提升小電流接地系統(tǒng)單相接地故障處理能力要點(diǎn)分析

秦 凱

（寧夏寶立集團(tuán)鯤鵬清潔能源有限公司，寧夏 銀川 750004）

0 引 言

小電流接地系統(tǒng)是我國電力系統(tǒng)中的基礎(chǔ)系統(tǒng)，是電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的可靠保障。小電流接地系統(tǒng)在實際運(yùn)行過程中會出現(xiàn)單相接地故障，導(dǎo)致電力系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，相關(guān)技術(shù)人員必須盡快找到故障線路，并予以消除，避免事故范圍不斷擴(kuò)大。

在出現(xiàn)小電流接地系統(tǒng)單相接地故障后，其中的故障電流較小，通常情況下低于負(fù)荷電流，并且三相電壓依舊保持對稱，基本不會對企業(yè)產(chǎn)生影響。小電流接地系統(tǒng)在實際運(yùn)行中可靠性和穩(wěn)定性較高，在我國得到了廣泛應(yīng)用。小電流接地系統(tǒng)單相接地故障較為復(fù)雜，根據(jù)變化狀態(tài)、接地時間、接地介質(zhì)等標(biāo)準(zhǔn)能夠?qū)⑵鋭澐譃椴煌愋?。在出現(xiàn)單相接地故障后，雖然能夠在短時間內(nèi)進(jìn)行持續(xù)供電，但是供電過程中存在較多的安全隱患[1]。低電壓升高，對設(shè)備絕緣性產(chǎn)生影響，尤其是電纜的連接頭和中間頭位置，絕緣性能降低幅度較大，可能會導(dǎo)致?lián)舸┍ㄉ踔潦窍嚅g短路電路跳閘等現(xiàn)象。除此之外，電磁能量強(qiáng)烈震蕩，這一現(xiàn)象主要出現(xiàn)在電容電流較大的系統(tǒng)中，出現(xiàn)接地后電弧狀態(tài)不穩(wěn)定，這也會對電磁能量產(chǎn)生影響，導(dǎo)致間歇性電弧接地過壓。該種情況下非常容易出現(xiàn)相間故障，如果其中存在諧振，可能會導(dǎo)致電壓互感器燒毀、甚至大面積停電等問題?；诖耍嵘‰娏鹘拥叵到y(tǒng)單相接地故障處理能力，對于保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行來說非常重要。

1 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障產(chǎn)生的原因

1.1 認(rèn)識不夠正確

小電流接地系統(tǒng)單相弧光接地故障較為復(fù)雜，許多技術(shù)維護(hù)人員并沒有認(rèn)識到這一問題，專業(yè)知識掌握不夠充足。例如，對消弧線圈和控制器的作用缺乏正確認(rèn)識，認(rèn)為小電流接地系統(tǒng)單相弧光接地故障處理工作就是針對故障本身進(jìn)行處理，忽視了故障處理的系統(tǒng)性。由于對小電流接地系統(tǒng)單相弧光接地故障處理認(rèn)知存在偏差，導(dǎo)致在實際故障處理操作中存在隱患[2]。

1.2 技術(shù)應(yīng)用不規(guī)范

在故障處理技術(shù)中，部分技術(shù)自身存在局限性，其中穩(wěn)態(tài)量的單相接地檢測方法非常容易受到消弧線圈的影響。部分技術(shù)雖然在理論階段取得了非常好的效果，但是在實踐中受各種因素的影響也會出現(xiàn)許多新問題。例如，在某種故障類型中暫態(tài)特征并不明顯、零序電壓上升速度較為緩慢等都會影響單相接地檢測結(jié)果。加上部分故障檢測裝置和處理裝置受生產(chǎn)質(zhì)量的影響，導(dǎo)致其在實際應(yīng)用中的可靠性并不高。在消弧線圈正常運(yùn)行的情況下，控制器非常容易產(chǎn)生故障，進(jìn)而對消弧線圈的應(yīng)用效果產(chǎn)生影響[3]。隨調(diào)消弧線圈在正常運(yùn)行中屬于全補(bǔ)償狀態(tài)，只有發(fā)生單相接地故障后其自身狀態(tài)才會轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)定脫諧度，這一過程中如果控制器發(fā)生異常，則消弧線圈的作用無法發(fā)揮，同時還會增加電弧能量。在過渡電阻低于1 000 Ω的情況下，零序電壓無法達(dá)到選線裝置的啟動要求，導(dǎo)致選線裝置無法啟動。

目前，選線技術(shù)在小電流接地系統(tǒng)單相接地故障處理中得到了廣泛應(yīng)用，但是在應(yīng)用過程中仍然存在一定的問題。一是沒有明確的行業(yè)檢測標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，選線裝置生產(chǎn)質(zhì)量水平相差較大，無法保障裝置質(zhì)量水平，進(jìn)而對最終的技術(shù)應(yīng)用效果產(chǎn)生影響；二是零序TA選型和極性方面存在錯誤，例如在安裝調(diào)試過程中電纜屏蔽線沒有穿過零序TA，導(dǎo)致最終安裝調(diào)試中存在安全隱患等；三是相關(guān)部門對選線技術(shù)的重視程度不高，并沒有針對選線裝置進(jìn)行維護(hù)管理，在實際小電流接地系統(tǒng)單相接地故障處理中選線裝置沒有得到有效應(yīng)用，影響了最終選線效果[4]。

1.3 管理不到位

無論是技術(shù)還是設(shè)備，要想實現(xiàn)高效應(yīng)用，都需要對其進(jìn)行有效管理。在實際電力管理中，受各種因素的影響，管理人員并沒有對小電流接地系統(tǒng)進(jìn)行全面系統(tǒng)的維護(hù)管理，導(dǎo)致系統(tǒng)在實際運(yùn)行中產(chǎn)生安全隱患。電網(wǎng)運(yùn)行中涉及的設(shè)備數(shù)量較多，設(shè)備是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)條件，需要定期進(jìn)行維護(hù)檢測。而在實際管理中，很少做到對設(shè)備進(jìn)行全面管理。當(dāng)設(shè)備在實際運(yùn)行中出現(xiàn)運(yùn)行故障或異常時，管理人員無法第一時間發(fā)現(xiàn)異常，導(dǎo)致設(shè)備中的安全隱患轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)行故障。

2 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障處理能力提升要點(diǎn)

2.1 小電流接地系統(tǒng)單相弧光接地故障處理

根據(jù)小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的實際情況能夠看出，在出現(xiàn)故障后，電弧的長度、冷卻度以及電流大小等會受到一定的影響。電弧電阻發(fā)生變化后，故障電路中的電流也會受到一定影響[5]。在眾多影響因素中，補(bǔ)償度對弧光過電壓產(chǎn)生的影響具體如表1所示。

表1 補(bǔ)償度對弧光過電壓的影響

根據(jù)表1可知，補(bǔ)償度不同，對于故障電壓和母線電壓會產(chǎn)生不同的影響。補(bǔ)償度越高，則母線電壓和故障點(diǎn)電壓越小。在確定故障電壓規(guī)律后再制定故障處理計劃，能夠保證最終故障處理的有效性[6]。

2.2 自動選線技術(shù)要點(diǎn)

自動選線技術(shù)在實際應(yīng)用過程中，需要充分利用接地選址裝置實現(xiàn)自動選線。該技術(shù)應(yīng)用需要在變電站高壓配電網(wǎng)母線位置安裝小電流的接地選線裝置，出線一側(cè)的配置零序為TA。一旦出現(xiàn)小電流接地系統(tǒng)單相接地故障，選線裝置可以通過判別算法對故障相關(guān)信息進(jìn)行檢測，發(fā)出相應(yīng)的單相接地故障信號，并不會出現(xiàn)跳閘情況。完成接地線路選擇后，維護(hù)管理人員對線路進(jìn)行排查，確定并排除線路中產(chǎn)生的故障。通常情況下，如果小電流接地裝置能夠準(zhǔn)確確定接地線路，則單相接地故障便能得到準(zhǔn)確處理，并且在以上過程中持續(xù)供電。

目前自動選線技術(shù)主要應(yīng)用在故障檢測階段，對小電流接地系統(tǒng)單相接地故障中的信號特征進(jìn)行選線時可以采用穩(wěn)態(tài)選線和暫態(tài)選線2種方法[7]。隨著小電流接地系統(tǒng)單相接地故障處理技術(shù)水平逐漸提升，綜合選線技術(shù)逐漸得到應(yīng)用。由于環(huán)境與故障類型不同，因此在實際故障處理中需要選擇不同的處理技術(shù)，根據(jù)選線技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)合理選擇選線技術(shù)類型，從而對故障進(jìn)行有效處理。不同選線技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)對比如表2所示。

表2 選線技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)對比

雖然選線技術(shù)只能確定接地故障出現(xiàn)的線路，無法確定故障出現(xiàn)的具體位置，但是能夠?qū)收线M(jìn)行快速處理，在有效控制停電范圍的同時，緩解故障維護(hù)人員的工作壓力。除此之外，選線技術(shù)在實際應(yīng)用中需要耗費(fèi)一定的成本進(jìn)行維護(hù)。

2.3 故障定位以及測距技術(shù)要點(diǎn)

故障定位技術(shù)主要通過在電力系統(tǒng)中安裝故障指示器的方式發(fā)揮作用。故障指示器分為二遙遠(yuǎn)傳和現(xiàn)場固定2種類型，其中遠(yuǎn)傳故障指示器將故障檢測信號傳輸?shù)絽R集單元中，與主站相互連接共同檢測，并將最終的檢測結(jié)果傳輸?shù)秸{(diào)控員，調(diào)控員通過分析判斷的方式確定實際小電流接地系統(tǒng)單相接地故障發(fā)生位置[8]。故障定位技術(shù)在應(yīng)用中需要安裝數(shù)量較多的故障指示器，無法對過電壓進(jìn)行抑制，但是能夠在故障處理中保證供電，在裝置可靠性檢測方面得到了廣泛應(yīng)用。

故障定位測距技術(shù)能夠?qū)Τ霈F(xiàn)故障的距離進(jìn)行測量，通過這種方式提高小電流接地系統(tǒng)單相接地故障處理效率。在此過程中可以利用電流互感器和常規(guī)電壓互感器實現(xiàn)故障選線與測距工作，不會受到過渡電阻與系統(tǒng)運(yùn)行的影響，能夠準(zhǔn)確對故障位置進(jìn)行定位，適用于分支數(shù)量較少的電網(wǎng)。目前，小電流接地系統(tǒng)單相接地故障測距中較為常用的技術(shù)主要包括阻抗分析測距法、行波測距法等。行波測距法應(yīng)用的穩(wěn)定性較高，不會受到外界因素過多的影響，實際應(yīng)用的效果也較好。但是在利用行波測距法的過程中，需要注意保證終端硬件的采樣頻率合理配置。

2.4 主站終端一體化故障處理技術(shù)要點(diǎn)

主站終端一體化故障處理技術(shù)在實際應(yīng)用過程中能夠?qū)㈦娏ο到y(tǒng)自動化主站、饋線終端以及故障指示器相互結(jié)合，對小電流接地系統(tǒng)單相接地故障進(jìn)行有效處理。對電力自動化系統(tǒng)進(jìn)行有效利用，采用分層的方式將整個體系分為主站層、通信層以及設(shè)備層[9]。

利用故障特征提取法，將故障特征量與故障事件信息相互結(jié)合，對小電流接地系統(tǒng)單相弧光接地故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位。此外，對每次小電流接地系統(tǒng)單相弧光接地故障處理情況建立檔案，通過這種方式建立閉環(huán)管理機(jī)制。檔案中包括故障出現(xiàn)的位置、原因、處理方法以及時間等信息，為后續(xù)單相接地故障的及時處理提供條件。

由于小電流接地系統(tǒng)單相接地故障處理屬于系統(tǒng)工程，因此要進(jìn)一步對系統(tǒng)進(jìn)行有效測試，實現(xiàn)各個環(huán)節(jié)之間的相互配合[10]。如果僅利用單一項目檢測的方式，無法及時確定系統(tǒng)中存在的問題。基于此，采取現(xiàn)場測試的方法針對單相接地場景進(jìn)行系統(tǒng)測試，確定系統(tǒng)對故障的處理水平，并將各項環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)信息記錄下來。一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常等情況，第一時間進(jìn)行處理。如果系統(tǒng)在測試中出現(xiàn)重大缺陷，則要進(jìn)行全方面調(diào)整，再次進(jìn)行測試，直到系統(tǒng)各項測試數(shù)據(jù)在合理范圍內(nèi)為止。小電流接地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 小電流接地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 結(jié) 論

在對小電流接地系統(tǒng)單相接地故障進(jìn)行處理的過程中，需要先正確理解故障處理能力提升的意義，認(rèn)識到其對于小電流接地系統(tǒng)穩(wěn)定安全運(yùn)行的重要性，在此基礎(chǔ)上確定小電流接地系統(tǒng)單相接地故障處理要點(diǎn)。通過把控故障處理要點(diǎn)的方式，提高故障的處理效率，在降低小電流接地系統(tǒng)單相接地故障發(fā)生概率的同時，促進(jìn)小電流接地系統(tǒng)的良好發(fā)展。