結 語

通過作出不接地系統單相接地故障時的零序等效電路圖，由向量分析，結合數學公式推導證明了不接地系統發生單相接地故障時，新的中性點會在以故障相為直徑的圓軌跡上，得出故障相的電壓不一定最小的結論。在實際一起事故案例中，運用所得結論并結合CAD軟件作圖準確快速地判斷出故障相，為實際現場事故分析提供一種新的分析思路。