1、16-35 千伏中性点不接地系统发生接地信号时的故障类型判断及分析吴 建 峰陕西地方电力集团（有限）公司宝鸡供电分公司，宝鸡市，7221004摘 要：提出了适用于 6-35 千伏中性点不接地地系统中发生单相接地故障时检出接地故障线路的一种方法相对原理、双重判据法。理论分析和实践检验结果表明，该方法适用于中性点不接地、经消弧线圈接地系统，具有简单可靠和灵敏性好、准确率高等特点。关键词：中性点不接地系统；单相接地；选线0 引言6-35 千伏中性点不接地系统是农网的主要组成部分，而接地故障、铁磁谐振、PT 断线、线路断线是小电流接地电网中的常见故障，需要人工排除。发生上述故障时，它们有一个共同特点，
2、就是发接地信号（输电线路专指单电源单回线） 。对于接地与谐振，在一些书籍和规程中说的较具体，大家比较熟悉。但在发接地信号时，一些运行人员对 PT 回路是否正常容易忽视，特别是对输电线路断线时的特征不了解，往往误判断为接地故障，造成不必要的接地选择停电，并且拖延事故处理的时间。为此，有必要对后两种故障进行计算分析，并对各故障的特点进行比较。1 故障时的电压计算分析11 PT 故障时的电压计算分析正常时，由于 3U0 取自 PT 的变比为 ，因此 PT 开口三角所属三绕组电压 UaUbUc1003 V，（1）开口三角绕组接反一相（c 相）接反时，3 2 c，即 3U0667V；两相（b、c）接反时
3、，3 0 a b c2 a，即 3U0667V。（2）二次中性线断线二次中性线断线时，由于各相二次负载相同，二次三相电压不变，指示为UaUbUc100577V；当一次系统发生单相接地时，由于二次三相电压所构成的电压三角形 abc 为等边三角形，相同的各相二次负载所产生的三相对称电压在二次中性线断口形成 577V 的断口电压，因此二次三相电压仍不变，指示为 577V，但开口三角电压为 100V。（3）一次一相（两相）断线由于 PT 二次相间和各相均有负载，其负载阻抗所形成电路决定断相电压，以及三相磁路系统的影响，断相电压不为 0，但要降低，其它相电压正常。2图 1 单电源单回线断线运行一相（C
4、相）断线时，3 0 a b c，即 3U0333V；两相（B、C）断线时，30 a，即 30 a。（4）二次一相（两相）断线由于无磁路系统的影响，断相电压比一次断线时要低，其他相正常。12 线路断线时的电压计算分析（1） 单电源单回线路一相断线在图 1 所示系统中，M 及 N 侧主变中性点不接地或通过消弧线圈接地，当线路 MN 发生 A相断线时的边界条件为：A0； B C0； B0； C0将上述条件用对称分量表示：A A1 A2 00B C2 A1 A20 A12 A2 0（ A1 A2）2 00因此 A1 A2； 00而 A1（ A B2 C）3 A3 A2（ A2 B C）3 A3 0（
5、A B C）3 A3根据上述对称分量边界条件，可得复合序网如图 2 所示。在该单电源供电系统中， A A 0 A。在发生单相断线后，电动机将停止转动，综合正序阻抗等于负序阻抗为。由于 M 及 N 侧主变中性点不接地或通过消弧线圈接地，故 0。根据复合序网：3因此 A3 A23 A2。图 2 单电源单回线单相断线复合序网在 A 相断线后，由于 N 侧 A 相对地电容通过 N 侧主变形成电容电流，将使 M 侧中性点形成电压偏移 OM。因此 N 侧电压为：AN AM A A OM3 A2 A2 OMBN BM B B OM 0 B OMCN CM C C OM0 C OM3 ON AN BN CN3
6、 A23 OM所以 3 OM3 ON3 A2由上式可知，A 相断线后，M、N 两侧开口三角电压向量差的模为 50 V。若断相前，三相对地电容相等，则 OM 与 ON 方向相反，M、N 两侧开口三角电压数值之和为 50 V，至于两侧开口三角电压的大小分配则取决于线路的断线位置。当 M 侧出线较多，N 为末端变电站时，M 侧开口三角电压接近 0，N 侧开口三角电压接近 50 V，N 侧发出接地信号，两侧电压向量图如图3 所示。图 3 单电源单回线 A 相断线时两侧电压向量图4断线后，如 M 侧断线相相继发生接地，则 M 侧 A 相电压降至 0；开口三角电压为 100 V，发接地信号。N 侧 A 相
7、电压上升至 32 倍相电压；开口三角电压为 150 V，发接地信号（两侧电压向量见图 4） 。图 4 单电源单回线 A 相断线 M 侧 A 相接地时两侧电压向量图断线后，如 N 侧断线相相继发生接地，则 M 侧 A 相电压上升至 32 倍相电压，开口三角电压为 50 V，发接地信号。N 侧 A 相电压降至 0，开口三角电压为 0，不发接地信号（两侧电压向量见图 5） 。图 5 单电源单回线 A 相断线 N 侧 A 相接地时两侧电压向量图（2）单电源单回线路两相断线在图 1 所示系统中，如线路 MN 发生 BC 相断线时的边界条件为： A A1 A2 00B0； C0而 A1（ A B 2C）3
8、 A3A2（ A 2B C）3 A30（ A B C）3 A3根据上述对称分量边界条件，可得复合序网如图 6 所示。其参数， A A0 A，综合正负序阻抗为 ， 0。5 A2 A2 0 A1 A A1 A 0 A1 A因此 B B A C C A图 6 单电源单回线两相断线复合序图断线时，由于 N 侧 B、C 相对地电容通过 N 侧主变形成电容电流，将使 M 侧中性点形成电压偏移 OM，其方向与 A 相反，则 N 侧电压：AN AM A A OMBN BM B A OMCN CM C A OM3 ON AN BN CN3 A3 OM所以 3 ON3 OM3 A若断相前，三相对地电容相等，则 B
9、、C 相断线后，OM 与 ON 方向相反，即 M、N 两侧开口三角电压数值之和为 100 V，至于两侧开口三角电压的大小分配则取决于线路的断线位置。当M 侧出线较多，N 为末端变电站时，M 侧开口三角电压接近 0，N 侧开口三角电压接近 100 V，N 侧发出接地信号。两侧电压向量图如图 7 所示。由于 N 侧 A、B、C 三相与 M 侧 A 相电位相等，因此当断线相相继发生单相接地时，其电压很容易从向量图中求出。6图 7 单电源单回线 BC 两相断线时两侧电压向量图（3）单电源双回线路断线由于断线后，另一回线路保持着正常的电气联系，在复合序网中，两侧的电势差 等于负荷电流在单回运行时线路上的
10、压降，而 0 ，则每回线路两端间的零序电压为 0 2 2。因线路两侧的零序电压小于线路两端间的零序电压，若单回运行最大负荷时的线路压降最大为额定电压的 30%，则线路两侧的开口三角电压小于 15 V，而接地继电器的整定动作电压为 1530 V，因此不会发出接地信号。（4） 双电源线路断线对于双回线路，其结果与单电源双回线路类似，不会发接地信号。对于单回线路，其计算方法与单电源单回线路类似。单相断线时：3 OM ON3 2（约等于是因为正、负序阻抗不相等）两相断线时：3 ON3 OM3单相断线后，若两侧电源电势差小于额定电压的 30%，或两相断线后，两侧电源电势差小于额定电压的 15%，均不会发
11、接地信号。2 故障判断综上所述，在发接地信号时，不同的故障类型及不同的故障性质，其三相电压及开口三角电压具有不同的特点21 单相接地金属性一相接地：一相电压为零，另两相电压上升为线电压，开口三角电压等于 100 V。非金属性接地：一相电压低，不为零；另两相电压上升，接近线电压，开口三角电压小于100 V。22 铁磁谐振分频谐振：三相电压依次轮换升高，且电压表指针在同范围内出现低频摆动，一般不超过2 倍相电压，开口三角电压一般小于 100 V。基波谐振：一相（两相）电压降低，不为零；另两相（一相）电压升高，大于线电压，一般不超过 3 倍相电压，开口三角电压小于 100 V。高频谐振：三相电压同时
12、升高，升高数值大于线电压，一般不超过 335 倍相电压。开口三角电压大于 100 V。723 PT 断线（1）开口三角绕组一相或两相接反：三相电压正常，开口三角电压等于 667V。（2）二次中性线断线，同时一次系统单相接地：三相电压不变，开口三角电压等于 100 V。（3）一次一相（两相）断线：一相（两相）电压降低，其他相电压正常，开口三角电压等于 333 V。24 单电源单回线路断线及相继接地（1）单相断线：电源侧一相电压上升，小于 32 倍相电压；两相电压下降，大于0866 倍相电压；对于末端线路断线，其变化幅度不大。负荷侧一相电压降低，小于 05 倍相电压；另两相电压降低，大于 0866
13、 倍相电压，对于末端线路断线，其变化幅度不大。两侧开口三角电压之和为 50 V（设断线前三相对地电容相等） ，当为末端线路断线时，电源侧接近 0，负荷侧接近 50 V。（2）单相断线且电源侧相继接地：电源侧一相电压为 0，另两相电压上升为线电压，开口三角电压等于 100 V。负荷侧一相电压上升为 32 倍相电压，另两相上升为线电压，开口三角电压等于 150 V。（3）单相断线且负荷侧相继接地：电源侧一相电压上升为 32 倍相电压，另两相电压下降为 0866 倍相电压，开口三角电压等于 50 V。负荷侧一相电压下降为 0，另两相电压下降为 0866 倍相电压，开口三角电压等于 0。（4）两相断线
14、：电源侧一相电压降低，另两相电压上升，对于末端线路断线，其变化幅度不大。负荷侧三相电压降低，对于末端线路断线，其变化幅度不大。两侧开口三角电压之和为 100 V，当为末端线路断线时，电源侧接近 0，负荷侧接近 100 V。（5）两相断线且电源侧相继单相接地：电源侧一相电压为 0，另两相电压上升为线电压，开口三角电压等于 100 V。负荷侧三相电压上升为线电压，开口三角电压等于 173 V。（6）两相断线且负荷侧相继接地：电源侧一相电压为 0，另两相电压上升为线电压，开口三角电压等于 100 V。负荷侧三相电压下降为 0，开口三角电压等于 0。总的来说，PT 断线在某一时刻一般只发生在一个变电站
15、的一段母线。单相接地时，整个小电流接地系统都将发生相同的电压变化；线路断线时，其两侧电压有较大区别，线路电流也有明显变化；而铁磁谐振，其电压变化特征特别突出。另外，几种故障同时发生也是常见的，以 PT 断线与其他类型的故障同时发生的几率大。目前，大多数变电站未装设接地保护选线装置，需要进行人工判断，并需要人工排除故障。为此，在发接地信号时，正确地判断故障的类型和性质是关键。首先，要根据变电站内并列运行的各段母线三相相电压及开口三角电压进行初步判断；其次要询问其他变电站的异常情况，并进一步观察消弧线圈的仪表指示、线电压、三相电流是否正常；必要时要进行适当的检查，如 PT 熔断器、PT 刀闸辅助接点是否完好，用验电器验电等，只要掌握了以上基本原理和特征，不断积累故障分析的经验，在实际工作中灵活运用，故障类型不难判断。3 参考文献1平绍勋，周玉芳等编著 电力系统中性点接地方式及运行分析，北京，中国电力出版社，2010，32李润先编著 中压电网系统接地实用技术，北京，中国电力出版社，2002，13李福寿编著 中性点非有效接地电网的运行，北京，中国电力出版社，1993，14张振旗，10 千伏中性点小电阻接地系统零序保护整定值探讨，供用电，1996.125郝玉山等，MLN 系列小电流接地选线装置动作原理，电力情报，1994.2
