针对小电流接地系统单相接地分析讨论

针对小电流接地系统单相接地分析讨论

在电力系统中我国电网的运行方式是110kV及以上的电网通过采取直接接地运行方式，而在110kV以下的经常有中性点不接地或经过消弧线圈和高阻抗接地方式，后者一般称作小电流接地系统。但出现接地短路的概况比较多，文章即对出现小接电流接地系统进行研究分析。

标签：接地；小电流系统；单相

Abstract： In the power system， the operation mode of the power grid in China is 110kV and above by adopting the direct grounding mode， while those below 110kV often have the neutral point ungrounded or through arc-suppression coil and high impedance grounding mode. The latter is commonly referred to as a small current grounding system. However， there are many cases of earthing short circuit. In this paper， the grounding system with small connection current is studied and analyzed.

Keywords： grounding； low current system； single phase

1 單相接地理论分析

我国的10kV配电系统电压等级低，为了保证其可靠运行，供电可靠性的提高，大多数采用中性点不接地或经消弧线圈接地。在这种系统中，发生单相接地故障时，由于其中性点是没有有效接地的，因此是没有短路回路的，自然也就不存在短路电流。由于其不影响供电，故允许带单相接地故障运行1～2h。常见的小电流接地系统其短路图，对于图1所示的最简单中性点不接地网络，正常运行时，各相对地电压是对称的，中性点对地电压为零，电网中无零序电压。通常情况下，各线路对地电容相同，三相电流一般是对称的，各自超前90度，三相电流之和为零。

图1 简单网络接线示意图

假设A相发生接地故障，A相对地电压变为零，对地电容被短接，中性点电压上升为相压电压，各相电压、电流相位关系见图2，各相对地电压为：

易见A相接地后，对地电压为零，非故障相BC相对地电压为 倍的正常电压，但线电压仍然保持对称。根据对称分量法，故障点零序电压为

0= （ AD+ BD+ CD）=- A

各相对地电容大小用C来表示，则非故障线路中产生流向故障点的电容电流为

B= B/-jXC=j？棕C BD

C= C/-jXC=j？棕C CD

非故障相电容电流经接地点流回，接地电流为

D= + =-3j？棕C A

由此可见，接地点流过的接地电流有效值为正常运行时三相对地电容电流的算术和。

当网络中有发电机和多条线路存在时，每台发电机和每条线路均有对地电容存在，用集中电容CG、C1、C2来表示，线路ⅡA相接地后，忽略负荷电流和电容电流在线路阻抗上的压降，则全系统A相对地电压均为0，而在BC两相Ⅰ上，因为A相电流为零，但因为电容电流的影响，B相和C相中本身电流不会为0，在线路始端反应的零序电流为：

3 0I= BI+ CI

对于发电机分路，它是各线路容性电流的电源，各线路电容电流从发电机分路的BC相流出，再从A相流回，其数值上相加后为0，发电机本身的电容电流即是零序电流，其它电流即变为0，其功率方向表现为：母线流向发电机，与非故障相同理。

对于故障线路Ⅱ，B相和C相同样流过本身的电容电流，而接地点则要流回全系统B相和C相电容电流之和，即

D=（ BI+ CI）+（ BII+ CII）+（ BG+ CG）

此电流要通过A相流回去，因此线路Ⅱ始端流过的零序电流为

3 0II= AII+ BII+ CII=-（ BI+ CI+ BG+ CG）

由此可见，故障相的零序电流为非故障相的电容电流之和，容性功率由线路流向母线。

35kV及以下电力系统通常选择中性点经消弧线圈接地的方式，接地故障时，通过流过消弧线圈的感性电流来抵消掉一部分系统产生的容性电流，从而降低流过接地点的电流值。

由于消弧线圈可以认为纯电感，因此电流同容性电流相差180度，叠加后在数值上会小一些，有利于减小接地电流。

对于小电流接地系统中，我们一般可以把不接地系统划分三种情况，通过三

种不同方式的补偿，以防发生接地时，对电弧电流的补偿，主要划分以下三种。

（1）全补偿；（2）欠补偿；（3）过补偿。在经历过大量的运行经验中表现：在实际应用中，一般选用过补偿的方式。

2 单相接地主要故障现象

（1）发“35kV（或10kV）接地”信号。（2）接地相相电压降低（金属性接地时降至零），其它两相相电压升高（金属性接地时升到线电压），线电压不变。

单相接地与PT断线和谐振的区别：小电流接地系统的故障中，单相接地与PT熔断及电网谐振时有些类似，需通过电压和保护信号的区别来正确判断。（1）电压区别。a.接地：故障相电压降低、非故障相电压升高，线电压不变；PT开口三角形电压为100V或小于100V；同一系统电压均发生对应变化。b.一次保险熔断：熔断相电压降低不为零，非故障相电压不变；与熔断相有关线电压降低，非故障相线电压不变；PT开口三角形电压为33V左右；同一系统其它电压不发生对应变化。c.二次保险熔断：熔断相电压降低或为零，非故障相电压不变；同一系统其它电压不发生对应变化。d.谐振：线电压保持不变，且根据谐振情况的不同各相电压幅值变化也不同，但至少有一相电压超过线电压。（2）信号区别。a.接地：发接地信号，消弧线圈发动作信号。b.一次保险熔断：可能发接地信号，可能发保护测控装置告警信号。c.二次保险熔断：不会发接地信号。d.系统分频谐振和基波谐振可能会发接地信号，而高频谐振会发接地信号。3 分布式电源并网对配电网的有利影响

分布式电源接入配电网会相应的产生一些比较有利的影响，主要有：（1）提高供电的可靠性。在建设大型的电厂的势头越演越烈之际，电网的飞速发展已经对供电安全和供电稳定带来了极大的威胁，因为万一电厂和输电通道之间发生故障，那么将可能发生大面积的停电。而分布式电源采用了性能先进的有效控制设备，具有随时开停机、有效的负荷调节、操作简单，与大电网的配合能够极大改善供电的可靠性，并提高了大电网的安全稳定性，在电网发生大崩溃以及不可控灾害（风雪、战争、地震等）的情况下依然可以维持重要的用户的供电。（2）改善供电质量。分布式电源内部一般都设有就地电压调整以及无功补偿功能，而与此同时在并网后因为有大系统作为支撑，那么用户用电质量就可以得到很大的改善。（3）能够平抑负荷的峰谷差。在用户峰点时段，由于负荷较大，可能会较大的拉低电网的电压，使得电网所连设备因电压低而发生故障，更严重者，可能导致整个电网的电压崩溃，而造成不可挽回的损失；同样的，在用户谷点时刻，可能由于负荷较小而导致线路电压较高，更有甚者带极小负荷或不带负荷导致线路电压升高超过额定电压，同样的损害电气设备。而分布式电源接入一方面能够通过迟相运行来补偿配网馈线的电压降落，同时能够进行进相运行，吸收线路的无功功率达到降低线路电压的要求。

实际处理中存在的问题和整改策略分析：在实际工作中，小电流接地系统单相接地处理时仍存在着以下问题，对电网、设备的安全造成影响，需进一步改进和完善。

（1）个别变电站接地后不发接地信号。个别站存在接地后不发接地信号的情况，这些缺陷严重影响了接地故障的发现和处理，应加强对系统的监控和巡视力度，同时相关部门应加强消缺力度。（2）小電流接地选线装置配置少、使用率低。目前，由于正确率较低，小电流接地选线装置配置较少，因此应更多的采用新型的技术可靠性更高的接地选线装置，从技术手段上解决试拉多路才能找到接地线路这一问题。（3）拉路查找试拉线路过多。实际处理中发现，接地故障往往集中存在于某些线路，因此应加强对线路接地的统计，为这些线路建立“病例”，按照接地次数的多少来建立《小电流接地系统单相接地拉路序列表》，定期更新，在接地时优先拉开故障频发线路，以便更快查找和切除故障。（4）接地查找时不能及时将线路停止供电。对于重要用户，应该有可靠的多路电源，在故障时可以更快地转移负荷，查找接地点。

4 暂态接地电流分析

在对相关文献进行查找，同时结合现实中运行实践分析，可推导出暂态接地电流id为：

式中， 为接地电流的稳态分量，等于稳态电容电流和稳态电感电流的幅值之差；

为接地电流暂态分量，等于电容电流的暂态自由振荡分量与电感电流的暂态直流分量之和。

参考文献：

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[2]刘家军，李春举，李文玲.在故障测距中应用故障分量电流的阻抗法研究[J].电气化铁道，2003，10（5）：12-15.

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