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(cè)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(shí)，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(chēng)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(jiàn)的臨時(shí)性故障，當(dāng)該故障發(fā)生時(shí),由于故障點(diǎn)的電流很小,且三相之間的線電壓仍保持對(duì)稱(chēng)，對(duì)負(fù)荷設(shè)備的供電沒(méi)有影響,所以允許系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備短時(shí)運(yùn)行,一般情況下可運(yùn)行12個(gè)小時(shí)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(duì)地電壓升高為相電壓的3倍，這樣會(huì)對(duì)設(shè)備的絕緣造成威脅，若不及時(shí)處理可能會(huì)發(fā)展為絕緣破壞、兩相

2、短路，弧光放電，引起去系統(tǒng)過(guò)壓。然而當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，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(cè)仍是一項(xiàng)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(gè)導(dǎo)體之間隔著絕緣介質(zhì)時(shí)會(huì)形成電容，因此在簡(jiǎn)單電網(wǎng)中，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí),各相線路對(duì)地有相同的對(duì)地電容C0,在相電壓作用下，每相都有一個(gè)超前于相電壓900的對(duì)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(duì)地電容，特別是架空線路對(duì)地電容很小,容抗很大，對(duì)地電容電流很小.系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí),如圖1，由于三相相電壓UA、UB、UC是對(duì)稱(chēng)的，

3、三相對(duì)地電容電流Ico。A、Ico.B、Ico。C也是平衡的，因此,三相的對(duì)地電容電流矢量和為0，沒(méi)有電流流向大地，每相對(duì)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(duì)地電容中并聯(lián)了一個(gè)大電阻，由于故障電流IC沒(méi)有返回電源的通路,只能通過(guò)另外兩項(xiàng)非故障A、B相線路的對(duì)地電容返回電源.此時(shí)C相線路的對(duì)地電壓為UC = UCD = 0,而A相對(duì)地線電壓即UA = UAD = UAC = UCA = -3 UC300 = 3 UB900，而B(niǎo)相對(duì)地線電壓即UB = UBC = 3 UB-300，則UA和UB'

4、相差600.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3Ico.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(jiàn),C相接地時(shí)，不接地的A、B兩相對(duì)地電壓UA和UB由原來(lái)的相電壓升高到線電壓,即值升高到原來(lái)的3倍,相位由原來(lái)的相差1200變?yōu)橄嗖?00.此時(shí)，從接地點(diǎn)流回的電流IC應(yīng)為A、B兩相的對(duì)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(shí),如圖3所示，每臺(tái)發(fā)電機(jī)和每條線路對(duì)地均有電容存在，這里用C0G、C01、C0

5、2表示，當(dāng)線路2中的C相接地后，全系統(tǒng)C相對(duì)地電壓均為0，因此C相對(duì)地電容電流也為0,同時(shí)A、B相的對(duì)地電壓和對(duì)地電流升高到原來(lái)的3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(duì)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(gè)線路上同名相的對(duì)地電容電流,因此，在發(fā)電機(jī)線路上的零序電流仍為

6、三相電流之和。但是，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(duì)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(duì)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?yàn)橛删€路流向母線.經(jīng)過(guò)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(shí)，非故障線路的零序電流等于該線路三相對(duì)地電容電流的

7、向量和，方向由母線流向線路，故障線路的零序電流等于全系統(tǒng)非故障線路對(duì)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(cè)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(cè)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(lái)檢測(cè)到故障線路的，但零序電流法存在如下問(wèn)題：1)、由于需要使用零序電流互感器或零序電流過(guò)濾器來(lái)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(shí)，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(shí)，二次側(cè)基本無(wú)電流輸出,

8、無(wú)法保證接地檢測(cè)的準(zhǔn)確性。3）、零序?yàn)V過(guò)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?yàn)V過(guò)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(wú)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(guò)非接地線路的零序電流仍為自身的電容電流， 但流過(guò)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(cè)法的故障指示器檢測(cè)到的零序電流幅值和相位是隨消弧線圈的

9、補(bǔ)償度的不同而變化的。電容電流檢測(cè)法在某一線路發(fā)生單相接地故障時(shí)， 如果電網(wǎng)的線路總長(zhǎng)度很長(zhǎng)時(shí)，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(gè)特征來(lái)判斷接地線路和接地區(qū)段.但電容電流法存在如下問(wèn)題：1）、盡管在發(fā)生接地時(shí)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(duì)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(cè)量精度。2）、單相接地故障的線路流過(guò)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(zhǎng)度

10、以及運(yùn)行方式有關(guān)。在電網(wǎng)最小運(yùn)行方式下有時(shí)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(duì)設(shè)置動(dòng)作電流非常不利, 另外運(yùn)行方式的變化也對(duì)設(shè)置恰當(dāng)?shù)膭?dòng)作電流值增加難度。而動(dòng)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(cè)電容電流進(jìn)行接地判斷的故障指示器則得不到足夠動(dòng)作電流,直接影響其靈敏性, 而造成拒動(dòng)。故障錄波檢測(cè)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(shí)，從故障前穩(wěn)態(tài)到故障后穩(wěn)態(tài)存在一個(gè)明顯的暫態(tài)過(guò)渡過(guò)程，該過(guò)程持續(xù)520ms,其暫態(tài)過(guò)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(hào)，暫態(tài)信號(hào)

11、幅值比穩(wěn)態(tài)信號(hào)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(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(jiàn)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(chǎng)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(chǎng)波形基本穩(wěn)定，零序電流有效值小于10A，且逐漸減?。?、原因：線路對(duì)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100240A