10kV小電流接地系統(tǒng)單相斷線接地故障分析

陳志明（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門臺(tái)山供電局，廣東 臺(tái)山 529200）

10kV小電流接地系統(tǒng)單相斷線接地故障分析

陳志明
（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門臺(tái)山供電局，廣東 臺(tái)山 529200）

本文對(duì)10kV小電流接地系統(tǒng)中的單相斷線接地故障的特點(diǎn)進(jìn)行了研究和分析，以便于為線路維修人員提供合理的參考和指導(dǎo)。

小電流接地系統(tǒng)；單相故障；故障分析

1 研究背景

本文研究的切入點(diǎn)是筆者親歷的發(fā)生于2014年3月的某一段10kV小電流節(jié)電系統(tǒng)單相斷線接地故障，此段電路的10kV母壓出現(xiàn)了故障，電路中的三相電壓A、B、C的電壓值分別是10kV、10kV 和10kV，三段電流的電流方面的變化并不明顯，后來經(jīng)過電路故障的檢查后發(fā)現(xiàn)是此段10kV小電流接地系統(tǒng)中的X段線路的分支線路A線路接了地，將這段A支路斷開之后就可以使得電壓恢復(fù)正常，此次處理結(jié)束后的次日，這個(gè)變壓器的10kV母線又一次發(fā)出了接地的信號(hào)，母線的電壓出現(xiàn)了異常，電路中的三相電壓A、B、C的電壓值分別變成了8.8kV、5.5kV 和5.7kV，其中A相電路的電流變成了原來的1/10，成為21A，另外兩相的電路的電流并沒有發(fā)生顯著的變化，后來經(jīng)過電路的檢查后發(fā)現(xiàn)是因?yàn)槠渲械腦線路的五號(hào)桿的A段中短路的線路出現(xiàn)了懸空的現(xiàn)象，下文中筆者就小電流接地線路中的單相接地或者斷線故障的特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的分析。

2 如何進(jìn)行小電流接地系統(tǒng)的單相斷線的故障分析

2.1 如何完成接地信號(hào)的分析和判斷

關(guān)于小電流接地系統(tǒng)的單相斷線故障的分析，首先需要完成的是接地信號(hào)的分析和判斷進(jìn)而完成信號(hào)的顯示和警告，具體來講，可以從如圖1所示的信號(hào)連接為切入點(diǎn)進(jìn)行分析，同樣地，將A相電路作為故障線路，筆者在文中對(duì)發(fā)生斷線的接地系統(tǒng)中的故障信號(hào)的顯示以及發(fā)生故障的時(shí)候的電壓的變化狀況進(jìn)行簡要的介紹。

圖1表示的是線路發(fā)生小電流接地系統(tǒng)的單相斷線的時(shí)候，斷線點(diǎn)的電壓值可以表示為，然后再將上式利用對(duì)稱分量的方式計(jì)算得到再加上小電流接地系統(tǒng)中的AO端的電流值總是為零，那么就可以得到

再假設(shè)系統(tǒng)的正負(fù)阻抗的等效值為Z1 和Z2，一般情況下ZI=Z2，再通過以上的信息和關(guān)系式建立一組序列網(wǎng)絡(luò)方程式，加之系統(tǒng)的對(duì)稱性，我們可以得到的表達(dá)式是，最后，對(duì)以上的各個(gè)方程式進(jìn)行求解后可以得到的故障電路的開口電壓的表達(dá)式為：3U0=3EA/2KPT=50V≥15～20V，因此，我們可以做出的總結(jié)是如果小電流接地系統(tǒng)出現(xiàn)了單相斷線的故障，其監(jiān)控系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出相應(yīng)的接地信號(hào)，幫助電路維修人員判斷故障和制定維修的方案。

2.2 異常電壓的分析

在進(jìn)行異常電壓的分析的時(shí)候需要在負(fù)載阻抗和系統(tǒng)阻抗不計(jì)的理想的狀態(tài)下完成，如圖2所示，通常的分析的前提是一段經(jīng)過一定程度的簡化的等效電路。其中，N點(diǎn)是虛擬的中點(diǎn)，將O點(diǎn)假設(shè)為接地點(diǎn)，也就是說它的電壓值為零，分別代表的是小電流接地系統(tǒng)處于正常運(yùn)行的狀態(tài)下的三個(gè)相電路A、B、C的電壓值，同時(shí)代表的也是系統(tǒng)的電壓值，YA、YB、YC分別代表的是這三個(gè)相電壓與接地點(diǎn)之間的導(dǎo)納值，

代表的是虛擬中點(diǎn)N與地之間的電壓差值，在正常的運(yùn)營狀態(tài)下中點(diǎn)N 和接地點(diǎn)O之間的電壓值應(yīng)該是相同的，屬于相互重合的兩個(gè)電壓點(diǎn)，再者，電源電路中的虛擬的中點(diǎn)和接地點(diǎn)之間的電流不是同步的，也就是說，處于正常運(yùn)行狀態(tài)下的虛擬中點(diǎn)和接地點(diǎn)之間既沒有電壓差又沒有電流，圖2中的虛線表示的就是這一層含義。如果小電流系統(tǒng)中的三相電壓的關(guān)系是理想的對(duì)稱關(guān)系，那么就可以得到下列的表達(dá)式：電路的電容一般會(huì)偏小，故而，B相電路和C相電路的電容幾乎不會(huì)變化而且處于比較平等的地位，用公式表示就是YA≤YB=YC，這樣的話，中點(diǎn)就會(huì)在原來的基礎(chǔ)上發(fā)生偏移，如果用表示發(fā)生斷線故障后的相電壓A、B、C與接地點(diǎn)之間的電壓差，那么，B和C之間的相對(duì)接地點(diǎn)的電壓就會(huì)下降，而A點(diǎn)則會(huì)有所升高。另外，又由于B相電路和C相電路之間的相位的變化不大，又因?yàn)锳線當(dāng)A相電路出現(xiàn)短路故障時(shí)，在整個(gè)系統(tǒng)中，相對(duì)于B相電路的電容，A相路處于斷線狀態(tài)，所以三者的電容的關(guān)系是：0≤YA≤YB=YC。

綜合來說，對(duì)于不接地的系統(tǒng)來說，如果出現(xiàn)了單相接地的故障問題一般會(huì)在系統(tǒng)中表現(xiàn)出以下的特點(diǎn)：

第一，系統(tǒng)的監(jiān)控裝置會(huì)發(fā)出接地的信號(hào)。

第二，故障電路的相位值會(huì)升高到正常值的1.5倍，而沒有發(fā)生故障的電路的電壓則會(huì)下降到原來的正常值的0.87倍。

第三，由于實(shí)際的工作電路中，分支線路的斷線會(huì)受到負(fù)載電流的作用，因此，當(dāng)電路發(fā)生斷線故障之后，其故障電壓值一般處于6kV到9kV之間，正常運(yùn)行的線路的電壓處于5.2kV到6kV之間。

3 如何進(jìn)行小電流接地系統(tǒng)的單相接地的故障分析

如果設(shè)置A相的接地電路出現(xiàn)了故障，那么在下圖3中所示的原理圖是A相線路接地之后的電壓相量的表示方法。

由此，我們認(rèn)為在10kV小電流接地系統(tǒng)單相斷線接地故障發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)表現(xiàn)出的特點(diǎn)有三方面：

一是系統(tǒng)的監(jiān)控部分會(huì)自動(dòng)發(fā)出接地信號(hào)給工作人員以提示和警告。

二是當(dāng)故障電路的電相電壓值降低到零時(shí)，未發(fā)生故障的相電路的電壓就會(huì)升高至原來的1.717倍。

三是由于實(shí)際的接地故障發(fā)生的時(shí)候接地現(xiàn)象并不是完全的接地，也即還有一定的連通，線路中經(jīng)過電阻值較高的媒介或者線圈的消弧的作用，發(fā)生故障的系統(tǒng)的相電壓的電壓范圍一般都處于0kV和6kV之間，未發(fā)生故障的相電壓的值往往處于6kV到10kV之間，即是正常電壓的1.5倍。

結(jié)語

總而言之，經(jīng)過以上的分析我們可以得到以下的結(jié)論：當(dāng)10kV小電流接地系統(tǒng)出現(xiàn)斷線或者接地的故障的時(shí)候，監(jiān)控系統(tǒng)都會(huì)發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)信號(hào)；發(fā)生接地或者斷線后出現(xiàn)接地故障的10kV小電流接地系統(tǒng)的故障電壓和正常運(yùn)行的電壓值的范圍都處于6kV到10kV之間；發(fā)生斷線故障的10kV小電流接地系統(tǒng)的故障電壓值的范圍都處于6kV到10kV之間，而正常電路的電壓值在5.2kV 到6kV之間。

[1]王薇，葉遠(yuǎn)波.一起斷線加單相接地故障的保護(hù)動(dòng)作分析[J].上海電力，2011.

[2]丁榮，王書孟，佟巖冰.10kV及以下配電線路典型故障分析與預(yù)防[M].北京：中國電力出版社，2012.

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