小電流接地系統(tǒng)接地故障分析

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)中一般釆取變壓器中性點不接地或經(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，111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)備短時運行，一般情況下可運行1-2個小時而 不必跳閘，從而提高了供電的可鼎性。但一相發(fā)生接地，導(dǎo)致其他兩相的對地電 壓升高為相電壓的擊倍，這樣會對設(shè)備的絕緣造成威脅，若不及時處理可能會

2、發(fā)展為絕緣破壞、兩相短路，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，山于構(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 點不接地系統(tǒng)正常運行時，各相線路對地有相同的對地電容Co,在相電壓作用 下，每相都有一個超前于相電壓90。的對地電容電流流入地中，然而山于電容的 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)正常運行時，如圖1，由于三相

3、相電壓Ua、Ub、Uc是對稱的，三相對 地電容電流、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 相對地線電丿土即 Ua，= Uad = Uac = -Uca = 73 UcZ-30。=(3 UbZ-90,而 B 相對地線電壓即 Ub = UBc = a/5

4、UbZ-30,則 U(和 Ub相差 60 非故障相中流向故障點的電容電流Iac = UaIwCo，Ibc = UbwCo，且Iac、Ibc超前 Ua和Ub90, Iac、Ibc大小相等為廳之間相差60。圖2中性點不接地電力系統(tǒng)發(fā)生C相接地故障電路圖與矢量圖山此可見，C相接地時，不接地的A、B兩相對地電壓U，和UFl原來的相電 壓升高到線電壓，即值升高到原來的語倍，相位山原來的相差220。變?yōu)橄嗖?0o 此時，從接地點流回的電流lc應(yīng)為A、B兩相的對地電容電流之和，即1 = 1+1。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中有發(fā)電機G和多條線路存在時，如圖3所示，每臺發(fā)電機和 每條線路對地均有電容存在，這里用Cog、Coi、

5、C02表示，當(dāng)線路2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廳倍。在這種情況下，非故障線路1上, 曲于C相電流為6 A相和B相中有本身電容電流，因此，該線路上的零序電流3loi = Iai+ Ibit方向由母線流向線路。 5圖3中性點不接地電力系統(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 返回的全部電容電流，而在A相和B相上乂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)電機線路

6、上的零序電流仍為三相電流之和。但是，各線 路的電容電流從C相流入后乂從A、B相流出相互抵消，只剩下發(fā)電機本身的電 容電流，故該線路的零序電流仍為3Iog=Iag + Ibgo方向由母線流向發(fā)電機。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 流可表小為lci = -b總,這樣線路2上的零序電流為3102 = Ia2 + Ib2+ Ic2 = Iag + Ibg+Iai + Ibi，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

7、三相對地電容電流的向量和，方向山母線流向線 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 山線路流向母線。LI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）、山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）、零療;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20。以上，當(dāng)一次零序電流小

8、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)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，而且一般保護用電 流互感器額定一次電流值多在兒白安以上。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用互感器一次額定電流的，根本 無法保證互感器的必要準(zhǔn)確度。4）、在中性點經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)中，發(fā)生單相接地故障后，山于消弧線 圈的補償作用，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 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

9、零序電流幅值和相位是隨消弧線圈的補償度的不同而變化的。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, 約為兒安培，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)兒白安培。電容電流所占負(fù)荷電流的比例只有白分之兒，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的電容電流其幅值與接地點位

10、置、所在 母線上各條出線的長度以及運行方式有關(guān)。在電網(wǎng)最小運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墩性。3）、在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電網(wǎng)中，曲于運行方式的變化和環(huán)網(wǎng)的分流作用等，釆用 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 敬性，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

11、和零序電圧產(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，其主要特點如下：健全線路腱全線路 故障線路圖1接地故障暫態(tài)波形.非故障傕全）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.接地故障點同側(cè)暫態(tài)零序電流差異小，詳細(xì)程度高，故障點前后的暫態(tài)零 序電流幅值、頻率差異較大，相似程度較低。兒種常見接地故障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。!接地瞬間零序 電流暫態(tài)縫值波形穩(wěn)定的三 相及零序電場接地后A相電場降 低 B、C相升高波形穩(wěn)定的三 相及零序電流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7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;波形穩(wěn)定的二 柑及零序電場波形娃本穩(wěn)定的三相及零 序電流，H零庁電流減小接地后B相電場降 低，A、C相升高。接地瞬間零序 電流暫態(tài)峰値:.K/l I /V血 A3、原因：線路對地絕緣劣化存在薄弱點，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