農(nóng)村10kV配電線路接地故障分析

劉偉建

【摘 要】本文探討了廣泛應(yīng)用于農(nóng)村地區(qū)的10kV配電線路接地故障的原因，可以將其用于對(duì)10kV配電線路絕緣的監(jiān)察。作者希望通過(guò)本文的總結(jié)，能對(duì)從事相關(guān)工作同仁的以后工作提供一定的參考。

【關(guān)鍵詞】10kV配電線路；接地；故障；分析

0.引言

10kV配電線路在我們的農(nóng)村地區(qū)應(yīng)用十分廣泛，相比較于35kV及以上的電網(wǎng)而言，10kV的故障相對(duì)較多，對(duì)農(nóng)村地區(qū)的用電穩(wěn)定性存在一定的風(fēng)險(xiǎn)因素。因此，我們十分重視對(duì)于這種配電線路的故障排查工作。而所有問(wèn)題之中，接地故障又是最頻發(fā)的問(wèn)題。

1.設(shè)置監(jiān)察接線

10kV配電線路如果采用的是中性點(diǎn)絕緣，那么我們一般會(huì)在變電站安裝絕緣監(jiān)察設(shè)備，方便監(jiān)察配電線路各相的絕緣情況，具體的接線原理如下圖所示。YH為連接在母線上的3單組電壓互感器，一次側(cè)接為星形，直接將其中性點(diǎn)接地，電壓互感器二次側(cè)各側(cè)均設(shè)2個(gè)繞組，額定電壓為100/V伏的二次繞組連為星形，各相都連一部電壓表，以測(cè)量每相的對(duì)地電壓值，從而監(jiān)控該相的對(duì)地絕緣情況，其額定電壓為10/3V的二次繞組連為開(kāi)口三角形，可以體現(xiàn)零序電壓，它的引出端連電壓繼電設(shè)備YJ。如果三相對(duì)地電壓出現(xiàn)不吻合的情況，中性點(diǎn)就會(huì)存在位移電壓V 的對(duì)地電壓，低壓星形繞組會(huì)將這種情況通過(guò)電壓表體現(xiàn)出來(lái)，從而令燈有所反應(yīng)，釋放出接地的訊號(hào)。

圖1 接線原理圖

2.判定接地故障

這里繼電器YJ的動(dòng)作設(shè)定在電壓為15-30V，那么針對(duì)10kV電網(wǎng)絕緣設(shè)備的零序波動(dòng)為： n0=NA0/NLX=（10000 ）/100=100/，其中：N=裝置線圈匝數(shù)。如果位移電壓在0.9-1.8千伏范圍時(shí)，YJ就會(huì)給出接地訊號(hào)。由此我們發(fā)現(xiàn)，開(kāi)口三角繞組電壓體現(xiàn)的是中性點(diǎn)位移電壓， 不管是什么原因?qū)е碌奈灰齐妷?，它都?huì)給出接地的訊號(hào)，所以，當(dāng)實(shí)際操作中即使出現(xiàn)了接地的提示，我們也需要仔細(xì)分析情況，確認(rèn)是否由于接地故障導(dǎo)致的YJ動(dòng)作。單相接地故障眾多文獻(xiàn)均有探討，本文將其略過(guò)。

2.1鐵磁諧振

在中性點(diǎn)不接地的線路體系中， 通常中性點(diǎn)的位移電壓可以通過(guò)：

UOD=-（UA0YA+UBOYB+UCOYC）/（ YA+YB+YC）來(lái)計(jì)算。其中，UOD=中性點(diǎn)位移電壓，UAO、UBO、UCO就是各相的相電壓，YA、YB、YC就是每相各自的對(duì)地導(dǎo)納。

具體的操作方式是：我們將互感器的中性點(diǎn)接地，這時(shí)它的電感L端連同線路的對(duì)地電容就為C。，如下圖所示其形成了一個(gè)完整的回路。由此便可以監(jiān)察每相的對(duì)地絕緣情況，因?yàn)樵谶@個(gè)系統(tǒng)中，每相對(duì)地的導(dǎo)納分別為：

圖2 各相對(duì)地導(dǎo)納示意

YA=j（ωC0-1/ωLA）；YB= j（ωC0-1/ωLB ）；YC=j（ωC0-1/ωLC ）式中C0=各相對(duì)地電容；LA、LB、LC是電壓互感器每相的電感；ω為角頻率。

這里需要解釋的是，電壓互感器實(shí)際上是一種鐵磁組件，它正常工作時(shí)，通常在未飽和狀態(tài)，這是電感會(huì)相對(duì)較大，每相導(dǎo)納都反映出容性，同時(shí)它們的差距甚小可視為相等， 由于三相電壓UAO、UBO、UCO 是存在對(duì)稱性的，所以中性點(diǎn)的位移電壓趨近于0。不過(guò)，如果系統(tǒng)突然出現(xiàn)了一些擾動(dòng)的情況下，比如出現(xiàn)單相接地或者是其它的器件開(kāi)關(guān)故障，就有機(jī)會(huì)導(dǎo)致其中部分相的電壓突然飆高，從而令電壓互感器瞬間達(dá)到接近飽和的狀態(tài)，電感迅速降低。如果出現(xiàn)了1/ωL>ωC的情況，就會(huì)令對(duì)地導(dǎo)納出現(xiàn)感性，從而導(dǎo)致YA+YB+YC的總和明顯變小。由上面的式子我們就可以推斷出，這種現(xiàn)象同時(shí)會(huì)令中性點(diǎn)的位移電壓急劇提高，如果各相的數(shù)據(jù)相互作用使得分部導(dǎo)納出現(xiàn)趨近0的情況時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)鐵磁諧振，此時(shí)中性點(diǎn)所測(cè)出的位移電壓將會(huì)明顯提高；同樣的，如果各相的數(shù)據(jù)相互作用使得總導(dǎo)納出現(xiàn)趨近0的情況時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)鐵磁諧振，此時(shí)中性點(diǎn)所測(cè)出的位移電壓明顯提高的現(xiàn)象，會(huì)體現(xiàn)在開(kāi)口三角繞組令繼電器給出接地訊號(hào)。發(fā)生鐵磁諧振時(shí)，中性點(diǎn)的位移電壓并不存在固定的單一模式，它可以是各種頻率的，范圍在25HZ-150HZ間波動(dòng)，都是正常的現(xiàn)象。

雖然這樣，但是不同頻率的諧振，也有著自己本身的特性。通過(guò)我們多項(xiàng)的研究發(fā)現(xiàn)，在基波諧振（25HZ）的情況下， 會(huì)有某相的對(duì)地電壓變小， 其他相的地電壓變大，甚至大過(guò)之前設(shè)定的線電壓；在分頻諧振（50HZ）的情況下， 各相對(duì)地電壓都增大， 不過(guò)增大的幅度并不大，認(rèn)真比對(duì)便可發(fā)現(xiàn)； 在高頻諧振（150HZ）的情況下， 各相對(duì)地電壓全部增大， 同時(shí)增大的幅度十分明顯，甚至?xí)笥诰€電壓， 電壓表有時(shí)會(huì)顯示不足，發(fā)生表針頂?shù)筋^的現(xiàn)象。通過(guò)上述這些現(xiàn)象，我們就能判定線路中是否出現(xiàn)了鐵磁諧振的情況。

2.2電壓互感器高壓保險(xiǎn)熔斷

由于上面所述的鐵磁諧振現(xiàn)象和其他的一些影響因素，電壓互感器會(huì)出現(xiàn)高壓保險(xiǎn)熔斷的情況，這時(shí)系統(tǒng)也會(huì)給出接地的訊號(hào)。當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí)，互感器存在很大的激磁電感，其數(shù)值通常會(huì)大幅高于線路對(duì)地電容的容抗，所以其一次側(cè)通過(guò)的電流會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于線路對(duì)地電容的電流。當(dāng)互感器的高壓保險(xiǎn)發(fā)生熔斷的情況后，發(fā)生熔斷相的一次電流等于0，可是由于線路對(duì)地電容的通過(guò)電流還是維持在原有的大小，因此并沒(méi)有令中性點(diǎn)出現(xiàn)很大的位移電壓，反而在開(kāi)口三角處會(huì)產(chǎn)生電壓。類似的情況像，如果互感器的C相保險(xiǎn)發(fā)生熔斷現(xiàn)象， 那么，C相的對(duì)地電壓并不會(huì)在互感器上體現(xiàn)出來(lái)，這時(shí)該相的電壓讀數(shù)會(huì)是0，而另外兩相的電壓讀數(shù)則維持原來(lái)水平。但是因?yàn)镃相二次側(cè)電壓等于0， 所以在開(kāi)口三角處體現(xiàn)出來(lái)的就是另外兩相對(duì)地電壓的矢量和，這時(shí)YJ就會(huì)給出接地訊號(hào)。同樣的， 如果電壓互感器高壓發(fā)生兩相的保險(xiǎn)熔斷時(shí)， 熔斷的兩相電壓讀數(shù)將顯示為零， 未熔斷相電壓讀數(shù)仍然維持在原來(lái)的水平， 在開(kāi)口三角處測(cè)得的電壓讀數(shù)為100/3V， 同樣會(huì)令電壓繼電器給出接地的訊號(hào)。

雖然這種情況下的故障，與單相接地故障有所雷同，但是因?yàn)殡妷夯ジ衅鞲邏罕ｋU(xiǎn)熔斷時(shí)，未熔斷相的對(duì)地電壓會(huì)維持在原來(lái)的水平，通過(guò)這一點(diǎn)我們便能將其和單相接地故障分辨開(kāi)來(lái)。

2.3線路斷線

在斷線中性點(diǎn)不接地的線路體系中， 如果出現(xiàn)線路一相或兩相斷線的情況，其在斷線后的對(duì)地電容將會(huì)急劇變小，導(dǎo)致中性點(diǎn)產(chǎn)生位移電壓。這時(shí)的位移電壓將會(huì)完全的體現(xiàn)在電壓互感器開(kāi)口三角處，如果它的讀數(shù)已經(jīng)達(dá)到了之前設(shè)定的電壓繼電器的整定值時(shí)， 同樣也會(huì)給出接地訊號(hào)。

中性點(diǎn)產(chǎn)生的位移電壓的幅度取決于斷線令對(duì)地電容變小的程度。研究發(fā)現(xiàn)在發(fā)生單相斷線的情況下，一相對(duì)地電壓增大， 但是絕不會(huì)大于3Vφ/2（V是相電壓）；未斷線相的對(duì)地電壓減小但是仍保持同樣大小，電壓值不會(huì)小于Vφ/2。在發(fā)生兩相斷線的情況下， 未斷相的對(duì)地電壓雖然會(huì)減小但是仍然會(huì)存在一定的電壓；兩斷線相的對(duì)地電壓以相同幅度增大，但是不會(huì)高于Vφ（線電壓）。

通過(guò)我們以上對(duì)于不同情況下，各相電壓自身的特點(diǎn)，可以簡(jiǎn)單的判定是否為斷線或是單相接地。不過(guò)在個(gè)別案例中，有時(shí)這兩種故障的對(duì)地電壓讀數(shù)十分類似，這就需要我們綜合對(duì)線路的了解和具體的情況進(jìn)行的分析判斷。如果是線路斷線的情況， 斷線相的通過(guò)電流將會(huì)是0， 它的輸送功率也會(huì)降到0，即使沒(méi)有到這么低也會(huì)有明顯的降低， 可是如果是單相接地的情況， 則不會(huì)出現(xiàn)類似的現(xiàn)象。

3.結(jié)束語(yǔ)

總之，對(duì)于農(nóng)村的10kv配電線路的接地故障處理，一定要安全高效率，這樣才能有效地保障廣大農(nóng)村地區(qū)正常的電力供應(yīng)，令生活在該地區(qū)的居民生產(chǎn)生活可以順利安全的進(jìn)行。

【參考文獻(xiàn)】

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