小電流接地系統(tǒng)接地故障研究分析

1、.小電流接地系統(tǒng)單相接地故障分析與檢測為了提高供電可靠性，配電網(wǎng)中一般采取變壓器中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈和高阻抗接地方式，這樣當(dāng)某一相發(fā)生接地故障時，由于不能構(gòu)成短路回路，接地故障電流往往比負(fù)荷電流小得多，因而這種系統(tǒng)被稱為小電流接地系統(tǒng)。小電流接地系統(tǒng)中單相接地故障是一種常見的臨時性故障，當(dāng)該故障發(fā)生時，由于故障點(diǎn)的電流很小，且三相之間的線電壓仍保持對稱，對負(fù)荷設(shè)備的供電沒有影響，所以允許系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備短時運(yùn)行，一般情況下可運(yùn)行1-2個小時而不必跳閘，從而提高了供電的可靠性。但一相發(fā)生接地，導(dǎo)致其他兩相的對地電壓升高為相電壓的倍，這樣會對設(shè)備的絕緣造成威脅，若不及時處理可能會發(fā)展為絕緣破壞、兩

2、相短路，弧光放電，引起去系統(tǒng)過壓。然而當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，由于構(gòu)不成回路，接地電流是分布電容電流，數(shù)值比負(fù)荷電流小得多，故障特征不明顯，因此接地故障檢測仍是一項世界難題，很多技術(shù)有待克服。單相接地故障分析當(dāng)任意兩個導(dǎo)體之間隔著絕緣介質(zhì)時會形成電容，因此在簡單電網(wǎng)中，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)正常運(yùn)行時，各相線路對地有相同的對地電容C0，在相電壓作用下，每相都有一個超前于相電壓900的對地電容電流流入地中，然而由于電容的大小與電容極板面積成正比而與極板距離成反比，所以線路的對地電容，特別是架空線路對地電容很小，容抗很大，對地電容電流很小。系統(tǒng)正常運(yùn)行時，如圖1，由于三相相電壓UA、UB、UC是對稱的

3、，三相對地電容電流Ico.A、Ico.B、Ico.C也是平衡的，因此，三相的對地電容電流矢量和為0，沒有電流流向大地，每相對地電壓就等于相電壓。圖1中性點(diǎn)不接地電力系統(tǒng)電路圖與矢量圖當(dāng)系統(tǒng)中某一相出現(xiàn)接地故障后，假設(shè)C相接地，如圖2所示，相當(dāng)于在C相的對地電容中并聯(lián)了一個大電阻，由于故障電流IC沒有返回電源的通路，只能通過另外兩項非故障A、B相線路的對地電容返回電源。此時C相線路的對地電壓為UC = UCD = 0，而A相對地線電壓即UA = UAD = UAC = -UCA = - UC-300 = UB-900，而B相對地線電壓即UB = UBC = UB-300，則UA和UB相差600。

4、非故障相中流向故障點(diǎn)的電容電流IAC = UAjwC0，IBC = UBjwC0，且 IAC、IBC超前UA和UB 900，IAC、IBC大小相等為Ico.A之間相差600。圖2中性點(diǎn)不接地電力系統(tǒng)發(fā)生C相接地故障電路圖與矢量圖由此可見，C相接地時，不接地的A、B兩相對地電壓UA和UB由原來的相電壓升高到線電壓，即值升高到原來的倍，相位由原來的相差1200變?yōu)橄嗖?00。此時，從接地點(diǎn)流回的電流IC應(yīng)為A、B兩相的對地電容電流之和，即IC = IAC + IBC。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中有發(fā)電機(jī)G和多條線路存在時，如圖3所示，每臺發(fā)電機(jī)和每條線路對地均有電容存在，這里用C0G、C01、C02表示，當(dāng)線路2

5、中的C相接地后，全系統(tǒng)C相對地電壓均為0，因此C相對地電容電流也為0，同時A、B相的對地電壓和對地電流升高到原來的倍。在這種情況下，非故障線路1上，由于C相電流為0，A相和B相中有本身電容電流，因此，該線路上的零序電流3I01 = IA1 + IB1，方向由母線流向線路。圖3中性點(diǎn)不接地電力系統(tǒng)發(fā)生C相接地故障電路圖與矢量圖在發(fā)電機(jī)G所在的線路上，首先有它本身A相和B相的對地電容電流IAG、IBG，但是，由于發(fā)電機(jī)還是產(chǎn)生電容電流的電源，因此從C相中要流回從故障點(diǎn)返回的全部電容電流，而在A相和B相上又要分別流出各個線路上同名相的對地電容電流，因此，在發(fā)電機(jī)線路上的零序電流仍為三相電流之和。但是

6、，各線路的電容電流從C相流入后又從A、B相流出相互抵消，只剩下發(fā)電機(jī)本身的電容電流，故該線路的零序電流仍為3I0G = IAG + IBG。方向由母線流向發(fā)電機(jī)。在故障線路2上，A相和B相的有本身的對地電容電流IA2、IB2，不同之處在于接地點(diǎn)要從C相流回統(tǒng)A相和B相對地電容電流之和，因此從C相流出的電流可表示為IC1 = -ID總，這樣線路2上的零序電流為3I02 = IA2 + IB2+ IC2 =IAG + IBG +IA1 + IB1，方向為由線路流向母線。經(jīng)過以上分析可以得出，在小電流接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障時，非故障線路的零序電流等于該線路三相對地電容電流的向量和，方向由母線流

7、向線路，故障線路的零序電流等于全系統(tǒng)非故障線路對地電容電流的向量之和，方向由線路流向母線。目前已存在檢測單相接地故障的方法主要有：零序電流法、電容電流法等，分別分析如下。零序電流檢測法在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，單相故障指示器是可以利用零序電流的方向和幅值來檢測到故障線路的，但零序電流法存在如下問題：1）、由于需要使用零序電流互感器或零序電流過濾器來采樣零序電流的變化，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝不方便，不能廣泛應(yīng)用于10kv架空線路上。2）、零序電流互感器精度較低，當(dāng)一次側(cè)零序電流在5A以下時，變比誤差可達(dá)到10%以上，角度誤差達(dá)到200以上，當(dāng)一次零序電流小于1A時，二次側(cè)基本無電流輸出，無法保證接地檢測的準(zhǔn)

8、確性。3）、零序濾過器本身固有的不平衡輸出使其準(zhǔn)確性較低，而且一般保護(hù)用電流互感器額定一次電流值多在幾百安以上。在接地電容電流小于10A的小電流接地系統(tǒng)使用零序濾過器,單相電容電流僅為保護(hù)用互感器一次額定電流的0.6%,根本無法保證互感器的必要準(zhǔn)確度。4）、在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)中, 發(fā)生單相接地故障后, 由于消弧線圈的補(bǔ)償作用, 流過非接地線路的零序電流仍為自身的電容電流, 但流過接地點(diǎn)的零序電流為消弧線圈提供的感性電流與電網(wǎng)中所有非接地線路電容電流之和的迭加。所以在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中, 采用零序電流檢測法的故障指示器檢測到的零序電流幅值和相位是隨消弧線圈的補(bǔ)償度的不同而變化

9、的。電容電流檢測法在某一線路發(fā)生單相接地故障時, 如果電網(wǎng)的線路總長度很長時,總的電容電流與每條線路的電容電流相差很大,因此可以利用這個特征來判斷接地線路和接地區(qū)段。但電容電流法存在如下問題：1）、盡管在發(fā)生接地時接地線路的電容電流等于非接地線路的電容電流之和, 而非接地線路的電容電流只是自身的電容電流。但通常接地電容電流是不大的, 約為幾安培, 對于架空線路則更小, 而線路中的負(fù)荷電流值則很大, 達(dá)幾百安培。電容電流所占負(fù)荷電流的比例只有百分之幾, 這樣就要求故障指示器有很高的測量精度。2）、單相接地故障的線路流過接地點(diǎn)的電容電流其幅值與接地點(diǎn)位置、所在母線上各條出線的長度以及運(yùn)行方式有關(guān)。

10、在電網(wǎng)最小運(yùn)行方式下有時接地線路的電容電流值和非接地線路的電容電流值很接近, 對設(shè)置動作電流非常不利, 另外運(yùn)行方式的變化也對設(shè)置恰當(dāng)?shù)膭幼麟娏髦翟黾与y度。而動作電流值的設(shè)定直接影響其選擇性和靈敏性。3）、在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電網(wǎng)中, 由于運(yùn)行方式的變化和環(huán)網(wǎng)的分流作用等, 采用檢測電容電流進(jìn)行接地判斷的故障指示器則得不到足夠動作電流,直接影響其靈敏性, 而造成拒動。故障錄波檢測法小電流接地系統(tǒng)中，若某一線路發(fā)生單相接地故障時，從故障前穩(wěn)態(tài)到故障后穩(wěn)態(tài)存在一個明顯的暫態(tài)過渡過程，該過程持續(xù)5-20ms,其暫態(tài)過程具有豐富的故障特征量，系統(tǒng)中的零序電流和零序電壓產(chǎn)生高頻暫態(tài)信號，暫態(tài)信號幅值比穩(wěn)態(tài)信號大

11、的多，并且這些特征量受系統(tǒng)參數(shù)、接地方式、負(fù)荷電流等因素的影響很小，其主要特點(diǎn)如下：圖1 接地故障暫態(tài)波形1.非故障(健全)線路的暫態(tài)零序電流方向與故障線路的暫態(tài)零序電流方向相反，且故障線路暫態(tài)零序電流為非故障線路暫態(tài)零序電流之和。2.接地故障點(diǎn)同側(cè)暫態(tài)零序電流差異小，詳細(xì)程度高，故障點(diǎn)前后的暫態(tài)零序電流幅值、頻率差異較大，相似程度較低。幾種常見接地故障1、原因：因?qū)w搭接接地，接地相和大地之間形成穩(wěn)定的阻性通路特征：零序電流出現(xiàn)月160A以上暫態(tài)峰值、接地后工頻電流、電場波形穩(wěn)定，零序電流有效值約15A。2、原因：非金屬性物體搭接接地，接地相和大地之間形成穩(wěn)定的較大阻值通路。特征：零序電流出現(xiàn)約170A以上暫態(tài)峰值、接地后工頻電場波形基本穩(wěn)定，零序電流有效值小于10A，且逐漸減小；3、原因：線路對地絕緣劣化存在薄弱點(diǎn)，發(fā)生弧光接地特征：接地瞬間零序電流尖峰約350A以上，此后零序電流尖峰約在100-240A之間；