6kV配電網中單相接地故障分析

司永杰

【摘 ?要】配電網中單相接地故障將會直接影響油田正常生產，需要結合故障原因采取有針對性的預防措施。本文對6kV配電網單相接地故障原因進行分析，并提出多種單相接地故障檢測方法，最后對單相接地故障預防措施進行了探討。

【關鍵詞】6kV配電網;單相接地故障;選線;定位

當前，油田以6kV配電線路組建起供電網絡，電壓等級不高而且配電線路距離較短，對地電容值很小，多采用中性點不接地或通過消弧線圈實現接地的小電流接地系統。配電系統出現單相接地故障時，線電壓幅值與相位還保持對稱狀態，而絕緣保護根據電壓等級進行設計，可以在2小時內持續運行而不斷開接地故障電力設備，保證了供電安全性和可靠性。如果其它兩相對地電壓值提升高，尤其是出現間歇性電弧接地現象，會出現間歇性弧光過電壓，接地故障相對地電壓會提高到相電壓數倍，會對電力系統產生很大的威脅。

1 6kV配電網單相接地故障原因分析

1.1絕緣性能下降

油田電網運行環境惡劣，油氣開采多在鹽堿灘、荒漠等區域，夏季如果降雨量較大，或者位于江湖灘地，空氣濕度比較大，配電網電力設備持續運行在該環境下，會使得電力設備絕緣性能下降。如果存在電力設備過載運行或電力系統過電壓，絕緣薄弱的部位就會被擊穿而引發電氣故障。

1.2粉塵污染

油田配電網運行環境較差，春秋期間會存在揚塵天氣，粉塵污染會使架空線路產生污閃現象，嚴重情況下會出現單相接地問題，還存在著兩相接地短路故障，會給配電網安全運行帶來很大的影響。

1.3電纜老化

輸電電纜老化主要是由于接頭部位受潮、持續過負荷運行、環境腐蝕、外力損壞等原因引起的。外力損壞導致電纜老化故障概率約為50%，是導致電纜老化的主要原因。電纜接頭進入到水氣而受潮，也是導致電纜老化的重要原因，接頭部位是輸電線路最為薄弱的環節，接頭密封條件不好會使環境中的水汽進入到內部，電纜長時間運行會產生水樹技現頭，接頭部位運行溫度會變高合得主絕緣破壞而出現接地故障。隨著很多架空線路被電纜敷設所取代，電纜對地電容會高達架空線路的20-30倍，存在著很大的容性電流，一些母線部位會達到50安右，如果產生單相接地故障，在接地故障點會出現間歇性電弧，會對配電網絡安全運行產生很大的影響。

2 6kV配電網單相接地故障檢測方法

2.1穩態分量選線法

2.1.1 外加信號法

在6kV配電網絡正常供電情況下，三相電壓相位對稱分布，零序電壓值為零，二次側的電壓互感器監測到的每相對中性線電壓值為57.7V，而零序電壓為0V。如果配電網出現單相接地故障，該相的對地電壓值就會減小到零，其它兩相對地電壓值就會提升到原來電壓值倍，二次側電壓出會提高相同的倍數，零序電壓值會提升為相電壓幅值。該相電壓互感器的一次繞組側就會被短接，但二次繞組不會存在感應電壓，使得該相的電壓互感器處于不工作狀態下，結合電壓互感器的特點，對配電線路注入一定頻率的交流電，采用信號采集裝置來識別饋線信號，對單相接地故障線路進行準確定位。不會對運行條件下的電力設備產生影響。但該故障診斷技術受到電壓互感器容易限制，注入的信號強度較小，特別在接地電阻值較大或有間歇性電弧，無法起到很好的檢測效果。

按照出現單相接地故障后的位移電壓幅度的差異，對故障相的電壓互感器副側注入頻率為70赫茲的交流信號，再對每個出線中注入信號形成的零序電流功率角、阻尼率等的改變，從而對比出每個出線阻尼率來做為故障選線的根據。也可以根據出現單相接地故障消弧線圈失諧而使故障部位作為殘余電流變大，比較消弧線圈換檔過程中零序電流改變量，從而完成單相接地故障選線和定位，該故障判斷辦法有著較高的靈敏度，但需要安裝專業的診斷設備。是一種信號強注入法。

2.1.2故障信號法

出現單相接地故障時，零序電流會在數值上為非故障電力設備對地電容電流的累加值，對比每個相線零序電流幅值可以選擇出故障線，這就是工頻零序電流比幅法。如果電力系統中某條配電線路距離較大，就會存在誤判問題，如果為消弧線圈接地系統，故障選線能力就會減弱。除此之外，該故障檢測方法還會受到電流互感器不平衡、過渡電阻、輸電線路距離等因素的影響，檢測的靈敏度就會降低。

故障相的電流還有著較多的諧波信號，以五次諧波分量最多。而消弧線圈以基波作為依據來進行整定，無法對五次諧波進行很好地補償。出現單相接地故障后，五次諧波零序電流會超出正常相數值，與運行方向相反，該故障檢測方法不會受到消弧線圈施加的影響，故障電流存在的五次諧波含量不高，所以，諧波分量法的檢測靈敏度也較低。

采用負序電流法，在出現單相接地故障情況下，負序電源并不具備較高的阻抗，很多負序電流會經過故障位置點，再通過故障相線路進入到電源中。而沒有產生單相故障線路的負序電流較小，采用負序分布特性可以作為單相接地保護的設計依據?？惯^渡電阻有著較好的抗弧光接地性能，由于電力系統在正常運行情況下也會產生較大負序電流，可獲取到負序電流有著較大的難度。

2.2暫態信號法

2.2.1首半波法

如果單相接地故障出現在電壓幅值最高值時刻，故障相對地電容則會放電，正常相電容進入到充電狀態，根據該特點可應用首半波原理。在電流幅值最大時，電流會由于輸電線路分布電容而產生的影響，存在著高頻率衰減振蕩現象，結合消弧線圈補償電感相關理論，在單相接地時刻消弧線圈為開路狀態，小電流接地配電網內的電流特點沒有太大的差異。該故障檢測方法主要用于電壓峰值接地情況，在電壓零點接地時首半波電流暫態分量較小，存在著誤判的可能性，故障檢測可靠性不高。

2.2.2參數識別法

6kV配電網零序網絡在特定的頻率條件下，如果出現單相接地故障，故障下側終端識別出的電容為正態，上游側終端識別出的電容為負，可以作為單相故障接地選線及定位的判斷依據。該故障檢測方法不受制于電弧間歇程度、中性點接地方式、故障時刻影響等因素的影響，有著較高的可靠性。

3 單相接地故障預防措施

為降低單相接地故障發生概率，保證油田企業正常生產，可采取如下預防措施：粉塵污染情況嚴重的供電區域，可以把配電線路檢修周期縮短為半年，在絕緣子等部位刷涂污防污閃材料，或采用防污等級更高的絕緣子，在野外條件下敷設的電纜應該采取雙外護套，避免絕緣材料受潮而降低絕緣電阻，還應該加強電纜接頭部位的絕緣保護。為了更早地發現電纜老化現象，需要在電纜端安裝絕緣監測和報警裝置，可在電纜供電條件下對絕緣電阻進行檢測，可以別別出電纜絕緣改變趨勢，防止單相故障范圍變大，給油田企業帶來經濟損失。

4結束語

綜上所述，單相接地故障發生概率較大，如果不及時處理會給6kV配電網造成嚴重影響，引起單相接地故障的原因比較多，需要了解單相接地故障的原因，采取適用的故障檢測手段，并采取故障預防措施，保證油田供電安全。

參考文獻：

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[2]王驥文.礦山6kV線路保護的配置及方法[J].煤礦現代化，2018（03）：97-100.

（作者單位：中油電能供電公司配電運維部）