小电流接地系统发生单相接地对变电设备的影响

摘 要：小电流接地系统发生电网单相接地时会基于接地选线装置对现场变电设备所产生数据进行分析，诊断提出可能存在的瞬间接地故障与永久性接地故障。本文简要分析了小电流接地系统在发生单相短时接地故障时对架空线路各变电设备所产生的影响，并引入接地重合闸技术，希望快速消除变电设备故障，提高电力系统的供电稳定性。

关键词：小电流接地系统；单相接地；短时接地故障；接地重合闸技术

在我国，绝大部分地区配电网都采用的是小电流接地系统，但由其系统所引发的配电网单相接地故障概率相当之高。该故障一旦发生，由于配电网内变电设备没有构成短路回路，故障电流就会变小，系统依然能够保持三相任对称状态而带故障运行一段时间。不过如果长时间带单相接地故障运行就很容易出现变电设备及系统的过电压严重故障，直接促使故障扩大（例如短路故障），影响变电设备安全。

1 小电流接地系统发生单相接地故障的基本特征及对变电设备的影响分析

小电流接地系统在发生单相接地故障时一般呈现两种特征状态，稳态特征状态与暂态特征状态，本文主要分析后者。单相接地故障的暂态特征就是指小电流接地系统在接地故障发生瞬间，其故障的暂态量大幅度超过稳态量，此时变电设备的故障电容电流可以被视为是多电流之和，如图1。

如图1，其中“→”符号就表示变电设备故障相变压突然下降而引发设备瞬间放电电容电流，其所放出电流会体现出较高的震荡频率（最高可达上千赫兹），而且它的衰减速度也会非常之快。此时，放电电容电流的主要震荡频率与衰减速度应该取决于小电流接地系统中变电设备的实际阻抗参数，也包括变电设备的接地电阻与故障点具体位置。另一方面，变电设备在非故障相变压瞬间上升过程中会引发大量充电电容电流，这些电流会经过电源形成回路，并使得回路存在较大电感。所以在这种状况下，变电设备的电流震荡频率会表现为较低水平，它的衰减速度也会随之减慢。架空电路变电设备电感偏大但电容较小，整个线路呈现感性状态，能够满足电阻R<2这一条件，它的单相接地故障点故障电流也满足迅速衰减特征，可以被视为是短时接地故障。如果此时的振荡频率在300～1500Hz范围内，按照电力线路的基本性质，电缆线路的电感会偏小而电容会偏大，线路呈现容性状态，这与架空电路变电设备恰好相反。所以电力线路此时拥有更短的暂态过程，但振荡频率偏高，能够达到1500～3000Hz范围。了解小电流接地系统在发生单相接地时的短时接地故障，是为了明确其对架空电路变电设备的具体影响，为随后引入接地重合闸技术，消除变电设备故障做好前期铺垫[1]。

2 接地重合闸技术引入小电流接地系统的实践意义分析

由上文介绍也可以见得，小电流接地系统在单相接地短时接地故障发生时，对电力系统变电设备的影响是很大的，因此应该考虑引入接地重合闸技术来快速消除故障，稳定小电流接地系统及变电设备运行状态。

2.1 接地重合闸技术

接地重合闸技术所主要应对的就是架空线路变电设备的单相短时接地故障，这些故障多由雷电引起。采用该技术能够提升架空线路变电设备的整体安全性，降低停电损失，对自动恢复整个小电流接地系统，确保其始终保持安全稳定运行状态也有极大帮助。考虑到小电流接地系统的变压器等级范围（3kV～66kV），接地重合闸不会经过系统中的这些电压等级线路。以10kV等级电网为例，它的小电流接地系统电力出现均以配电出线为主，所以一旦发生单相短时接地故障，变压器接地故障电流不会很大，接地重合闸也不会对系统产生较大冲击。根据过往实践检测的数据显示，如果变压器及架空线路没有出现绝缘破坏，那它们的短时接地绝缘恢复能力会比预计效果更好。因此如果发生单相短时接地故障，应该先考虑跳开线路，熄灭电弧，稍等片刻架空线路的故障点绝缘能力就会有所恢复。在这里，接地重合闸技术能够有效排除小电流接地系统中所存在的单相电弧接地故障。

2.2 技术引入实践意义

现在我国许多地区都会为小电流接地系统引入这种接地重合闸技术，其目的就是为了给予电力系统及变电设备在单相短时接地故障时一定的技术支持，快速解决故障问题。具体来讲，它的实践意义及优势体现在以下两点。首先，接地重合闸技术能有效提高电网运行及变电设备运行可靠性，如果小电流接地系统的单相接地电弧能持续较长时间，它就很容易引发弧光过电压及线路绝缘破坏现象，严重时还可能发展成为单向永久性接地故障，引发架空线路及变电设备的大型事故。在这里，接地重合闸技术所能实现的作用就是有效缩短电弧持续时间，确保变电设备稳定运行，提高供配电系统的安全可靠性。再一方面，接地重合闸技术也非常适用于消弧线圈接地系统，因为消弧线圈的普遍整定补偿位置为15%过补偿处，此时如果小电流接地系统偏大，当他发生单相短时接地故障时，接地残余电流也会很大，这就间接增加了接地电弧的熄灭难度。为此，采用接地重合闸技术能够很好应付接地残余电流，保证变电设备断开线路时处于零电流与零电压状态，如此就能快速恢复故障点绝缘强度，彻底熄灭接地电弧[2]。

3 小电流接地系统发生单相短时接地故障的解决方案

在小电流接地系统的常规运行过程中，为了避免单相短时接地故障，可以考虑基于接地重合闸技术来设计故障解决方案，保证变电设备及架空线路安全。具体来讲，要首先选定一个时间定值，该时间定值主要根据实际电网状况而灵活选取，保证单相短时接地故障维持时间始终大于接地重合闸启动时间。当故障发生过程中，主要依据小电流接地选线装置来明确选线结果，如果故障发生时间大于时间定值，则接地重合闸装置就会向接地故障线路发送跳闸信号以起到故障报警作用。如果跳闸回路接收到跳闸信号，该信号就会马上作用于故障线路跳闸，经过约1s时间延迟后自动启动接地重合闸回路。在1s延迟时间内，小电流接地系统也会对变电设备进行监测，而接地重合闸也会对所有故障短路跳闸，此时就表示故障问题已被解决，可判断消弧成功。如果接地重合闸判斷不成功，则证明该线路依然存在故障，这很可能是由于变电设备出现了永久性故障，应该选择另行处理。另外，考虑到接地重合闸技术一般作用于单相短时接地故障的短路故障方面，所以在接地重合闸技术实施过程中，应该只针对短时接地故障大于定值时间状态下才启动接地重合闸，这也是为了保证接地重合闸与架空线路及变电设备的速断保护不会产生冲突[3]。

4 总结

本文主要介绍了小电流接地系统在发生单相短时接地故障时对架空线路，尤其是对变电设备的实际影响。同时引入了接地重合闸技术，明确了其技术引入实践意义，并围绕该技术设计单相短时接地故障解决方案，证明了它对于解决短时接地故障、彻底熄灭接地电弧方面的技术优势性，它应该成为未来小电流接地系统运行改善、安全性提升变电设备有效保护的有力措施。

参考文献

[1]吴昌设，朱金凤，陆千毅等.试析小电流接地系统单相接地故障选线研究[J].卷宗，2016（5）：566-566，567.

[2]陈博博，屈卫锋，杨宏宇等.小电流接地系统单相接地综合电弧模型与选线方法的研究[J].电力系统保护与控制，2016，44（16）：1-7.

[3]聂凤歧.电力线路过电流保护及自动重合闸技术[J].电子世界，2014（12）：34-34.

作者简介：刘国宇（1988，10-），男，汉族，毕业于哈尔滨理工大学，大学本科双学士，助理工程师。