10kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)多故障點(diǎn)故障精確定位研究

李曉波

摘要：10kV中性點(diǎn)不接地配網(wǎng)系統(tǒng)，由于線路發(fā)生單相接地時(shí)，系統(tǒng)可運(yùn)行2小時(shí)，傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置無(wú)法實(shí)現(xiàn)10kV線路的距離保護(hù)，因此只能通過(guò)選線重合來(lái)進(jìn)行故障的清除，當(dāng)選線重合還是無(wú)法解決單相接地問(wèn)題時(shí)，單相接地依然存在，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致健全相過(guò)電壓從而導(dǎo)致跳閘。文中從距離保護(hù)角度入手，利用行波測(cè)距的原理實(shí)現(xiàn)10kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)多故障點(diǎn)故障精確定位，從而解決了10kV多故障點(diǎn)辨識(shí)，大大縮短傳統(tǒng)的由于單相接地造成的10kV線路停電時(shí)間，從而減少不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

關(guān)鍵詞：10kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng);行波測(cè)距;多故障點(diǎn)精確定位;減少經(jīng)濟(jì)損失

10kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地時(shí)，由于其系統(tǒng)在接地時(shí)電流變化較小因此不影響系統(tǒng)的運(yùn)行，系統(tǒng)可帶故障運(yùn)行2小時(shí)，當(dāng)故障點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法消除時(shí)只能通過(guò)選線合閘操作來(lái)進(jìn)行故障清除，如果選線合閘依然無(wú)法實(shí)現(xiàn)故障的清除，系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間帶故障運(yùn)行導(dǎo)致非健全相故障電壓升高，從而導(dǎo)致健全相過(guò)電壓跳閘。因此當(dāng)線路發(fā)生單相接地時(shí)快速定位故障點(diǎn)成為解決多故障點(diǎn)的重要手段。

一、10kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)綜述

10kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)屬于小電流接地系統(tǒng)，其發(fā)生故障時(shí)大部分故障為單相接地故障，故障頻率較高，故障后造成的影響較大，可能導(dǎo)致導(dǎo)線斷線，變壓器損壞、區(qū)域內(nèi)線路大規(guī)模停電等，從而減低用電的可靠性，引發(fā)10kV線路跳閘的原因有很多，其中大部分比列為單相接地故障。以下為單相接地故障帶來(lái)的危害：第一，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，當(dāng)線路出來(lái)弧光接地時(shí)，線路自身無(wú)法實(shí)現(xiàn)滅弧，電弧的產(chǎn)生導(dǎo)致線路過(guò)電壓，持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)可能導(dǎo)致線路斷線等情況，從而造成區(qū)域內(nèi)停電的不良影響。第二，10kV系統(tǒng)采用單端供電模式，一般情況下支路繁多，當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，由于線路走廊分支較多，當(dāng)前沒(méi)辦法定位出具體的故障位置，必須依靠人工選線的方法實(shí)現(xiàn)故障清除，而人工選線的方法操作復(fù)雜，一旦故障通過(guò)選線無(wú)法清除，線路運(yùn)維人員需花費(fèi)大量的人力物力出動(dòng)，沿線排除故障，由于其分支繁多，線路走廊多處于荒郊野外，因此投入大量財(cái)力收效甚微。因此當(dāng)10kV線路發(fā)生故障時(shí)，不僅會(huì)影響自身的運(yùn)行和電能質(zhì)量，嚴(yán)重者甚至導(dǎo)致線路斷線的情況，因此一種有效的故障定位手段顯得極為重要，近年來(lái)隨著行波定位技術(shù)的成熟應(yīng)用，行波法故障定位成為電力系統(tǒng)故障定位的有效手段。

行波定位原理行波法故障定位理論是根據(jù)行波傳輸理論實(shí)現(xiàn)線路故障測(cè)距的，利用小波包變換和傅里葉變換可實(shí)現(xiàn)波頭的波形提取，結(jié)合北斗的高精度GPS可實(shí)現(xiàn)故障經(jīng)確定位。行波法故障測(cè)距只受到波頭提取的時(shí)間差和GPS自帶精度的影響，從而減小了傳統(tǒng)阻抗法測(cè)距的誤差。行波法是利用故障時(shí)刻線路電流、電壓突然發(fā)生變化所產(chǎn)生的高頻暫態(tài)行波在兩變電站和故障點(diǎn)之間折反射來(lái)進(jìn)行故障精確定位的。

二、中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中電壓異常原因分析及判斷

在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中產(chǎn)生電壓異常的原因很多，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電壓異常情況為以下三種：（1）PT一、二次故障;（2）單相接地故障;（3）諧振。

2.1 PT一、二次故障

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)PT常用接線方式為Y0/Y0/接線。在正常工作狀態(tài)下，系統(tǒng)三相相電壓的向量和等于零，開(kāi)口三角形引出端的電壓為零。當(dāng)PT高壓保險(xiǎn)熔斷時(shí)，熔斷相二次電壓將顯著降低，并發(fā)出/母線接地0信號(hào)。在未完全熔斷時(shí)，可能不會(huì)發(fā)出/母線接地0信號(hào)。而低壓保險(xiǎn)熔斷的情況比較好判斷。最不常見(jiàn)的則是發(fā)生PT二次電壓回路異常。出現(xiàn)這種情況時(shí)，電壓無(wú)法預(yù)測(cè)，其形成原因通常有二次接線燒斷、碰線、回路接錯(cuò)、表計(jì)異常等。

2.2單相接地故障

在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障很常見(jiàn)，主要是由于潮濕、雷雨、大風(fēng)天氣及樹(shù)障、線路單相絕緣子或避雷器擊穿、小動(dòng)物事故等諸多因素引起。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，系統(tǒng)的線電壓保持不變，而且系統(tǒng)絕緣又是按線電壓設(shè)計(jì)的，故為了提高系統(tǒng)供電的可靠性，規(guī)程規(guī)定允許帶一個(gè)接地點(diǎn)繼續(xù)運(yùn)行不超過(guò)2h。經(jīng)分析有4個(gè)原因：（1）在帶接地故障運(yùn)行時(shí)，非故障相對(duì)地電壓升高，系統(tǒng)中的絕緣薄弱點(diǎn)可能會(huì)被擊穿。（2）當(dāng)故障點(diǎn)產(chǎn)生電弧時(shí)可能會(huì)燒壞設(shè)備并發(fā)展成為相間短路故障。（3）線路直接接地或間接接地都會(huì)對(duì)大地放電造成較大的電能損耗并將影響線損。（4）導(dǎo)線落地這類接地故障對(duì)行人可能發(fā)生跨步電壓傷亡事故，所以要求在2h內(nèi)進(jìn)行接地處理。當(dāng)某一相發(fā)生接地故障時(shí)，三相電壓的對(duì)稱性遭到破壞，接地后中性點(diǎn)電位發(fā)生偏移，導(dǎo)致正常相對(duì)地電壓升高。特別是發(fā)生單相金屬性接地時(shí)，接地相電壓降至零，正常相電壓升高為線電壓。

2.3諧振

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中發(fā)生的諧振為并聯(lián)諧振，它是三相線路對(duì)地電容不平衡與母線PT非線性電感組成的諧振回路產(chǎn)生的諧振，所以，在系統(tǒng)中導(dǎo)線對(duì)地分布電容的容抗以及PT并聯(lián)運(yùn)行時(shí)綜合電感的感抗兩者的比值XC/XL有直接關(guān)系，當(dāng)XC/XL≦0.01或XC/XL≧2. 8時(shí)，系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生鐵磁諧振。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的諧振分為分頻諧振、基頻諧振和高頻諧振三種，諧振一般由接地和激發(fā)產(chǎn)生。發(fā)生諧振時(shí)，PT開(kāi)口三角形處會(huì)出現(xiàn)諧振頻率電壓，并發(fā)/母線接地0信號(hào)，若不仔細(xì)分析其電壓的變化，會(huì)誤認(rèn)為是單相接地故障。對(duì)于沒(méi)有裝設(shè)消弧線圈的變電站，快速消除諧振更為重要。

2.3.1分頻諧振

當(dāng)比值XC/XL較?。?.01～0.07）時(shí)發(fā)生的諧振是分頻諧振。在PT開(kāi)口三角形處所呈現(xiàn)的電壓是相電壓中1/2次諧波分量的2倍，當(dāng)這個(gè)分量足夠大時(shí)，會(huì)使開(kāi)口三角形處電壓繼電器動(dòng)作造成單相接地的假象。主要表現(xiàn)為：（1）三相對(duì)地電壓依相序輪流升高（一般上升到1.2～1.5倍的相電壓）。（2）三相相電壓在電壓表上上、下擺動(dòng)。擺動(dòng)的范圍不大，擺動(dòng)的頻率能用肉眼看清。（3）線電壓沒(méi)有變化。（4）開(kāi)口三角形電壓值小于100V。（5）諧振能長(zhǎng)時(shí)間存在并持續(xù)直到PT燒毀造成事故。

2.3.2基頻諧振

當(dāng)比值XC/XL接近于1時(shí)，發(fā)生諧振的諧振頻率與電網(wǎng)頻率相同，故稱之為基頻諧振。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)向僅帶有電壓互感器的空母線突然充電時(shí)易產(chǎn)生基頻諧振。此時(shí)母線對(duì)地電容很小，由于PT勵(lì)磁電抗的補(bǔ)償作用，特別是在充電過(guò)程中的沖擊可能會(huì)導(dǎo)致PT過(guò)勵(lì)磁而使總阻抗變?yōu)楦行浴牧阈螂妷汗経0=（Ua/Za+Ub/Zb+Uc/Zc）/（Ya+Yb+Yc）中可以看出，分母的導(dǎo)納可能很小甚至趨于零，這時(shí)就可能發(fā)生基頻諧振，零序電壓U0明顯變大。主要表現(xiàn)為：PT鐵芯飽和相對(duì)地電壓升高，最高可達(dá)3倍相電壓，開(kāi)口三角形電壓值小于100V。

2.3.3高頻諧振

當(dāng)比值XC/XL較大（0.55～2.8）時(shí)發(fā)生的諧振是高頻諧振。發(fā)生高頻諧振雖然極少，但危害卻特別大。高頻諧振時(shí)三相電壓同時(shí)升高，遠(yuǎn)超過(guò)線電壓，其值最大可達(dá)4倍相電壓，開(kāi)口三角形電壓大于100V。目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的措施是在電壓互感器開(kāi)口三角繞組上并一只200～500W的燈泡（或電阻）或加裝消諧裝置等。

三、結(jié)束語(yǔ)

配網(wǎng)系統(tǒng)單相接地危害較大，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致整個(gè)區(qū)域內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間停電，因此當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單向接地時(shí)需要慎重處理對(duì)待。 行波測(cè)距可實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)系統(tǒng)的多故障點(diǎn)精確定位，可對(duì)故障點(diǎn)和閃絡(luò)點(diǎn)做出明顯區(qū)分，對(duì)于配網(wǎng)運(yùn)維人員線路維護(hù)具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱啟林，李仁義，徐丙垠電力電纜故障測(cè)試方法與案例分析[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008

[2]季濤，薛永端，孫同景，等配電線路行波故障測(cè)距初探[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2005（19）：6671

[3]和敬涵，季英業(yè)小電流接地系統(tǒng)單相接地故障測(cè)距方法的研究[J].華北電力技術(shù)，2004（1）：13

[4]馬士超，劉永強(qiáng)基于小波分析的電纜故障行波測(cè)距仿真研究[J].現(xiàn)代電力，2010，12（27）：17

[5]劉亞?wèn)|，盛戈皞，孫岳，等基于故障電流信息綜合分析的分布式單相接地故障測(cè)距方法[J].電網(wǎng)技術(shù)，2012（8）：8794