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电力系统接地故障分析及处理

时间:2017-10-06 07:55 来源:电工之家
【摘要】电力系统中的接地故障一般主要包括电弧接地故障、直流系统接地故障和单相接地故障,下面对这三种故障分别进行分析。 电弧接地故障 在10kV中性点不接地系统中,当发生一相对地短路故障时,常出现电......

电力系统中的接地故障一般主要包括电弧接地故障、直流系统接地故障和单相接地故障,下面对这三种故障分别进行分析。
电弧接地故障
在10kV中性点不接地系统中,当发生一相对地短路故障时,常出现电弧。由于系统中存在电容和电感,此时可能引起线路某一部分的振荡。当电流振荡零点或工频零点时,电弧可能暂时熄灭。事故相电压升高后,电弧则可能重燃,这种现象为间歇性电弧接地。

电弧性接地故障的特点有以下几个:
1)相电压突然降低而引起的放电电容电流,此电流通过母线流向故障点,放电电流衰减很快,其振荡频率高达几十千赫甚至几百千赫,振荡频率主要决定于电网线路的参数、故障点的位置以及过渡电阻的数值。
2)由非故障相电压突然升高而引起的充电电容电流,它要通过变压器线圈而形成回路。由于整个流通回路的电感较大,因此,充电电流衰减较慢,振荡频率也较低。由于放电电流频率高、衰减速度快.对于接地选线的作用不大;而充电电流幅值大、频率较低、衰减速度慢,有利于测量,在接地选线中起主要作用。
3)暂态分量的特征基本不受中性点接地方式的影响,各线路零序电流以高频衰减的暂态分量为主,暂态分量可达工频稳态分量的几倍、几十倍甚至上百倍。
4)电弧接地时暂态分量的频率与电网结构、变压器参数、故障地点等多种因素有关,其值为一不确定值。但故障线路与非故障线路的零序暂态电流在频率、衰减速度等特性相同。无论在何种接地方式下非故障线路零序暂态电流的大小与本线路对地电容的大小呈正比,而故障线路零序暂态电流等于所有非故障线路零序暂态电流之和,且方向相反。这与中性点不接地系统中零序稳态电流特性相同。
5)当接地电阻较小时暂态分量远大于稳态分量。但零序暂态电流的大小随电弧电阻的增大呈指数规律递减,同时零序暂态电流的衰减速度随电弧电阻的增大而极速增快 。
可以采取的防范措施有以下几种。
(1)改变10kV系统中性点的接地方式
中性点采用消弧线圈接地,应该不失为行之有效的措施之一。消弧线圈是一个铁心可调节的电感线圈,将它装设于变电站变压器的中性点。这样系统一旦发生单相接地时,可形成一个与接地电流大小近似相等、方向相反的电感电流与容性接地电流相补偿,从而达到限制接地电流,避免在接地点形成弧光。同时即使是运行方式发生变化,使消弧线圈的补偿度或脱谐度发生变化,而产生弧光接地,燃弧后电容的充放电电流要经过消弧线圈流回,而不会在故障点形成多次弧光重燃。这样就有效避免了接地点的间歇性燃弧,达到限制弧光过电压的目的。
(2)选择合适的过电压保护装置
10kV系统面临的过电压不仅仅是单相弧光接地过电压,对于雷电过电压、操纵过电压、谐振过电压等仍然是存在的。因此,选择和设置过电压保护装置,对于电力网来说显得异常重要。采用避雷器作为过电压吸收装置,还是目前电力系统的潮流和主要措施。目前,大多数热电厂都加装消弧柜,将单相弧光接地变为直接接地。
(3)加强薄弱环节的绝缘
热电厂一次设备的绝缘相对较为薄弱,主要是由于粉尘污染造成部分绝缘子污闪以及高湿度的环境空气降低了有效绝缘水平。对于轻易造成污闪的电气设备,进行定期清扫除尘。
直流系统接地故障
直流系统是变电站安全运行过程中十分重要的电源系统,为电力系统的控制回路、信号回路、继电保护、自动装置及事故照明等提供稳定可靠的不间断电源,还可为断路器的分、合闸提供操作电源。
由于直流电源在二次系统所处的重要地位,直流系统自身的可靠性及安全性直接影响着整个变电站的安全运行。尽管直流电源十分稳定可靠,但实际应用中,由于电力系统应用直流电源的特殊性,特别是控制回路和保护回路的应用,使直流系统的故障成为电力系统更大故障的事故隐患,即直流系统接地故障危害。
(1)何为直流系统接地
当直流系统的正极或负极与大地之间的绝缘水平降到低于某一规定值时,统称为直流系统接地;当正极绝缘水平低于某一规定值时成为“正接地”;当负极绝缘水平低于某一规定值时称为“负接地”。
(2)直流系统为什么会接地
直流系统是个不间断工作长期带电的系统,支路很多,负荷涉及面广,会由于环境改变、气候变化、污染、高温等引起电缆老化、接线端子老化、元件损坏以及设备本身等问题引起绝缘水平下降。一般来说,投运时间越长,其接地的概率越高,特别是发电厂比变电站接地更频繁。
(3)直流系统接地的种类
直流系统接地的构成归纳起来有以下几种:正接地和负接地;直接接地;金属性接地和间接接地;非金属性接地。此外还有单点接地、多点接地、环路接地、绝缘降低和交流半接地等。
(4)正接地的危害
由于断路器跳闸线圈均接负极电源,当发生系统正极接地时,正极经过大地,构成回路。如图2所示,当图2中的A点和B点同时接地,相当于A、B两点通过大地相连接起来,中间继电器2J1动作生成断路器的跳闸。同理,当图2中的A点和C点同时接地,A点和D点同时接地均可能造成断路器的跳闸。

图2
(5)负接地的危害
负极接地可能造成断路器的拒动作。当图2中的B点、E点同时接地,B、E点通过地构成了回路,即B、E点相接将中间继电器2J1短接。此时,如果系统发生事故,保护动作由于中间继电器2J1不工作,断路器不会动作,使事故越级扩大。同理,当图2中的E点和C点同时接地,E点和D点同时接地均可能造成断路器拒动作。
查找直流系统接地点,排除故障危害,从目前现场实际中的情况和经验所得,大致有以下几种方法。
(1)拉路法
直流接地回路一旦从直流系统中脱离运行,直流母线的正负极对地电压就会出现平衡。所以人们通常从直流接地回路瞬间停电,确定直流接地点是否发生在该回路,这就是所谓的“拉路法”。直流系统是个不间断电源,基于它的特殊性,不能随意停电。近年来随着计算机的大量使用,微机保护同样也不允许人们随意断开直流电源。现场排除故障中,经常发生非正常的闭环回路,采用双电源供电回路,使直流接地故障查找更加困难。“拉路法”往往造成了控制回路或保护回路跳闸等事故。
(2)便携式仪器查找定位
使用便携式的直流接地故障查找仪查找直流接地不失为一种好方法。作为拉路法的辅助测试仪,对接地故障的排除在时间上和安全上都是好帮手。其特点是不需断开直流回路电源,移动式的采集互感器在各分部回路上测量,如果出现接地回路就报警。由于其采集传感器可以任意移动,可以更具体地查找到各接地点。
(3)人工故障排除方法
变电站的直流接地虽然是复杂的,无论是常规保护还是微机保护,其故障的排除法是一致的。寻找接地分段处理的方法,先信号和照明部分,后操作部分;先室外,后室内的原则。
1)首先测量正负极对地电压,确定是正极接地还是负极接地。
2)两段母线之间的区分,使查找的接地不会大范围扩大,确定发生直流接地在哪一段。
3)如果有直流接地选线的装置,有误报的现象,请退出运行中的直流接地检测仪。
4)如果站内二次回路有施工的或有检修试验的应立即停止,拉开其工作电源,看信号是否消除。
5)采用分段分部拉路法,操作电源一定要由蓄电池供电,应按照下列顺序进行:①断合现场临时工作电源;②断合故障照明回路;③断合信号回路;④断合辅助设备;⑤断合蓄电池回路。
单相接地故障
在小电流接地系统中,单相接地是一种常见的临时性故障,多发生在潮湿、多雨天气。发生单相接地后,故障相对地电压降低,非故障两相的相电压升高,但线电压却依然对称,因而不影响对用户的连续供电,系统可运行1~2h,这也是小电流接地系统的最大优点。但是若发生单相接地故障时电网长期运行,可能引起绝缘的薄弱环节被击穿,发展成为相间短路,使事故扩大,影响用户的正常用电。还可能使电压互感器铁心严重饱和,导致电压互感器严重过负荷而烧毁。同时弧光接地还会引起全系统过电压,进而损坏设备,破坏系统安全运行。因此,值班人员一定要熟悉接地故障的处理方法,当发生单相接地故障时,必须及时找到故障线路予以切除。
(1)接地故障特征
1)当发生一相(如A相)不完全接地时,即通过高电阻或电弧接地,这时故障相的电压降低,非故障相的电压升高,它们大于相电压,但达不到线电压。电压互感器开口三角处的电压达到整定值,电压继电器动作,发出接地信号。
2)如果发生A相完全接地,则故障相的电压降到零,非故障相的电压升高到线电压。此时电压互感器开口三角处出现三倍于原来的相电压,电压继电器动作,发出接地信号。
3)电压互感器高压侧出现一相(A相)断线或熔断件熔断,此时故障相的指示不为零,这是由于此相电压表在二次回路中经互感器线圈和其他两相电压表形成串联回路,出现比较小的电压指示,但不是该相实际电压,非故障相仍为相电压。互感器开口三角处会出现35V左右电压值,并启动继电器,发出接地信号。
4)由于系统中存在容性和感性参数的元件,特别是带有铁芯的铁磁电感元件,在参数组合不匹配时会引起铁磁谐振,并且继电器动作,发出接地信号。
5)空载母线虚假接地现象。在母线空载运行时,也可能会出现三相电压不平衡,并且发出接地信号。但当送上一条线路后接地现象会自行消失。
(2)单相接地故障的处理
配电线路发生单相接地故障之后,通过变电站母线上运行的电压互感器,绝缘监察装置可以检测到接地故障,发出接地信号,值班人员根据信号及时进行判断处理。首先,综合分析电压表指示、天气情况、运行方式等,区分信号的虚实。然后,为缩小停电的范围,进行分网运行,同时,检查电气设备是否正常运行。例如:设备有无损坏、配电线路有无断线接地、互感器熔丝有无熔断、电缆头有无击穿等。最后,在确定配电所内设备无问题的情况下,用瞬停依次拉闸查找法。具体措施为:
1)对于装有微机选线装置或接地信号装置的线路来说,在装置正常运行的条件下,接地故障线路可以通过选线方法查出。但是,如果线路未安装接地信号装置,查找方法是依次断开线路母线上的每个分路开关,如果断开某条线路的开关时接地信号突然消失,并且绝缘监察电压表的指示恢复正常,该线路即为有接地故障的。
2)如果采用瞬停依次拉闸查找法断开开关后接地信号仍然存在,则说明此条线路上没有发生接地故障。此时,应该立即恢复供电,依次瞬停其他线路。需要注意的是应该逐步检查一条线路,不能同时将所有出线同时断开。
3)在查处接地故障线路以后,对一般用户线路可以停电排除接地故障,等到接地故障排除以后恢复供电。但是,针对某些重要用户的供电线路,则应该采取适当的措施将用电负荷转移,或者将用电负荷转移至备用线路。然后,停电查找并及时排除故障,恢复供电,减少由于停电造成的损失。
4)对于接地故障频繁发生的线路,应该及时制定合理的电网整改措施,进行改造,保证设备的安全运行,提高用户的用电质量。
处理接地故障的要求如下:
1)寻找和处理单相接地故障时,应作好安全措施,保证人身安全。当设备发生接地时,室内不得接近故障点4m以内,室外不得接近故障点8m以内,进入上述范围的工作人员必须穿绝缘靴,戴绝缘手套,使用专用工具。
2)为了减小停电的范围和负面影响,在寻找单相接地故障时,应先试拉线路长、分支多、历次故障多和负荷轻以及用电性质次要的线路,然后试拉线路短、负荷重、分支少、用点性质重要的线路。双电源用户可先倒换电源再试拉,专用线路应先行通知。若有关人员汇报某条线路上有故障迹象时,可先试拉这条线路。
3)若电压互感器高压熔断件熔断,不得用普通熔断件代替。必须用额定电流为0.5A装填有石英砂的瓷管熔断器,这种熔断器有良好的灭弧性能和较大的断流容量,具有限制短路电流的作用 。
(3)单相接地故障的预防
1)定期对配电线路进行巡视,检查配电线路和电力设备运行情况。主要包括:检查变压器等电力设备运行状况是否符合要求,检查导线对接处的温度是否正常,检查导线与建筑物和树木的距离是否足够,检查导线在绝缘子中是否绑扎牢固了,检查导线交叉跨越的距离是否符合相关规定,检查拉线绝缘子的安装是否符合安装要求。
2)对配电线路上的变压器、避雷器、开关等电力设备进行定期的测试,以便及时发现不合格的电力设备并修理更换。同时,强化平时运行检查力度,及时发现运行中有缺陷的设备,并及时处理。
3)在配电线路上适当加装一些支线开关和分段开关,可以提高查找故障点的速度,减少因检修造成的停电面积和停电时间。
4)对于条件允许的地区,采用高一电压等级的绝缘子,可以提高配电网绝缘强度。