電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)中常見故障及處理探討

吳洪雨

摘 要 近些年來，我國(guó)供電系統(tǒng)工作人員已經(jīng)針對(duì)35kV及以下小電流接地系統(tǒng)常見故障問題積累了一些處理經(jīng)驗(yàn)，具備了一定的故障原因分析能力，使供電質(zhì)量獲得了一定程度的提升。但是，在今后的工作中，仍需要針對(duì)小電流接地系統(tǒng)常見故障問題的處理方法進(jìn)行更加深入的研究與分析，提出更加高效科學(xué)的故障處理措施。本文圍繞著這一課程進(jìn)行了專項(xiàng)研究，并提出了幾點(diǎn)措施建議。

關(guān)鍵詞 電網(wǎng)；小電流接地系統(tǒng)；常見故障；處理措施

對(duì)于電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)來說，其最大的優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)系統(tǒng)，發(fā)生單相接地后，故障相對(duì)地電壓降低，非故障兩相的相電壓升高，但線電壓卻依然對(duì)稱，因而不影響對(duì)用戶的連續(xù)供電，系統(tǒng)可運(yùn)行1～2h，這也是小電流接地系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)。

1 電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)常見故障問題

從我國(guó)當(dāng)前的電網(wǎng)發(fā)展情況來說，在小電流接地系統(tǒng)中存在著大量的單相接地故障。據(jù)相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，單相接地故障在小電流接地系統(tǒng)故障問題占比高達(dá)80%左右。首先，當(dāng)單相接地故障發(fā)生后，接地相的電壓會(huì)迅速下降至0。這樣一來，就會(huì)造成一個(gè)非常嚴(yán)重后果，即：依據(jù)電壓平衡定律，當(dāng)接地相的電壓會(huì)迅速下降至0時(shí)，電網(wǎng)中相對(duì)應(yīng)的非平衡相電壓會(huì)迅速提升至正常值的1.732倍，還可能使電壓互感器鐵心嚴(yán)重飽和，導(dǎo)致電壓互感器嚴(yán)重過負(fù)荷而燒毀，同時(shí)弧光接地還會(huì)引起全系統(tǒng)過電壓。如果電網(wǎng)在這種電壓提升的狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)，電力系統(tǒng)中的對(duì)地連接薄弱處則極易被擊穿，會(huì)引發(fā)短路，從而使電網(wǎng)內(nèi)的各種供電設(shè)備受到損壞，除此之外，還會(huì)產(chǎn)生一種弧光效應(yīng)，最終引發(fā)火災(zāi)等嚴(yán)重后果[1]。

2 電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)常見故障問題的處理方法

2.1 拉路或拉閘

如果在電力系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生了接地故障，工作人員首先要考慮對(duì)線路進(jìn)行拉閘限電，這樣可以快速找到發(fā)生接地故障的回路。但是，這種拉路或者拉閘的方法屬于一種相對(duì)落后的處理方法，但從實(shí)際的應(yīng)用效果來看，這同樣是一種非常有效的人工故障處理方法。因此，拉路或拉閘方法在小電流接地故障中仍具有很高的應(yīng)用率。但是，工作人員必須掌握這種處理方法的局限性，不能夠迅速查找故障回路、僅適用與對(duì)供電回路比較少的相對(duì)不重要的回路、影響斷路器使用壽命。

2.2 穩(wěn)態(tài)信號(hào)測(cè)量分析法

在使用穩(wěn)態(tài)信號(hào)測(cè)量分析法時(shí)，需要對(duì)接地信號(hào)的穩(wěn)態(tài)特征圖譜進(jìn)行一系列的分析。其工作原理為：在電網(wǎng)處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，其內(nèi)部三相高壓電容存在非對(duì)稱的特點(diǎn)。這樣一來，就在電網(wǎng)中性點(diǎn)常常會(huì)產(chǎn)生電壓偏移的情況，一旦絕緣發(fā)生擊穿現(xiàn)象，那么接地相電壓也會(huì)相應(yīng)地發(fā)生一些變化；此后，再通過穩(wěn)態(tài)分析，使小電流接地系統(tǒng)故障的預(yù)測(cè)功能得以實(shí)現(xiàn)。

2.3 暫態(tài)信號(hào)測(cè)量分析法

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外很多專家學(xué)者都在針對(duì)暫態(tài)信號(hào)測(cè)量分析法進(jìn)行分析研究。其工作原理為：當(dāng)區(qū)域內(nèi)的配電系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地事故后，就會(huì)形成瞬間暫態(tài)電壓以及電流信號(hào)。通常情況下，對(duì)這種瞬間暫態(tài)電壓和電流信號(hào)進(jìn)行分析，就會(huì)找到發(fā)生故障的源線路。此外，還有一些研究人員利用小波分析法對(duì)暫態(tài)信號(hào)進(jìn)行了研究分析，總結(jié)出了小電流接地系統(tǒng)故障的主要特征，進(jìn)一步提升了此類故障問題的處理效率。

2.4 小波分析法

現(xiàn)階段有很多研究人員對(duì)小波分析法進(jìn)行分析研究，從而確定接地故障的行波特征。但是，這種方法的應(yīng)用仍然存在一定的缺陷問題，比如容易受到外部電信號(hào)的影響，導(dǎo)致分析結(jié)果與實(shí)際情況之間存在一定的偏差，從而無法找出故障問題的準(zhǔn)確位置。科研人員對(duì)暫態(tài)電流信號(hào)矩陣實(shí)施S變換，確保測(cè)量點(diǎn)的暫態(tài)能量處在最大狀態(tài)下的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，之后再選取與之相匹配的故障特征頻率序列，出現(xiàn)次數(shù)最多的區(qū)域即可確定為故障區(qū)域。這種方法具有較高的準(zhǔn)確率，因此具有較強(qiáng)的研究?jī)r(jià)值。我國(guó)東南大學(xué)的研究人員就基于這一方法，提出了FTU反饋線路自動(dòng)化特征故障定位法，并且取得了非常準(zhǔn)確的分析結(jié)果。

2.5 通過近似熵的算法對(duì)故障線路進(jìn)行檢測(cè)

如果電力系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生了小電流接地故障，工作人員可以先確定故障點(diǎn)兩側(cè)的檢測(cè)點(diǎn)，以此為中心點(diǎn)開展檢測(cè)工作。通過這種方法，可以捕獲到這兩點(diǎn)的暫態(tài)功率頻率，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)證明，它們檢測(cè)結(jié)果是相同的。從理論上看，在這種狀態(tài)下，二者的熵值大小也應(yīng)該相等。通過這種檢測(cè)方法，工作人員可以非常容易地對(duì)近似熵值的比例因子進(jìn)行計(jì)算，之后再對(duì)其和主控制站設(shè)計(jì)熵值的取值范圍進(jìn)行對(duì)比分析，從而非常輕松并且準(zhǔn)確地判斷出故障的發(fā)生區(qū)域。

2.6 主動(dòng)干預(yù)型消弧選線裝置

針對(duì)中壓供配電系統(tǒng)中電網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大，穩(wěn)態(tài)電容電流增加25～30倍，高頻振蕩電流（300～3000Hz）的幅值提高數(shù)十倍甚至幾十倍，而且弧道特別短，時(shí)間長(zhǎng)，因此線路中一旦出現(xiàn)單相弧光接地，電弧對(duì)故障點(diǎn)釋放的能量以幾何級(jí)增加，勢(shì)必造成絕緣破壞，設(shè)備損傷等問題。同時(shí)由于高頻電流的大幅增加，接地電弧高頻過零點(diǎn)熄滅，形成電壓的疊加，導(dǎo)致非故障相的弧光接地過電壓高達(dá)相電壓的4～7倍，很快在其絕緣薄弱點(diǎn)再次擊穿，形成兩相異地短路事故，輕則造成開關(guān)跳閘和電纜放炮，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成更大的事故。目前先進(jìn)技術(shù)采用主動(dòng)干預(yù)型消弧選線裝置，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，則在20ms左右控制故障相接地開關(guān)合閘，將故障相直接接地，熄滅接地電弧，并將弧光接地過電壓限制在線電壓的水平，控制故障的發(fā)展。選用最大增量原理的小電流選線模塊，根據(jù)電弧熄滅前后各條線路零序電流的變化，快速準(zhǔn)確地選出故障線路。

3 結(jié)束語

要想提高對(duì)小電流接地系統(tǒng)的單項(xiàng)接地故障的判斷的迅速性、準(zhǔn)確性，并非一朝一夕的事情，而是需要一個(gè)長(zhǎng)期的過程。要想盡早實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，更有必要針對(duì)小電流接地系統(tǒng)故障后系統(tǒng)參數(shù)變化及處理方法進(jìn)行全面的研究與分析，改善現(xiàn)有的選線裝置，優(yōu)化其處理措施，從而使工作人員快速找到故障位置，使電網(wǎng)的安全可靠性得到充分保障。

參考文獻(xiàn)

[1] 高俊青，李題印，胡曉琴，等.主動(dòng)配電網(wǎng)單相接地故障定位方法[J].通信電源技術(shù)，2019，（01）：124-126.