電氣設(shè)備接地故障精確定位方法(改進)

1、電氣設(shè)備接地故障精確定位方法洪家渡發(fā)電廠黃政551501摘要：電氣設(shè)備主要分為發(fā)電機、變壓器、開關(guān)、輸電線路（含電纜）、負荷等，接地故障是電氣設(shè)備較為常見的故障之一，當發(fā)生接地故障后，如何在極短時間內(nèi)找到故障點，是關(guān)系到電力系統(tǒng)穩(wěn)定及用電質(zhì)量的問題，本文提出了有別于傳統(tǒng)方法的基于差動保護原理的接地點定位方法，對于發(fā)電機、輸電線路、電纜、負荷的接地處理有下定的借鑒作用。1、 概述電氣設(shè)備要運行，應(yīng)保證其絕緣滿足規(guī)程要求的情況下方可投運，電氣設(shè)備絕緣性能的好壞直接影響到電力系統(tǒng)的安全、可靠運行。為了保證電力系統(tǒng)長期安全、穩(wěn)定運行，所有供、用電設(shè)備都必須做到在長期運行電壓下有足夠的絕緣強度，不發(fā)生絕

2、緣故障而直接導(dǎo)致電力系統(tǒng)停電；同時要保證在電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種過電壓作用下，具有足夠的絕緣強度，不會發(fā)生有害的放電導(dǎo)致絕緣破壞，從而保證電力系統(tǒng)的安全可靠運行。為此，所有供、用電設(shè)備都必須經(jīng)過嚴格的絕緣試驗。在生產(chǎn)制造過程中，必須通過各種型式試驗，以考驗設(shè)備絕緣是否達到設(shè)計要求，檢驗設(shè)備對于工頻過電壓、雷電沖擊波電壓、操作沖擊波電壓等是否具有規(guī)定水平以上的絕緣強度。同時，要進行各種絕緣特性的測試，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)工藝中出現(xiàn)的缺陷。電力設(shè)備運輸?shù)绞褂矛F(xiàn)場之后，必須經(jīng)過一系列交接試驗來檢查設(shè)備經(jīng)過運輸過程、安裝過程有否發(fā)生異常，以及絕緣特性惡化的跡象。在設(shè)備投入運行之后，根據(jù)不同設(shè)備的特點，要進行定期或不

3、定期的各種絕緣試驗，檢查其絕緣是否受潮、老化以及發(fā)生局部放電等事故隱患，及時采取措施予以消除。設(shè)備經(jīng)過一段時間4運行后，需要做定期檢修，更換設(shè)備中的某些部件或單元，也必須通過絕緣試驗來檢驗檢修質(zhì)量，決定是否可以重新投入使用。由此看來，能否通過絕緣試驗是保證供、用電設(shè)備能否可靠運行的關(guān)鍵檢驗手段，而對于電力系統(tǒng)的運行人員，更重要的是如何對運行中的設(shè)備進行維護和管理，使電力設(shè)備的絕緣事故防患于未然，達到電力系統(tǒng)安全運行的目的。 然而，電力系統(tǒng)的絕緣下降或絕緣損壞接地是不可避免的。發(fā)生絕緣降低或接地故障后如何在最短的時間內(nèi)排除，對節(jié)約水資源，確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行及工廠生產(chǎn)合格產(chǎn)品至關(guān)重要。2、

4、基于差動保護原理的接地定位方法 差動保護原理：是基于基爾霍夫電流定理的一種電氣設(shè)備的主保護，主要用于發(fā)電機、變壓器、母線、輸電線路、大型負荷。其簡要原理是當在保護范圍內(nèi)故障時其差流較大，保護裝置能可靠動作，瞬時切除故障；當保護范圍外故障或振蕩等擾動時差動電流較小，裝置可靠不動作。對于保護對象的不同，其不平衡電流的計算方法略有不同，且其制動原理也不盡相同，但其保護原理均是在保護范圍內(nèi)發(fā)生故障時，其差流較大，裝置動作，當區(qū)外暫態(tài)穩(wěn)定或區(qū)外故障時差動電流較小，裝置不動作。 具體簡要原理如下：、差動保護的動作原理原理圖見圖1正常運行時:，I1=I2 ij=i1-i2=0. 因此，繼電器兩端電壓:Uab

5、= ij×Rj=0. 式中Rj-繼電器內(nèi)部阻抗。電流不流經(jīng)繼電器線圈，也不會產(chǎn)生電壓，所以繼電器不動作。圖1：差動保護原理圖圖中: TA1、TA2-電流互感器Ru- 保護電阻器; U>- 差動繼電器。、發(fā)生區(qū)內(nèi)故障: 原理圖見圖2，i1=Id/n (nTA1電流互感器匝數(shù)比) ij=i1-iei1 Uab= ij×Rji1Rj 此時，電流流入繼電器線圈、產(chǎn)生電壓，檢測出故障，繼電器動作。圖2內(nèi)部故障動作原理圖、發(fā)生區(qū)外故障:由于短路電流是額定電流的68倍且含有較大的非周期分量。當TA1與TA2特性完全相同時，差動繼電器中無電流通過，繼電器不動作。若TA1與TA2特性存

6、在差異或剩磁不同，這時差動繼電器中流過不平衡電流，這時只要差動動作電流大于最大不平衡電流，差動繼電器不會動作。 這里只就通用原理作說明，不根據(jù)具體保護設(shè)備論述差動保護躲開各自不平衡電流的原因及計算方法三、接地定位原理試驗3.1基于差動保護原理的定子定位方法：差動保護是運行中電流互感器位置不變，保護范圍內(nèi)故障點位置發(fā)生變化，而本定位方法是故障點不變，探測電流互感器位置發(fā)生變化。見接線圖3, 如下：(380V)電氣設(shè)備接地試驗接線圖3移動測試電流傳感元件件CT1、CT2，當故障點在兩CT同一側(cè)時，雖然有雜散電容的存在，但這時兩CT通過電流為近似為同一電流，角度近似為0度或360度（極性原因），故障

7、點應(yīng)在另一半。移動測試電流傳感元件件CT1、CT2，當故障點在兩CT中間時，這時兩CT通過的不是同一電流，角度為近似為120度或240度（極性原因）。為了更精確的查出故障點位置，可移動兩測試夾，最后精確定位故障點，利用二分法或黃金分割法 能很快將故障點找到。3.2 若是僅有交流220V的場所,以上方法不適用,應(yīng)采用以下經(jīng)特殊設(shè)計的轉(zhuǎn)換電路后方可實現(xiàn). 電路設(shè)計如圖4: 圖4:基于工頻電源的電氣設(shè)備接地精確定位 上圖中由于巧妙地應(yīng)用了基爾霍夫電流定理,使被試品中流過電流靠L側(cè)與靠C側(cè)數(shù)值不等且相位不一樣,再用專用的柔性開口電流互感器可由人將L側(cè)或C側(cè)任何一點電流送至相位比較器中進行比較,如此利用

8、二分法或黃金分割法 能很快將故障點找到。3.3二分法或黃金分割法在接地查找中的應(yīng)用 二分法:就是在故障相分兩半,先判斷故障點哪一半,具體方法是CT1測故障相的一端,CT2在繞相的1/2處,比較CT1、 CT2的測試電流，先判斷出故障點在哪一半，再繼續(xù)用二分法查找故障點，如此下去很快能將故障點找到。黃金分割法：將故障相分為0.618段和0.382段, 具體方法是CT1測故障相的一端,CT2在繞相的0.618段(或0.382)處,比較CT1、 CT2的測試電流，先判斷出故障點在哪一段，再繼續(xù)用此法查找故障點，如此下去很快能將故障點找到。二分法或黃金分割法對于查找出故障點各有缺點,在實踐中可靈活運用

9、.3.4 測試用配套柔性開口電流變送器,為實現(xiàn)測故障電氣設(shè)備故障相各點電流,特研發(fā)了專用柔性開口電流變送器,詳見另一發(fā)明專利.3.4.1根據(jù)電磁感應(yīng)原理,在一個有封閉磁路的鐵心中繞制一次和二次兩個線圈,若一次線圈N1通過電流I1則會在二次線圈N2產(chǎn)生感應(yīng)電流I2,其大小與線圈的匝數(shù)成比例,即:K=I1/I2=N2/N1 K電流比I2=N2/N1 =1/K 即改變N2/N1即改變了I2,變小了K倍,是大電流變換為小電流,使其變得容易進行測量和數(shù)據(jù)處理。若在二次線圈兩端并接一電阻R,則二次線圈兩端的電壓為: U2=I2×R R是常量,即U2與I2成比例關(guān)系,進行了電流電壓變換原理圖如下:

10、圖4 電流互感器結(jié)構(gòu)圖上圖也是一般電流互感器的典型結(jié)構(gòu),由于鐵心是一個剛性的構(gòu)件,使用過程中它的外形是不能更變的。如果將鐵心剖開并展開成直線,再將鐵心換成線狀多根絞合成的可彎曲的導(dǎo)磁材料,在外面繞二次線圈,就是柔性電流變送器的結(jié)構(gòu),如下圖5所示: 圖5: 柔性開口電流變送器結(jié)構(gòu)圖柔性電流變送器鐵心是一個柔性的構(gòu)件,使用過程中它的外形是可以更變的,其線狀外徑僅為5mm,很小的空間即可靈活安裝使用,重量輕,耗料少,節(jié)約資源。在其輸出端配用適當?shù)碾娐芳纯色@得應(yīng)用所需的電流或電壓訊號進行測量,繼電保護,監(jiān)測等,適用于大中型電氣設(shè)備。3.4.2柔性電流變送器在電氣設(shè)備中的測試接線柔性電流變送器在試驗中按

11、下圖6接線,其中CT1、CT2為柔性電流變送器采集采集器，CT為柔性測試線，帶紅色、黑色處為可插拔插頭。圖6：柔性電流變送器在電氣設(shè)備中的測試接線四、幾類可用差動原理法精確定位的電氣設(shè)備測試舉例對于電氣設(shè)備的接地并非均能用該法精確定位，對于電氣設(shè)備較小，無法區(qū)分其每相結(jié)構(gòu)、或故障后，無法用該方法測試其每相各點電流的設(shè)備該方法不適用，該方法適用于能區(qū)分電氣設(shè)備各相，且能測試各相每點電流的場合。4.1 大中型發(fā)電機、電動機定子轉(zhuǎn)子的故障發(fā)電機、電動機定子轉(zhuǎn)子的故障類型一般分為匝間短路，相間短路、分支開焊、單相接地、相間接地、絕緣降低等。對于發(fā)電機的故障一般均伴隨著絕緣降低，均可采用一定的手段使他發(fā)

12、展成接地故障(或用導(dǎo)電材料使其強迫接地)來處理，本文僅針對接地故障如何精確定位找出故障點。4.1.1發(fā)電機定子定子繞組接地是發(fā)電機常見的一種故障,其中定子繞組的單相接地故障尤為常見。對于大中型發(fā)電機中性點不接地或經(jīng)高阻抗接地的定子繞組,由于單相接地故障并不產(chǎn)生較大的故障電流,所以定子繞組單相接地保護通常只發(fā)信號或延時跳閘.。但應(yīng)注意到發(fā)電機單相接地故障往往是相間或匝間短路的先兆,因此，對于定子繞組接地只發(fā)信號的機組應(yīng)立即通知有關(guān)部門停機處理，對于延時跳閘的發(fā)電機組應(yīng)立即查清故障并排除后,方可投運。4.1.1.1發(fā)電機定子直流耐壓時泄漏偏大原因查找及處理定子繞組泄漏電流和直流耐壓試驗?zāi)莒`敏的反應(yīng)

13、絕緣的裂紋、夾層絕緣的內(nèi)部受潮及局部松散斷裂、絕緣的沿面炭化等，對發(fā)現(xiàn)定子繞組端部及手包絕緣的局部缺陷很靈敏。直流泄漏偏大的主要原因為端部絕緣盒或手包絕緣部分有局部缺陷。傳統(tǒng)的方法是表面電位法，測試水輪發(fā)電機端部絕緣盒及手包絕緣的表面電位，但存在安全隱患，對人和設(shè)備均不安全。在此可用差動原理法, 試驗接線如圖7 圖7:發(fā)電機定子故障接線圖測試方法(1)包好發(fā)電機上部（或下部）所做試驗相并頭套，(2)如上接線，裝置上電，調(diào)整好試驗回路電流。(3)用移動接地棒接觸所包導(dǎo)電體，觀察電流及CT角度變化情況，可方便地確定絕緣薄弱點。4.1.1.2定子繞組直接接地查找(或電動機)(1) 試驗接線(如圖7)

14、(2) 測試方法如上圖7接線，裝置上電，調(diào)整好試驗回路電流。按二分法或黃金分割法原則移動電流測試探頭查找接地點.4.2 凸極機轉(zhuǎn)子接地4.2.1 試驗接線如圖8 圖8:發(fā)電機轉(zhuǎn)子故障接線圖4.2.2 試驗方法如上圖8接線，裝置上電，調(diào)整好試驗回路電流。按二分法或黃金分割法原則移動電流測試探頭查找接地點.4.3 電纜電纜故障處理電纜故障類型：單芯不帶鎧電纜：單相接地，斷線，絕緣降低；單芯帶鎧電纜：單相對鎧裝接地，斷線，絕緣降低；多芯電纜：單相接地，相間短路、相間短路接地、一相斷線或多相斷線、絕緣降低等。4.3.1、帶鎧單芯電纜對鎧直接接地（1）試驗接線圖9：圖9: 帶鎧單芯電纜接地故障測試接線圖

15、(2) 測試方法剝掉鎧裝層外皮，按上圖接線，根據(jù)上述二分法或黃金分割法原理能很快找出故障點。 缺點是需恢復(fù)外層，對于低壓電纜問題不大，對于高壓電纜恢復(fù)要難一些。4.3.2.單芯電纜（1）試驗接線圖10：圖10:單芯電纜接地故障測試接線圖 (2)試驗方法同4.2.24.3.3 多芯電纜多芯按單芯方式,一芯一芯的查找.4. 無干擾架空線架空線的故障類型：單相接地，相間短路、相間短路接地、一相斷線或多相斷線、絕緣降低等本方法僅用于無干擾饋線上,對于有干擾的復(fù)雜線路,為保證試驗安全,建議不采用,但若能確認線路無干擾電壓或采取屏蔽措施后,也可用本方法. 試驗接線 4.4.2 試驗方法同4.2.24.5 控制回路故障控制回路發(fā)生故障后，可用該儀器查找。對于可斷控制電源的控制電路，斷掉電源后，對于不可斷控制電源的交流控制電路，無需用儀器加源查找，直接用CT查找。對于不可斷控制電源的直流流控制電路，可采