小電流接地系統發生單相接地對變電設備的影響

摘 要：小電流接地系統發生電網單相接地時會基于接地選線裝置對現場變電設備所產生數據進行分析，診斷提出可能存在的瞬間接地故障與永久性接地故障。本文簡要分析了小電流接地系統在發生單相短時接地故障時對架空線路各變電設備所產生的影響，并引入接地重合閘技術，希望快速消除變電設備故障，提高電力系統的供電穩定性。

關鍵詞：小電流接地系統；單相接地；短時接地故障；接地重合閘技術

在我國，絕大部分地區配電網都采用的是小電流接地系統，但由其系統所引發的配電網單相接地故障概率相當之高。該故障一旦發生，由于配電網內變電設備沒有構成短路回路，故障電流就會變小，系統依然能夠保持三相任對稱狀態而帶故障運行一段時間。不過如果長時間帶單相接地故障運行就很容易出現變電設備及系統的過電壓嚴重故障，直接促使故障擴大（例如短路故障），影響變電設備安全。

1 小電流接地系統發生單相接地故障的基本特征及對變電設備的影響分析

小電流接地系統在發生單相接地故障時一般呈現兩種特征狀態，穩態特征狀態與暫態特征狀態，本文主要分析后者。單相接地故障的暫態特征就是指小電流接地系統在接地故障發生瞬間，其故障的暫態量大幅度超過穩態量，此時變電設備的故障電容電流可以被視為是多電流之和，如圖1。

如圖1，其中“→”符號就表示變電設備故障相變壓突然下降而引發設備瞬間放電電容電流，其所放出電流會體現出較高的震蕩頻率（最高可達上千赫茲），而且它的衰減速度也會非常之快。此時，放電電容電流的主要震蕩頻率與衰減速度應該取決于小電流接地系統中變電設備的實際阻抗參數，也包括變電設備的接地電阻與故障點具體位置。另一方面，變電設備在非故障相變壓瞬間上升過程中會引發大量充電電容電流，這些電流會經過電源形成回路，并使得回路存在較大電感。所以在這種狀況下，變電設備的電流震蕩頻率會表現為較低水平，它的衰減速度也會隨之減慢。架空電路變電設備電感偏大但電容較小，整個線路呈現感性狀態，能夠滿足電阻R<2這一條件，它的單相接地故障點故障電流也滿足迅速衰減特征，可以被視為是短時接地故障。如果此時的振蕩頻率在300～1500Hz范圍內，按照電力線路的基本性質，電纜線路的電感會偏小而電容會偏大，線路呈現容性狀態，這與架空電路變電設備恰好相反。所以電力線路此時擁有更短的暫態過程，但振蕩頻率偏高，能夠達到1500～3000Hz范圍。了解小電流接地系統在發生單相接地時的短時接地故障，是為了明確其對架空電路變電設備的具體影響，為隨后引入接地重合閘技術，消除變電設備故障做好前期鋪墊[1]。

2 接地重合閘技術引入小電流接地系統的實踐意義分析

由上文介紹也可以見得，小電流接地系統在單相接地短時接地故障發生時，對電力系統變電設備的影響是很大的，因此應該考慮引入接地重合閘技術來快速消除故障，穩定小電流接地系統及變電設備運行狀態。

2.1 接地重合閘技術

接地重合閘技術所主要應對的就是架空線路變電設備的單相短時接地故障，這些故障多由雷電引起。采用該技術能夠提升架空線路變電設備的整體安全性，降低停電損失，對自動恢復整個小電流接地系統，確保其始終保持安全穩定運行狀態也有極大幫助。考慮到小電流接地系統的變壓器等級范圍（3kV～66kV），接地重合閘不會經過系統中的這些電壓等級線路。以10kV等級電網為例，它的小電流接地系統電力出現均以配電出線為主，所以一旦發生單相短時接地故障，變壓器接地故障電流不會很大，接地重合閘也不會對系統產生較大沖擊。根據過往實踐檢測的數據顯示，如果變壓器及架空線路沒有出現絕緣破壞，那它們的短時接地絕緣恢復能力會比預計效果更好。因此如果發生單相短時接地故障，應該先考慮跳開線路，熄滅電弧，稍等片刻架空線路的故障點絕緣能力就會有所恢復。在這里，接地重合閘技術能夠有效排除小電流接地系統中所存在的單相電弧接地故障。

2.2 技術引入實踐意義

現在我國許多地區都會為小電流接地系統引入這種接地重合閘技術，其目的就是為了給予電力系統及變電設備在單相短時接地故障時一定的技術支持，快速解決故障問題。具體來講，它的實踐意義及優勢體現在以下兩點。首先，接地重合閘技術能有效提高電網運行及變電設備運行可靠性，如果小電流接地系統的單相接地電弧能持續較長時間，它就很容易引發弧光過電壓及線路絕緣破壞現象，嚴重時還可能發展成為單向永久性接地故障，引發架空線路及變電設備的大型事故。在這里，接地重合閘技術所能實現的作用就是有效縮短電弧持續時間，確保變電設備穩定運行，提高供配電系統的安全可靠性。再一方面，接地重合閘技術也非常適用于消弧線圈接地系統，因為消弧線圈的普遍整定補償位置為15%過補償處，此時如果小電流接地系統偏大，當他發生單相短時接地故障時，接地殘余電流也會很大，這就間接增加了接地電弧的熄滅難度。為此，采用接地重合閘技術能夠很好應付接地殘余電流，保證變電設備斷開線路時處于零電流與零電壓狀態，如此就能快速恢復故障點絕緣強度，徹底熄滅接地電弧[2]。

3 小電流接地系統發生單相短時接地故障的解決方案

在小電流接地系統的常規運行過程中，為了避免單相短時接地故障，可以考慮基于接地重合閘技術來設計故障解決方案，保證變電設備及架空線路安全。具體來講，要首先選定一個時間定值，該時間定值主要根據實際電網狀況而靈活選取，保證單相短時接地故障維持時間始終大于接地重合閘啟動時間。當故障發生過程中，主要依據小電流接地選線裝置來明確選線結果，如果故障發生時間大于時間定值，則接地重合閘裝置就會向接地故障線路發送跳閘信號以起到故障報警作用。如果跳閘回路接收到跳閘信號，該信號就會馬上作用于故障線路跳閘，經過約1s時間延遲后自動啟動接地重合閘回路。在1s延遲時間內，小電流接地系統也會對變電設備進行監測，而接地重合閘也會對所有故障短路跳閘，此時就表示故障問題已被解決，可判斷消弧成功。如果接地重合閘判斷不成功，則證明該線路依然存在故障，這很可能是由于變電設備出現了永久性故障，應該選擇另行處理。另外，考慮到接地重合閘技術一般作用于單相短時接地故障的短路故障方面，所以在接地重合閘技術實施過程中，應該只針對短時接地故障大于定值時間狀態下才啟動接地重合閘，這也是為了保證接地重合閘與架空線路及變電設備的速斷保護不會產生沖突[3]。

4 總結

本文主要介紹了小電流接地系統在發生單相短時接地故障時對架空線路，尤其是對變電設備的實際影響。同時引入了接地重合閘技術，明確了其技術引入實踐意義，并圍繞該技術設計單相短時接地故障解決方案，證明了它對于解決短時接地故障、徹底熄滅接地電弧方面的技術優勢性，它應該成為未來小電流接地系統運行改善、安全性提升變電設備有效保護的有力措施。

參考文獻

[1]吳昌設，朱金鳳，陸千毅等.試析小電流接地系統單相接地故障選線研究[J].卷宗，2016（5）：566-566，567.

[2]陳博博，屈衛鋒，楊宏宇等.小電流接地系統單相接地綜合電弧模型與選線方法的研究[J].電力系統保護與控制，2016，44（16）：1-7.

[3]聶鳳歧.電力線路過電流保護及自動重合閘技術[J].電子世界，2014（12）：34-34.

作者簡介：劉國宇（1988，10-），男，漢族，畢業于哈爾濱理工大學，大學本科雙學士，助理工程師。