超全面小電流接地系統(tǒng)：接地故障、鐵磁諧振、PT斷線、線路斷線斷線分析

小電流接地系統(tǒng)是農網的主要組成部分，而接地故障、鐵磁諧振、PT斷線、線路斷線是小電流接地電網中的常見故障，需要人工排除。發(fā)生上述故障時，它們有一個共同特點，就是發(fā)接地信號（輸電線路專指單電源單回線）。對于接地與諧振，在一些書籍和規(guī)程中說的較具體，大家比較熟悉。但在發(fā)接地信號時，一些運行職員對PT回路是否正常輕易忽視，特別是對輸電線路斷線時的特征不了解，往往誤判定為接地故障，造成不必要的接地選擇停電，并且拖延事故處理的時間。為此，有必要對后兩種故障進行計算分析，并對各故障的特點進行比較。1故障時的電壓計算分析1.1PT故障時的電壓計算分析 廣■u.too正常時，由于3U0取自PT的變比為方/寸與/工，因此PT開口三角所屬三繞組電壓Ua=Ub=Uc=100/3V，3/=/+烘+ =°（1） 開口三角繞組接反一相（c相）接反時，3‘f=溢+E*溢=_2匕七，即3U0=66.7V；兩相（b、c）接反時，3^0=匕上一D,b一匕％=2^4，即3U0=66.7V。（2） 二次中性線斷線二次中性線斷線時，由于各相二次負載相同，二次三相電壓不變，指示為Ua=Ub=Uc=100/=57.7V；當一次系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，由于二次三相電壓所構成的電壓三角形^abc為等邊三角形，相同的各相二次負載所產生的三相對稱電壓在二次中性線斷口形成57.7V的斷口電壓，因此二次三相電壓仍不變，指示為57.7V，但開口三角電壓為100V。（3） 一次一相（兩相）斷線由于PT二次相間和各相均有負載，其負載阻抗所形成電路決定斷相電壓，

hlI.^0以及三相磁路系統(tǒng)的影響，，，但要降低，其它相電壓正常。以及三相磁路系統(tǒng)的影響，，，但要降低，其它相電壓正常。圖1單電源單回線斷線運行一相（C相）斷線時，3^0=6、+4%=一。"，即3U0=33.3V；兩相（B、C）斷線時，30=a，即3L’0=D'a。（4）二次一相（兩相）斷線由于無磁路系統(tǒng)的影響，斷相電壓比一次斷線時要低，其他相正常。1.2線路斷線時的電壓計算分析（1） 單電源單回線路一相斷線在圖1所示系統(tǒng)中，M及N側主變中性點不接地或通過消孤線圈接地，當線路MN發(fā)生A相斷線時的邊界條件為：?A=0；『B+?C=0；Mb=0；Mc=0將上述條件用對稱分量表示：?A=7A1+?A2+?0=0?B+'C=a2,A1+a7A2+0+a'A1+a2%2+?0=一（？A1+,A2）+2?0=0因此？A1=一,A2；?0=0而MA1=（MA+aMB+a2Mc）/3=MA/3△^A2=（MA+a2MB+aMc）/3=MA/3M0=（Ma+Mb+Mc）/3=Ma/3根據(jù)上述對稱分量邊界條件，可得復合序網如圖2所示。在該單電源供電系統(tǒng)中，AA=A—0=A。在發(fā)生單相斷線后，電動機將停止轉動，綜合正序阻抗即是負序阻抗為。由于M及N側主變中性點不接地或通過消孤線圈接地，故0

圖2單電源單回線單相斷線復合序網在A相斷線后，由于N側A相對地電容通過N側主變形成電容電流，將使M側中性點形成電壓偏移OM。因此N側電壓為：DaN=L’AM—Ma=KA+L'OM—3%/2=一^A/2+匕'OMDbn=d'bm—Mb=Rb+d,om—0=片b+^'omDcn=d'cm—Mc=Rc+^'om—0=Rc+^'om3DoN=^AN+D?BN+D'cN=—3氏A/2+3^OM所以^'OM—^'OrN=^Aj2r至于兩側開口三角電壓的大小分配則取決于線路的斷線位置。AhN為末端變電站時，M側開口三角電壓接近0，N側開口三由上式可知，A相斷線后斌、N兩側開口三角電壓向量差的模為50V。若斷相前，三相對地電容相等，則OM至于兩側開口三角電壓的大小分配則取決于線路的斷線位置。AhN為末端變電站時，M側開口三角電壓接近0，N側開口三當M側出線較多角電壓接近50V，圖3單電源單回線A相斷線時兩側電壓向量圖斷線后，如M側斷線相相繼發(fā)生接地，則M側A相電壓降至0；開口三角

電壓為100V,發(fā)接地信號。N側A相電壓上升至3/2倍相電壓；開口三角電相斷:線M圖4單電源單回頊相接地時兩側電壓向量圖斷線后，如N側斷線相相繼發(fā)生接地，則M側A相電壓上升至3/相斷:線M圖4單電源單回頊相接地時兩側電壓向量圖斷線后，如N側斷線相相繼發(fā)生接地，則M側A相電壓上升至3/2倍相電壓，開口三角電壓為50V,發(fā)接地。N側A相電壓降至0,開口三角電壓為0,不發(fā)接地信號(兩側電壓o_L圖5單電源單回線A相斷線N側A相接地時兩側電壓向量圖單電源單回線路兩相斷線在圖1所示系統(tǒng)中，如線路MN發(fā)生BC相斷線時的邊界條件為：△Da=Mai+Ma2+M0=0?B=0；'C=0而？A1=(fA+a?B+a2k)/3=?A/3?A2=(fA+a2?B+afC)/3=A/3?0=(fA+?B+，C)/3=?A/3根據(jù)上述對稱分量邊界條件，可得復合序網如圖6所示。其參數(shù)，^丘a=Ra—0=^a，綜合正負序阻抗為'，'0=8。Iai=九=罵=QMA2=—7A2^=0△C-a1=ca—,A12=在A

△匚’0=一M因此Mb=」Nc=Rc圖6單電源單回線兩相斷線復合序圖斷線時，由于N側B、C相對地電容通過N側主變形成電容電流，將使M側中性點形成電壓偏移OM,其方向與A相反，則N側電壓:Dan=l'am—Ma=Ra+l'omDbn=d'bm—Mb=Ka+^om^cn=d'cm—Mc=ka+d'om3DoN=LM+D'bN+二'CN=^A+^'OM所以3^ON—3^OM=3Ra配則取決于線路的斷線位置。當M刪臂較多，N為末端變電站時，三角電壓接近0，N側開口三角電壓接近100V，N側發(fā)出接地信號。若斷相前，三相對地電容相等,則B、C配則取決于線路的斷線位置。當M刪臂較多，N為末端變電站時，三角電壓接近0，N側開口三角電壓接近100V，N側發(fā)出接地信號。M側開口兩側電壓向量圖如圖7所示。由于N側A、B、C三相與M側A相電位相等，因此當斷

￡人=線相相繼發(fā)生單相接地時，其電壓很輕易從向量圖中求出。A-INJ圖7單電源單回線BC兩相斷線時兩側電壓向量圖單電源雙回線路斷線由于斷線后，另一回線路保持著正常的電氣聯(lián)系，在復合序網中，兩側的電勢差△即是負荷電流在單回運行時線路上的壓降，而△D?0VaE，則每回線路兩端間的零序電壓為△也0/2＜小氏/2。因線路兩側的零序電壓小于線路兩端間的零序電壓，若單回運行最大負荷時的線路壓降最大為額定電壓的30%,則線路兩側的開口三角電壓小于15V,而接地繼電器的整定動作電壓為15?30V,因此不會發(fā)出接地信號。雙電源線路斷線對于雙回線路，其結果與單電源雙回線路類似，不會發(fā)接地信號。對于單回線路，其計算方法與單電源單回線路類似。單相斷線時：^■OM^'ON^3^/2(約即是是由于正、負序阻抗不相等)兩相斷線時：3^ON—3^OM=3^K單相斷線后，若兩側電源電勢差小于額定電壓的30%，或兩相斷線后，兩側電源電勢差小于額定電壓的15%，均不會發(fā)接地信號。2故障判定綜上所述，在發(fā)接地信號時，不同的故障類型及不同的故障性質，其三相電壓及開口三角電壓具有不同的特點.2.1單相接地金屬性一相接地：一相電壓為零，另兩相電壓上升為線電壓，開口三角電壓即是100V。非金屬性接地：一相電壓低，不為零；另兩相電壓上升，接近線電壓，開口三角電壓小于100V。2.2鐵磁諧振分頻諧振:三相電壓依次輪換升高，且電壓表指針在同范圍內出現(xiàn)低頻擺動，一般不超過2倍相電壓，開口三角電壓一般小于100V?；ㄖC振：一相(兩相)電壓降低，不為零；另兩相(一相)電壓升高，大于線電壓，一般不超過3倍相電壓，開口三角電壓小于100V。高頻諧振：三相電壓同時升高，升高數(shù)值大于線電壓，一般不超過3?3.5倍相電壓。開口三角電壓大于100V。2.3PT斷線開口三角繞組一相或兩相接反：三相電壓正常，開口三角電壓即是66.7V。二次中性線斷線，同時一次系統(tǒng)單相接地：三相電壓不變，開口三角電壓即是100V。一次一相(兩相)斷線：一相(兩相)電壓降低，其他相電壓正常，開口三角電壓即是33.3V。2.4單電源單回線路斷線及相繼接地單相斷線：電源側一相電壓上升，小于3/2倍相電壓；兩相電壓下降，大于0.866倍相電壓；對于末端線路斷線，其變化幅度不大。負荷側一相電壓降低，小于0.5倍相電壓；另兩相電壓降低，大于0.866倍相電壓，對于末端線路斷線，其變化幅度不大。兩側開口三角電壓之和為50V(設斷線前三相對地電容相等)，當為末端線路斷線時，電源側接近0，負荷側接近50V。單相斷線且電源側相繼接地：電源側一相電壓為0，另兩相電壓上升為線電壓，開口三角電壓即是100V。負荷側一相電壓上升為3/2倍相電壓，另兩相上升為線電壓，開口三角電壓即是150V。單相斷線且負荷側相繼接地：電源側一相電壓上升為3/2倍相電壓，另兩相電壓下降為0.866倍相電壓，開口三角電壓即是50V。負荷側一相電壓下降為0，另兩相電壓下降為0.866倍相電壓，開口三角電壓即是0。兩相斷線：電源側一相電壓降低，另兩相電壓上升，對于末端線路斷線，其變化幅度不大。負荷側三相電壓降低，對于末端線路斷線，其變化幅度不大。兩側開口三角電壓之和為100V，當為末端線路斷線時，電源側接近0，負荷側接近100V。（5） 兩相斷線且電源側相繼單相接地：電源側一相電壓為0，另兩相電壓上升為線電壓，開口三角電壓即是100V。負荷側三相電壓上升為線電壓，開口三角電壓即是173V。（6） 兩相斷線且負荷側相繼接地：電源側一相電壓為0，另兩相電壓上升為線電壓，開口三角電壓即是100V。負荷側三相電壓下降為0，開口三角電壓即是0?？偟膩碚f，PT斷線在某一時刻一般只發(fā)生在一個變電站的一段母線。單相接地時，整個小電流接地系統(tǒng)都將發(fā)生相同的電壓變化；線路斷線時，其兩側電壓有較大區(qū)別，線路電流也有明顯變化；而鐵磁諧振，其電壓變化特征特別突出。另外，幾種故障同時發(fā)生也是常見的，以PT斷線與其他類型的故障同時發(fā)生的幾率大。目前，大多數(shù)變電站未裝設接地保