電氣設(shè)備接地故障精確定位方法1

1、電氣設(shè)備接地故障精確定位方法洪家渡發(fā)電廠黃政551501摘要：電氣設(shè)備主要分為發(fā)電機(jī)、變壓器、開關(guān)、輸電線路（含電纜）、負(fù)荷等，接地故障是電氣設(shè)備較為常見(jiàn)的故障之一，當(dāng)發(fā)生接地故障后，如何在極短時(shí)間內(nèi)找到故障點(diǎn)，是關(guān)系到電力系統(tǒng)穩(wěn)定及用電質(zhì)量的問(wèn)題，本文提出了有別于傳統(tǒng)方法的基于差動(dòng)保護(hù)原理的接地點(diǎn)定位方法，對(duì)于發(fā)電機(jī)、輸電線路、電纜、負(fù)荷的接地處理有下定的借鑒作用。1、 概述電氣設(shè)備要運(yùn)行，應(yīng)保證其絕緣滿足規(guī)程要求的情況下方可投運(yùn)，電氣設(shè)備絕緣性能的好壞直接影響到電力系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行。為了保證電力系統(tǒng)長(zhǎng)期安全、穩(wěn)定運(yùn)行，所有供、用電設(shè)備都必須做到在長(zhǎng)期運(yùn)行電壓下

2、有足夠的絕緣強(qiáng)度，不發(fā)生絕緣故障而直接導(dǎo)致電力系統(tǒng)停電；同時(shí)要保證在電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種過(guò)電壓作用下，具有足夠的絕緣強(qiáng)度，不會(huì)發(fā)生有害的放電導(dǎo)致絕緣破壞，從而保證電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。為此，所有供、用電設(shè)備都必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的絕緣試驗(yàn)。在生產(chǎn)制造過(guò)程中，必須通過(guò)各種型式試驗(yàn)，以考驗(yàn)設(shè)備絕緣是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，檢驗(yàn)設(shè)備對(duì)于工頻過(guò)電壓、雷電沖擊波電壓、操作沖擊波電壓等是否具有規(guī)定水平以上的絕緣強(qiáng)度。同時(shí)，要進(jìn)行各種絕緣特性的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)工藝中出現(xiàn)的缺陷。電力設(shè)備運(yùn)輸?shù)绞褂矛F(xiàn)場(chǎng)之后，必須經(jīng)過(guò)一系列交接試驗(yàn)來(lái)檢查設(shè)備經(jīng)過(guò)運(yùn)輸過(guò)程、安裝過(guò)程有否發(fā)生異常，以及絕緣特性惡化的跡象。在設(shè)備投入運(yùn)行之后，根據(jù)不同

3、設(shè)備的特點(diǎn)，要進(jìn)行定期或不定期的各種絕緣試驗(yàn)，檢查其絕緣是否受潮、老化以及發(fā)生局部放電等事故隱患，及時(shí)采取措施予以消除。設(shè)備經(jīng)過(guò)一段時(shí)間4運(yùn)行后，需要做定期檢修，更換設(shè)備中的某些部件或單元，也必須通過(guò)絕緣試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)檢修質(zhì)量，決定是否可以重新投入使用。由此看來(lái)，能否通過(guò)絕緣試驗(yàn)是保證供、用電設(shè)備能否可靠運(yùn)行的關(guān)鍵檢驗(yàn)手段，而對(duì)于電力系統(tǒng)的運(yùn)行人員，更重要的是如何對(duì)運(yùn)行中的設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和管理，使電力設(shè)備的絕緣事故防患于未然，達(dá)到電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的目的。 然而，電力系統(tǒng)的絕緣下降或絕緣損壞接地是不可避免的。發(fā)生絕緣降低或接地故障后如何在最短的時(shí)間內(nèi)排除，對(duì)節(jié)約水資源，確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行及工廠生

4、產(chǎn)合格產(chǎn)品至關(guān)重要。2、 基于差動(dòng)保護(hù)原理的接地定位方法 差動(dòng)保護(hù)原理：是基于基爾霍夫電流定理的一種電氣設(shè)備的主保護(hù)，主要用于發(fā)電機(jī)、變壓器、母線、輸電線路、大型負(fù)荷。其簡(jiǎn)要原理是當(dāng)在保護(hù)范圍內(nèi)故障時(shí)其差流較大，保護(hù)裝置能可靠動(dòng)作，瞬時(shí)切除故障；當(dāng)保護(hù)范圍外故障或振蕩等擾動(dòng)時(shí)差動(dòng)電流較小，裝置可靠不動(dòng)作。對(duì)于保護(hù)對(duì)象的不同，其不平衡電流的計(jì)算方法略有不同，且其制動(dòng)原理也不盡相同，但其保護(hù)原理均是在保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，其差流較大，裝置動(dòng)作，當(dāng)區(qū)外暫態(tài)穩(wěn)定或區(qū)外故障時(shí)差動(dòng)電流較小，裝置不動(dòng)作。 具體簡(jiǎn)要原理如下：、差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作原理原理圖見(jiàn)圖1正常運(yùn)行時(shí):，I1=I2 ij=i1-i2=0. 因

5、此，繼電器兩端電壓:Uab= ij×Rj=0. 式中Rj-繼電器內(nèi)部阻抗。電流不流經(jīng)繼電器線圈，也不會(huì)產(chǎn)生電壓，所以繼電器不動(dòng)作。圖1：差動(dòng)保護(hù)原理圖圖中: TA1、TA2-電流互感器Ru- 保護(hù)電阻器; U>- 差動(dòng)繼電器。、發(fā)生區(qū)內(nèi)故障: 原理圖見(jiàn)圖2，i1=Id/n (nTA1電流互感器匝數(shù)比) ij=i1-iei1 Uab= ij×Rji1Rj 此時(shí)，電流流入繼電器線圈、產(chǎn)生電壓，檢測(cè)出故障，繼電器動(dòng)作。圖2內(nèi)部故障動(dòng)作原理圖、發(fā)生區(qū)外故障:由于短路電流是額定電流的68倍且含有較大的非周期分量。當(dāng)TA1與TA2特性完全相同時(shí)，差動(dòng)繼電器中無(wú)電流通過(guò)，繼電器不動(dòng)

6、作。若TA1與TA2特性存在差異或剩磁不同，這時(shí)差動(dòng)繼電器中流過(guò)不平衡電流，這時(shí)只要差動(dòng)動(dòng)作電流大于最大不平衡電流，差動(dòng)繼電器不會(huì)動(dòng)作。 這里只就通用原理作說(shuō)明，不根據(jù)具體保護(hù)設(shè)備論述差動(dòng)保護(hù)躲開各自不平衡電流的原因及計(jì)算方法三、接地定位原理試驗(yàn)3.1基于差動(dòng)保護(hù)原理的定子定位方法：差動(dòng)保護(hù)是運(yùn)行中電流互感器位置不變，保護(hù)范圍內(nèi)故障點(diǎn)位置發(fā)生變化，而本定位方法是故障點(diǎn)不變，探測(cè)電流互感器位置發(fā)生變化。見(jiàn)接線圖3, 如下：電氣設(shè)備接地試驗(yàn)接線圖3移動(dòng)測(cè)試電流傳感元件件CT1、CT2，當(dāng)故障點(diǎn)在兩CT同一側(cè)時(shí)，雖然有雜散電容的存在，但這時(shí)兩CT通過(guò)電流為近似為同一電流，角度近似為0度或360度（極

7、性原因），故障點(diǎn)應(yīng)在另一半。移動(dòng)測(cè)試電流傳感元件件CT1、CT2，當(dāng)故障點(diǎn)在兩CT中間時(shí)，這時(shí)兩CT通過(guò)的不是同一電流，角度為近似為120度或240度（極性原因）。為了更精確的查出故障點(diǎn)位置，可移動(dòng)兩測(cè)試夾，最后精確定位故障點(diǎn)，利用二分法或黃金分割法 能很快將故障點(diǎn)找到。3.2 若是僅有交流220V的場(chǎng)所,以上方法不適用,應(yīng)采用以下經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換電路后方可實(shí)現(xiàn). 電路設(shè)計(jì)如圖4:3.3二分法或黃金分割法在接地查找中的應(yīng)用 二分法:就是在故障相分兩半,先判斷故障點(diǎn)哪一半,具體方法是CT1測(cè)故障相的一端,CT2在繞相的1/2處,比較CT1、 CT2的測(cè)試電流，先判斷出故障點(diǎn)在哪一半，再繼續(xù)用二分

8、法查找故障點(diǎn)，如此下去很快能將故障點(diǎn)找到。黃金分割法：將故障相分為0.618段和0.382段, 具體方法是CT1測(cè)故障相的一端,CT2在繞相的0.618段(或0.382)處,比較CT1、 CT2的測(cè)試電流，先判斷出故障點(diǎn)在哪一段，再繼續(xù)用此法查找故障點(diǎn)，如此下去很快能將故障點(diǎn)找到。二分法或黃金分割法對(duì)于查找出故障點(diǎn)各有缺點(diǎn),在實(shí)踐中可靈活運(yùn)用.3.4 測(cè)試用配套柔性開口電流變送器,為實(shí)現(xiàn)測(cè)故障電氣設(shè)備故障相各點(diǎn)電流,特研發(fā)了專用柔性開口電流變送器,詳見(jiàn)另一發(fā)明專利.3.4.1根據(jù)電磁感應(yīng)原理,在一個(gè)有封閉磁路的鐵心中繞制一次和二次兩個(gè)線圈,若一次線圈N1通過(guò)電流I1則會(huì)在二次線圈N2產(chǎn)生感應(yīng)電

9、流I2,其大小與線圈的匝數(shù)成比例,即:K=I1/I2=N2/N1 K電流比I2=N2/N1 =1/K 即改變N2/N1即改變了I2,變小了K倍,是大電流變換為小電流,使其變得容易進(jìn)行測(cè)量和數(shù)據(jù)處理。若在二次線圈兩端并接一電阻R,則二次線圈兩端的電壓為: U2=I2×R R是常量,即U2與I2成比例關(guān)系,進(jìn)行了電流電壓變換原理圖如下:圖4 電流互感器結(jié)構(gòu)圖上圖也是一般電流互感器的典型結(jié)構(gòu),由于鐵心是一個(gè)剛性的構(gòu)件,使用過(guò)程中它的外形是不能更變的。如果將鐵心剖開并展開成直線,再將鐵心換成線狀多根絞合成的可彎曲的導(dǎo)磁材料,在外面繞二次線圈,就是柔性電流變送器的結(jié)構(gòu),如下圖5所示: 圖5:

10、柔性開口電流變送器結(jié)構(gòu)圖柔性電流變送器鐵心是一個(gè)柔性的構(gòu)件,使用過(guò)程中它的外形是可以更變的,其線狀外徑僅為5mm,很小的空間即可靈活安裝使用,重量輕,耗料少,節(jié)約資源。在其輸出端配用適當(dāng)?shù)碾娐芳纯色@得應(yīng)用所需的電流或電壓訊號(hào)進(jìn)行測(cè)量,繼電保護(hù),監(jiān)測(cè)等,適用于大中型電氣設(shè)備。3.4.2柔性電流變送器在電氣設(shè)備中的測(cè)試接線柔性電流變送器在試驗(yàn)中按下圖6接線,其中CT1、CT2為柔性電流變送器采集采集器，CT為柔性測(cè)試線，帶紅色、黑色處為可插拔插頭。圖6：柔性電流變送器在電氣設(shè)備中的測(cè)試接線四、幾類可用差動(dòng)原理法精確定位的電氣設(shè)備測(cè)試舉例對(duì)于電氣設(shè)備的接地并非均能用該法精確定位，對(duì)于電氣設(shè)備較小，無(wú)

11、法區(qū)分其每相結(jié)構(gòu)、或故障后，無(wú)法用該方法測(cè)試其每相各點(diǎn)電流的設(shè)備該方法不適用，該方法適用于能區(qū)分電氣設(shè)備各相，且能測(cè)試各相每點(diǎn)電流的場(chǎng)合。4.1 大中型發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)定子轉(zhuǎn)子的故障發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)定子轉(zhuǎn)子的故障類型一般分為匝間短路，相間短路、分支開焊、單相接地、相間接地、絕緣降低等。對(duì)于發(fā)電機(jī)的故障一般均伴隨著絕緣降低，均可采用一定的手段使他發(fā)展成接地故障(或用導(dǎo)電材料使其強(qiáng)迫接地)來(lái)處理，本文僅針對(duì)接地故障如何精確定位找出故障點(diǎn)。4.1.1發(fā)電機(jī)定子定子繞組接地是發(fā)電機(jī)常見(jiàn)的一種故障,其中定子繞組的單相接地故障尤為常見(jiàn)。對(duì)于大中型發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)不接地或經(jīng)高阻抗接地的定子繞組,由于單相接地故障并不

12、產(chǎn)生較大的故障電流,所以定子繞組單相接地保護(hù)通常只發(fā)信號(hào)或延時(shí)跳閘.。但應(yīng)注意到發(fā)電機(jī)單相接地故障往往是相間或匝間短路的先兆,因此，對(duì)于定子繞組接地只發(fā)信號(hào)的機(jī)組應(yīng)立即通知有關(guān)部門停機(jī)處理，對(duì)于延時(shí)跳閘的發(fā)電機(jī)組應(yīng)立即查清故障并排除后,方可投運(yùn)。4.1.1.1發(fā)電機(jī)定子直流耐壓時(shí)泄漏偏大原因查找及處理定子繞組泄漏電流和直流耐壓試驗(yàn)?zāi)莒`敏的反應(yīng)絕緣的裂紋、夾層絕緣的內(nèi)部受潮及局部松散斷裂、絕緣的沿面炭化等，對(duì)發(fā)現(xiàn)定子繞組端部及手包絕緣的局部缺陷很靈敏。直流泄漏偏大的主要原因?yàn)槎瞬拷^緣盒或手包絕緣部分有局部缺陷。傳統(tǒng)的方法是表面電位法，測(cè)試水輪發(fā)電機(jī)端部絕緣盒及手包絕緣的表面電位，但存在安全隱患，

13、對(duì)人和設(shè)備均不安全。在此可用差動(dòng)原理法, 試驗(yàn)接線如圖7 圖7:發(fā)電機(jī)定子故障接線圖測(cè)試方法(1)包好發(fā)電機(jī)上部（或下部）所做試驗(yàn)相并頭套，(2)如上接線，裝置上電，調(diào)整好試驗(yàn)回路電流。(3)用移動(dòng)接地棒接觸所包導(dǎo)電體，觀察電流及CT角度變化情況，可方便地確定絕緣薄弱點(diǎn)。4.1.1.2定子繞組直接接地查找(或電動(dòng)機(jī))(1) 試驗(yàn)接線(如圖7)(2) 測(cè)試方法如上圖7接線，裝置上電，調(diào)整好試驗(yàn)回路電流。按二分法或黃金分割法原則移動(dòng)電流測(cè)試探頭查找接地點(diǎn).4.2 凸極機(jī)轉(zhuǎn)子接地4.2.1 試驗(yàn)接線如圖8 圖8:發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子故障接線圖4.2.2 試驗(yàn)方法如上圖8接線，裝置上電，調(diào)整好試驗(yàn)回路電流。按二

14、分法或黃金分割法原則移動(dòng)電流測(cè)試探頭查找接地點(diǎn).4.3 電纜電纜故障處理電纜故障類型：?jiǎn)涡静粠фz電纜：?jiǎn)蜗嘟拥?，斷線，絕緣降低；單芯帶鎧電纜：?jiǎn)蜗鄬?duì)鎧裝接地，斷線，絕緣降低；多芯電纜：?jiǎn)蜗嘟拥?，相間短路、相間短路接地、一相斷線或多相斷線、絕緣降低等。4.3.1、帶鎧單芯電纜對(duì)鎧直接接地（1）試驗(yàn)接線圖9：圖9: 帶鎧單芯電纜接地故障測(cè)試接線圖(2) 測(cè)試方法剝掉鎧裝層外皮，按上圖接線，根據(jù)上述二分法或黃金分割法原理能很快找出故障點(diǎn)。 缺點(diǎn)是需恢復(fù)外層，對(duì)于低壓電纜問(wèn)題不大，對(duì)于高壓電纜恢復(fù)要難一些。4.3.2.單芯電纜（1）試驗(yàn)接線圖10：圖10:單芯電纜接地故障測(cè)試接線圖 (2)試驗(yàn)方法同4.2.24.3.3 多芯電纜多芯按單芯方式,一芯一芯的查找.4. 無(wú)干擾架空線架空線的故障類型：?jiǎn)蜗嘟拥?，相間短路、相間短路接地、一相斷線或多相斷線、絕緣降低等本方法僅用于無(wú)干擾饋線上,對(duì)于有干擾的復(fù)雜線路,為保證試驗(yàn)安全,建議不采用,但若能確認(rèn)線路無(wú)干擾電壓或采取屏蔽措施后,也可用本方法. 試驗(yàn)接線 4.4.2 試驗(yàn)方法同4.2.24.5 控制回路故障控制回路發(fā)生故障后，可用該儀器查找。對(duì)于可斷控制電源的控制電路，斷掉電源后，對(duì)于不可斷控制電源的交流控制電路，無(wú)需用儀器加源查找，直接用CT查找。對(duì)于不可斷控制電源的直流流控制電路，可采用該儀器加小信