小電流接地系統故障分析和選線方法

陳良耳

摘要：我國電力網絡接地方式分為中性點不接地、經消弧線圈接地和經高阻接地等。發生單相接地的系統一般可以繼續運行2小時，但單相接地故障對設備的絕緣要求較高，同時單相接地故障發生率高且具有一定的風險性，因此對小電流接地系統故障的分析和選線的研究至關重要。本文分析了小電流接地系統故障的現象和危害性，根據現有的研究闡述了相應的防治措施和選線方法。

關鍵詞：小電流;接地系統;故障;選線方法

一、電網環境與研究現狀

分析現有電網運行資料發現，配電網事故在電網總事故中占據90%，所以提高電網供電可靠性的意義重大。在接地故障中，常見有單相接地故障，發生此故障時，由于三相之間線電壓仍舊對稱，不會影響供電的負荷設備，因此允許系統仍可繼續運行2小時，通常不會發生保護跳閘情況，有效提高供電可靠性。但是一相接地后，其它兩相會升高對地電壓，從而威脅設備絕緣，若無法及時處理，則會發展成弧光放電、兩相短路、絕緣破壞等情況。所以，需要應用故障定位技術，以準確定位故障，保證系統運行穩定性。

二、單相接地故障現象及危害性分析

從我國當前的電網實際運行情況來說，在小電流接地系統中發生單相接地故障的情況占比較大。當單相接地故障發生后，首先接地相的電壓會迅速下降甚至下降至0。同時依據電壓平衡定律，當接地相的電壓迅速下降至0時，電網中相對應的非故障相電壓會迅速提升至正常值的1.732倍，還可能使電壓互感器鐵心嚴重飽和，導致電壓互感器嚴重過負荷而燒毀，同時還會引起全系統過電壓。如果電網在這種狀態下運行時間過長，電力系統中的對地連接薄弱處則極易被擊穿，會引發短路，從而使電網內的各種供電設備受到損壞，此外還會產生弧光效應，甚至引發火災等嚴重后果。

三、小電流接地系統故障的防治措施

（一）中性點不穩定過電壓的防治措施

在小電流接地系統的實際應用過程中，如果出現中性點過電壓不穩定的現象，對整個系統的影響是巨大的，甚至會造成嚴重的經濟損失。在這種情況下，首先可以改善電壓互感器的伏安特性，加強整個系統在中性點處的穩定性。其次，可以減少并行操作的次數，盡量將該數目減至最小，從而降低中性點出現不穩定過電壓現象的概率。最后，系統還可以應用無間隙避雷器使系統保持中性點的穩定。

（二）兩相接地短路過電壓的預防措施

在小電流接地系統的應用過程中，設計安裝人員應避免只在電廠一條線路上安裝消弧線圈，通過安裝消弧線圈以降低兩相接地短路過電壓現象的概率。另外，為了防止雷電過電壓，應在線路上安裝避雷器。

（三）線路接觸過電壓的防護措施

線路接觸過電壓現象的發生在實際電網運行過程中不會對實際電網產生很大影響，一般來說這種故障不會引起停電，可以通過增加不同線路之間的距離，使系統各部分在電網中穩定工作。

四、小電流接地系統接地選線方法

（一）基于信息技術融合的綜合選線方法

不同選線原理有其應用優勢和劣勢，針對不同的故障問題應當應用合適的選線方法，并在信息技術支持下實現選線方法的綜合應用，更能在復雜故障類型中有效完成故障線路的檢測。首先要對區域內電網運行狀況進行全面調研，在選線裝置具體型號、規格、精確度等明確后，通過信息數據分析對區域內多發單相接地故障類型進行細化總結，為選線原理提供必要的指導依據，使各模塊之間按照既定流程及時準確完成檢測與處理對接。然后要改變單純工頻穩態分量分析的選線原理應用形式，增添零序暫態分量分析，如小波分析法的應用，可對故障線路與非故障線路差別進行更細致檢測，提高保護裕度，不過要注意選線裝置靈敏度和采樣的速度要求。

（二）基波群體比幅比相法

該選線方式同樣是將小電流中性點的零序電流的幅度變化作為參考，將所有線路的零序電流都進行比較，選擇其中出現數值幅度變化較大的線路作為故障線路候選，確定這些候選的故障線路的運行方向。若是所有的故障線路的運行方向相同，則判定為母線故障。若出現一條線路方向相反，則其為故障線路。但是該選線技術還是存在不足，若是系統中線路本身較短，則產生的零序電流明顯會小于其它正常線路，此時相位誤差較大，但是并不代表該短線路出現故障。

（三）有功分量法

有功分量法是根據線路、消弧線圈都存在對地電導，線路中對地電導及消弧線圈存在電阻損耗，在故障電流中含有有功分量。非故障線路和消弧線圈的有功電流方向一致并且經過故障點返回，故障線路中有功分量比非故障線路要大且方向相反，依據這一特性找出故障線路。故障電流中有功分量非常小，致使靈敏度低。為了使靈敏度提高，有的裝置采用瞬時在消弧線圈上并聯接地電阻的方法加大故障電流中有功分量。

（四）小波分析法

小波分析理論可以在一定的頻帶內將暫態信號分解，尤其是對奇異信號和變化不明顯的信號應用較好，信號突變部分和信號的奇異點處包含有能清晰反映原始信號中重要信息的成分。而在小電流系統發生接地故障時，暫態信號的奇異處隱藏有較多有價值的故障信息，能清晰地反映故障的暫態特征，所以可以利用小波分析法來分析和提取故障信息。故障發生時電流會突然改變，小波分析法就是利用這一特點來進行選線，首先利用小波奇異性檢測的方法對各條線路的暫態零序電流使用小波變換，然后對各條線路的零序電流經過小波變換后的模極大值的峰值和相位進行分析和對比，模極大值最大且相位與其它線路相反的線路即為故障線路。對信號進行小波變換時，也涉及到一些細節的選擇，如小波基函數的選取對小波變換的結果非常關鍵，對故障信號進行小波分解后，選擇小波變換細節部分中絕對值幅值最大的點所在的尺度作為分解尺度。

五、結論

綜上所述，本文分析了小電流接地系統單相接地故障及選線工作的相關研究，從文中內容可以發現，小電流接地系統選線方法在實際應用過程中存在的問題較多，因此，要求提高運維人員的專業技術，加強專業知識的培訓，運維人員能夠具有職業敏感度，選用最佳的選線技術進行故障線路排查。在后續的發展過程中，相關的研究人員需要對技術不斷進行優化和完善，使其中存在的問題得到解決。

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