小电流接地系统接地故障的原因分析及处理

(内蒙古能源锡林热电厂，内蒙古 锡林浩特 026000)

摘 要： 文章通过对锡林浩特市地方电网的运行实践，从小电流接地系统绝缘监察装置的构成及动作原理、历年接地故障情况的统计、接地原因、故障判别及预防接地的措施等几个方面进行了分析，供运行值班人员和工程技术人员借鉴。

关键词： 小电流接地；原因分析；对策

中图分类号： TM773(226)  文献标识码： A  文章编号： 1007—6921(2009)19—0077—02 
1 问题提出 

目前，小电流接地系统特别是35kV及以下的小接地系统，由于其线路分支多，走向复杂，电压等级较低，在设计施工中线路质量不易保证，运行中发生接地故障的几率是很高的。从锡林浩特市地方电网历年来的运行统计资料来看，在小电流接地系统的接地故障中，35kV电网占8.2%，10kV电网占91.8%。文章通过在实践中对电网运行工况的了解以及运行经验的总结，分析了小电流接地系统在实际运行中易引起误判的几类接地故障，在给出其原因分析的基础上着重阐述了接地故障的判别方法、处理措施及对策。相信对同行有一定的借鉴作用。
 2 易引起误判的几类接地故障及其原因分析 

 为了便于展开下文，有必要首先对电网发生接地的原因作一个简单的分析。如图1,当中性点电压Uo不为0且Uo大于绝缘监察系统定值时，便有接地信号发出，而Uo反映的是零序电压，其计算公式为：

Uo=(ùa+ùb+ùc)/3

从上式可以看出，当电网各相电压ùa、ùb、ùc不平衡时，便有中性点电压Uo产生，而电网电压的不平衡度是接地信号发生与否的关键，文章下面的论述将紧紧围绕接地故障发生的原因作具体分析。根据锡林浩特市地方电网历年来的运行资料，文章统计了如下几类经常发生接地的情况：
 2.1 系统发生单相接地或两相不完全接地 
 

此时，系统各相对地电压ùa、ùb、ùc不平衡，其相量和不为零，产生中性点位移(如图1)，致使TV二次的开口三角绕组出现零序电压而发出接地信号。
 2.2 系统高压侧缺相运行 

根据运行经验和多次的模拟试验，当系统高压侧缺一相或两相运行时，由于各相对地电压不平衡(某一相或两相为零)，其相量和不为零，产生的中性点位移致使TV二次的开口三角绕组出现零序电压而发出接地信号。
 2.3 系统发生谐振 

 由于系统中电压互感器TV的励磁电抗XL(等于ωL)过低，倒闸操作时恰遇某相电压过零值或操作手法不正确、系统接地运行时间过长等，都可能导致系统发生铁磁谐振。此时，系统三相电压是不平衡的，产生的中性点位移也会使保护动作而发出接地信号，这是在实际运行中导致接地信号误发最多的一种假接地故障。

 此外，对高压设备摇测绝缘或雷电时也可能导致假接地信号发出。由于以上诸多原因，在客观上给运行人员判别接地故障带来了一定的难度。
 3 接地故障判别 

 根据TV的接线特点，其铁芯中存在零序磁通通路，故在其二次感应电压而使保护动作而发出接地信号。对于各种接地类别的大致特点，有必要进行一定的归纳总结，以利电网值班人员准确地判别故障情况，采取正确方法及时消除故障。
 3.1 系统一相接地或两相不完全接地 

 此时，其相应相对地电压降低，非接地相电压升高，电压表计指示视情况不同而异。

 当一相完全接地时，故障相对地电压为零，中性点位移电压为相电压，非故障相对地电压升高倍，变为系统线电压。若故障相不完全接地，则故障相对地电压大于零而小于相电压，非故障相对地电压值大于相电压而小于线电压，接地电流比完全接地时小一些。由此，我们根据图2所示绝缘监察系统所接各种表计指示即可得知系统接地情况。
  3.2 系统高压侧缺相运行 

当系统高压侧某一相(或两相)断线或母线电压互感器某一相(或两相)高压保险熔断时，有如下具体情况：
3.2.1 若绝缘监察系统(图2)采用单相电压互感器组成的Y0/Y0接线时，假设TV一次A相熔断造成缺相运行，二次a相无感应电压，按说图2中Va应无指示。但从Vab电压表串过b相，结果使电压表Vab、Va形成一串联分压回路，使得Va表计有一定指示，其值与表计内阻成正比。
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3.2.2 若绝缘监察系统采用三相五柱式电压互感器时，由于磁路系统互相联通，当高压侧A相保险熔断造成缺相运行时，二次a相能感应电压，Va与Vab比上述3.2.1中的分析结果高些。缺两相的分析与缺一相的分析类同。总之，系统发生缺相运行时，故障相的表计有一定指示，非故障相的表计指示不变。
 3.3 系统发生谐振 

发生铁磁谐振的一个显著特征就是产生过电压，可以从表计变化观察到系统发生谐振的情况。
3.3.1 一相(或两相)表计指示降低(不为零)，其余相表计指示升高，超过系统电压；或电压表计指示过头，从图2或图3中测出XJJ或YJ线圈电压可知中性点电压已位移至电压三角形外。
3.3.2 三相表计指示依相序次序轮流升高，并在1.2~1.4倍相电压之间作低频摆动，约每秒一次。
3.3.3 图2中Va、Vb、Vc三相表计指示远远高于线电压。
3.3.4 图2中Va、Vb、Vc及Vab、Vbc、Vca表计指示同时大大超过额定值。

 总之，铁磁谐振的一个显著特征是产生过电压，可从系统采集到的数据来进行判断。至于对高压设备摇测绝缘或雷电时接地信号误发的情况，电网值班人员可根据当时的实际情况进行简单的的判别处理，文章在此不作具体分析。
 4 接地故障的处理措施 

根据笔者运行的经验，电网发生接地时根据不同情况有如下的处理措施：
 4.1 三相表计发出接地信号时的处理 

在三相表计指示平衡而又发出接地信号时，应首先考虑是否电压互感器检修后极性接反。
 4.2 制定电网整改措施 

在已确认为真接地且接地频繁或接地时间较长的情况下，应制定合理的电网整改措施，因为接地故障会危及设备安全运行、造成大量的无功损耗，从而降低电压质量。实际中可针对不同情况通过对沿线杆塔、横担、绝缘子等的校正、更换以及对沿线网络旁树枝等的修剪等消除接地，并注意加强线路的运行维护管理。
 4.3 避免谐振的发生 

铁磁谐振产生的过电压会使绝缘击穿、避雷器放炮、母线电压互感器TV炸裂甚至烧毁，因此一定要尽量避免谐振的发生。从根本上说，安装时应着重改善TV的电磁特性(更换伏安特性不良的电磁式电压互感器以提高励磁电抗)；或在35kV及10kV系统母线电压互感器TV二次侧加装消谐电阻、消谐灯或击穿保险器，以防止并联谐振的产生。对运行值班人员来说，主要应从改变运行方式及操作手法入手，采取如下措施：
4.3.1 改变运行方式时应使Xco/XL≤0.01或Xco/XL≥3(Xco为系统容抗，XL为系统感抗，主要为TV励磁电抗)，使系统远离谐振区。
4.3.2 操作时应尽量避免将小电流系统的消弧线圈退出运行；对110kV及以上大电流系统，如果经计算在运行过程中不要求中性点接地运行时，应在操作时先合上电源变压器中性点接地刀闸，操作完毕后再将中性点接地刀闸退出运行。
4.3.3 停送电要注意操作顺序：母线停电时，先拉母线电压互感器TV，切除电感L，再拉母联断路器，送电时与此相反；当断路器断口装有均压电容时，应先合断路器，再升压，升压后如要停电，应先将电压降至零，再拉断路器；对装有母差保护的双路重要母线，当母差保护使一条母线停电时应及时拉开母联断路器的隔离开关或母线电压互感器的隔离开关，切除发生串联谐振的LC回路。
4.3.4 根据运行经验，新安装或大修后投入运行的10kV及35kV系统如果频繁发生谐振，且通过上述的消谐方法都不能消除谐振时，我们应考虑其加装的消谐装置是否已损坏。若未设消谐装置，可用一只100W左右的灯泡接于TV开口三角形侧来临时代用。
 4.4 缺相运行造成的接地，应对线路质量进行检查，通过核算更换一些不合格线路的线型 

如缺相运行系由母线TV高压保险熔断造成，在发电厂或变电站接线和设备均无技术、质量问题的前提下，应考虑有无重新核算TV高压保险容量的必要。
 4.5 雷电时频繁发生接地时应采取的措施 

应重新摇测发电厂或变电站进线避雷器的接地是否良好，发电厂、变电站内部接地网络是否满足技术要求，避雷针的保护范围是否足够，必要时采用加化学降阻剂、埋设接地体、对避雷针保护范围进行重新核算等予以消除。
 4.6 若对高压设备摇测绝缘时有接地信号落牌，应着重考虑一次回路接地点存在的可能性 

如检修后接地线是否拆除、接地刀闸是否拉开、被摇测设备的工作接地点(如TV一次接地)或保护接地点是否已甩开等。
 5 结束语 

系统发生接地的具体原因是非常复杂的，随着电力系统微机综合自动化技术的发展，接地故障的判别也出现了一些新的特点，限于篇幅，文章对此不作具体分析。在实际工作中，应根据当时当地的实际情况，准确地区分真假接地，然后根据判断出的接地类别采用正确的方法进行处理。