電纜接地故障保護動作分析

張成林

摘要：經濟的發展，社會的進步推動了我國科學技術的不斷完善和創新，也帶動了我國電力建設規模的不斷擴大，在配電網現場接地故障中，接地發生的比例可達 10% 左右，可以說，接地故障嚴重影響著電廠正常的運行。在發電廠里，直流系統和6kV廠用電系統分別屬于不接地系統和小接地電流系統，當這些系統的電纜出現接地故障時，均需要及時地找到接地點并消除接地現象，恢復電纜對地絕緣，以保證直流和廠用電系統的安全運行。由于電廠里各種電纜密集，電纜的敷設環境復雜，如果發生接地故障的電纜比較長，那么接地點的查找將是一個非常困難的工作。一般需要用電纜接地故障查找儀對接地點進行測距，再根據測距位置進行查找。若無電纜故障查找儀，就只能分段沿線路查找，查找起來非常困難。本文主要對電纜接地故障保護動作進行分析，詳情如下。

關鍵詞：電纜;接地故障;保護動作

引言

接地故障處理是一個系統工程，需要變電站內和站外協調配合，其中變電站內消弧線圈系統、零序電壓互感器系統、電流互感器系統、自動化裝置等的協調配合最為關鍵。

1電容電流估算法

隨著配電網規模日益增大和電纜化率不斷提高，容性電流也相應增大，及時準確地掌握容性電流水平，對于確定消弧線圈容量具有重要意義。但是，實際當中對容性電流疏于及時準確測量的現象卻比較普遍，一些容性電流較大的變電站雖然配置了消弧線圈但是容量不足;更有一些變電站甚至容性電流高達上百安培卻沒有配置消弧線圈;還有一些變電站僅根據常規運行方式配置消弧線圈的容量，但是在最大運行方式下存在消弧線圈容量不足的問題。雖然估算出的容性電流沒有實測得到的結果準確，但是卻可以快速掌握容性電流的大致范圍，對于分析問題非常有用，并且可以對未來配電網擴展后的容性電流進行預估。配電網的容性電流的大小主要取決于線路的類型和長度，單位長度電纜線路的容性電流一般是架空線路的10倍以上，單位長度電纜和架空線路的容性電流又與其型號、規格和敷設方式有關。

2中性點接地方式的選擇

中性點的接地有中性點有效接地系統和中性點非有效接地系統兩大類（也稱中性點直接接地和中性點非直接接地）。也有根據單相接地電流或同點兩相接地時入地電流的大小來區分中性點接地系統，把大于500A的稱為大接地短路電流系統，500A及以下的稱為小接地短路電流系統。一般情況下，中性點直接接地系統屬于大接地短路電流系統，非直接接地電網屬于小接地短路電流系統。

2.1中性點直接接地

中性點直接接地或經一低值阻抗接地的系統，稱為有效接地系統。采用中性點經低值電阻接地，也是有效接地系統。有效接地系統的優點是系統的過電壓水平和絕緣水平較低。系統的動態電壓升高不超過系統額定電壓的80%，高壓電網中采用這種接地方式降低設備和線路造價，經濟效益顯著。缺點是發生單相接地故障時單相接地電流很大，為了防止損壞設備，必須迅速切除接地相甚至三相，降低了供電連續性，因而供電可靠性差。此外單線接地電流有時會超過三相短路電流，影響斷路器遮斷能力的選擇，并有對通信線路產生干擾的危險。

2.2中性點經電阻接地

（1）中性點經高電阻接地。高電阻接地方式以限制單相接地故障電流為目的，電阻阻值一般在數百～數千歐姆。采用高電阻接地的系統可以消除大部分諧振過電壓、對單相間歇弧光接地過電壓具有一定的限制作用，同時可提供足夠的電流和零序電壓，使接地保護可靠動作，單相接地故障電流小于10A，系統可在接地故障條件下持續運行不中斷供電。缺點是系統絕緣水平要求較高。一般用于大型發電機中性點。（2）中性點經低電阻接地。6～35kV主要有電纜線路構成的送、配電網絡，單相接地故障電容電流較大時，可采用低電阻接地方式，單相接地故障電流100～100A。低電阻接地的優點是快速切除故障，過電壓水平低（參考中性點直接接地系統），可采用絕緣水平較低的電纜和設備。但應考慮供電可靠性要求、故障時瞬態電壓、瞬態電流對電氣設備的影響，對通信的影響和繼電保護技術要求。

3基于穩態信息融合的小電流接地系統故障選線方法

在中性點不接地系統中，故障線路中故障點流經電流為全系統非故障線路上的元件對地電容電流之和，因此會造成故障線路處的無功功率和正常運行線路的無功功率幅值差異較大。中性點經消弧線圈接地系統發生單相接地故障時，故障絕大多數發生在相電壓接近于最大值附近，電容電流較電感電流大，流經消弧線圈接地的高頻暫態電流很小，在故障線路上檢測到的無功功率主要是正常線路等效電容吸收的無功功率之和。單一分量判據的選線受到不可避免的偶然性和特定運行方式的影響，由此，可以形成穩態零序電流和無功功率融合的選線判據。

4中壓配電網接地故障快速安全處置技術

4.1中性點經電壓源柔性接地方式

配電網中性點經可控電壓源柔性接地方式由接地變壓器、單相電壓源、單相注入變壓器、柔性接地控制器等組成。單相電壓源分2種類型，一種為有源逆變型，由電力電子電壓源產生故障相的反相電壓，經注入變壓器升壓后注入中性點;另一種為相電源電勢反饋型，由接地變壓器二次側產生故障相的反相電壓，經注入變壓器或直接注入中性點。柔性接地控制器通過檢測母線三相電壓和零序電壓，實時測量配電網對地電容、泄漏電阻、脫諧度和介損等對地絕緣參數，靈敏檢測接地故障.

4.2故障相主動降壓消弧技術

配電網線路發生接地故障時，電纜及絕緣導線存在擊穿電壓。當故障相電壓小于絕緣擊穿電壓時，絕緣恢復至未擊穿狀態，接地點電場對介質中帶電粒子運動影響減小，故障電阻非線性增大，呈現高阻狀態，故障電流減小到零，電弧熄滅。因此，提出故障相主動降壓消弧技術，降低故障相電壓至絕緣電壓以下實現熄弧。

結語

總之，如何預防電纜接地故障是電力行業安全運行的一項難題，我們除了要做好日常的巡檢維護工作，更應該加大電力安全設施的投入，并提前編制相應的應急處置方案，保證在發生故障后能準確、快速查找故障點并進行隔離，快速恢復送電，保證正常生產秩序。

參考文獻：

[1]曾祥君.非有效接地系統接地故障相主動降壓安全運行方法：CN107276082B[P].2020-10-02.

[2]曾祥君.非有效接地系統接地故障相降壓消弧的安全運行方法：

CN107276097A[P].2018-10-09.3D03273F-D19F-4091-BE5C-4D5D5528A55B