电缆接地故障保护动作分析

张成林

摘要：经济的发展，社会的进步推动了我国科学技术的不断完善和创新，也带动了我国电力建设规模的不断扩大，在配电网现场接地故障中，接地发生的比例可达 10% 左右，可以说，接地故障严重影响着电厂正常的运行。在发电厂里，直流系统和6kV厂用电系统分别属于不接地系统和小接地电流系统，当这些系统的电缆出现接地故障时，均需要及时地找到接地点并消除接地现象，恢复电缆对地绝缘，以保证直流和厂用电系统的安全运行。由于电厂里各种电缆密集，电缆的敷设环境复杂，如果发生接地故障的电缆比较长，那么接地点的查找将是一个非常困难的工作。一般需要用电缆接地故障查找仪对接地点进行测距，再根据测距位置进行查找。若无电缆故障查找仪，就只能分段沿线路查找，查找起来非常困难。本文主要对电缆接地故障保护动作进行分析，详情如下。

关键词：电缆;接地故障;保护动作

引言

接地故障处理是一个系统工程，需要变电站内和站外协调配合，其中变电站内消弧线圈系统、零序电压互感器系统、电流互感器系统、自动化装置等的协调配合最为关键。

1电容电流估算法

随着配电网规模日益增大和电缆化率不断提高，容性电流也相应增大，及时准确地掌握容性电流水平，对于确定消弧线圈容量具有重要意义。但是，实际当中对容性电流疏于及时准确测量的现象却比较普遍，一些容性电流较大的变电站虽然配置了消弧线圈但是容量不足;更有一些变电站甚至容性电流高达上百安培却没有配置消弧线圈;还有一些变电站仅根据常规运行方式配置消弧线圈的容量，但是在最大运行方式下存在消弧线圈容量不足的问题。虽然估算出的容性电流没有实测得到的结果准确，但是却可以快速掌握容性电流的大致范围，对于分析问题非常有用，并且可以对未来配电网扩展后的容性电流进行预估。配电网的容性电流的大小主要取决于线路的类型和长度，单位长度电缆线路的容性电流一般是架空线路的10倍以上，单位长度电缆和架空线路的容性电流又与其型号、规格和敷设方式有关。

2中性点接地方式的选择

中性点的接地有中性点有效接地系统和中性点非有效接地系统两大类（也称中性点直接接地和中性点非直接接地）。也有根据单相接地电流或同点两相接地时入地电流的大小来区分中性点接地系统，把大于500A的称为大接地短路电流系统，500A及以下的称为小接地短路电流系统。一般情况下，中性点直接接地系统属于大接地短路电流系统，非直接接地电网属于小接地短路电流系统。

2.1中性点直接接地

中性点直接接地或经一低值阻抗接地的系统，称为有效接地系统。采用中性点经低值电阻接地，也是有效接地系统。有效接地系统的优点是系统的过电压水平和绝缘水平较低。系统的动态电压升高不超过系统额定电压的80%，高压电网中采用这种接地方式降低设备和线路造价，经济效益显著。缺点是发生单相接地故障时单相接地电流很大，为了防止损坏设备，必须迅速切除接地相甚至三相，降低了供电连续性，因而供电可靠性差。此外单线接地电流有时会超过三相短路电流，影响断路器遮断能力的选择，并有对通信线路产生干扰的危险。

2.2中性点经电阻接地

（1）中性点经高电阻接地。高电阻接地方式以限制单相接地故障电流为目的，电阻阻值一般在数百～数千欧姆。采用高电阻接地的系统可以消除大部分谐振过电压、对单相间歇弧光接地过电压具有一定的限制作用，同时可提供足够的电流和零序电压，使接地保护可靠动作，单相接地故障电流小于10A，系统可在接地故障条件下持续运行不中断供电。缺点是系统绝缘水平要求较高。一般用于大型发电机中性点。（2）中性点经低电阻接地。6～35kV主要有电缆线路构成的送、配电网络，单相接地故障电容电流较大时，可采用低电阻接地方式，单相接地故障电流100～100A。低电阻接地的优点是快速切除故障，过电压水平低（参考中性点直接接地系统），可采用绝缘水平较低的电缆和设备。但应考虑供电可靠性要求、故障时瞬态电压、瞬态电流对电气设备的影响，对通信的影响和继电保护技术要求。

3基于稳态信息融合的小电流接地系统故障选线方法

在中性点不接地系统中，故障线路中故障点流经电流为全系统非故障线路上的元件对地电容电流之和，因此会造成故障线路处的无功功率和正常运行线路的无功功率幅值差异较大。中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时，故障绝大多数发生在相电压接近于最大值附近，电容电流较电感电流大，流经消弧线圈接地的高频暂态电流很小，在故障线路上检测到的无功功率主要是正常线路等效电容吸收的无功功率之和。单一分量判据的选线受到不可避免的偶然性和特定运行方式的影响，由此，可以形成穩态零序电流和无功功率融合的选线判据。

4中压配电网接地故障快速安全处置技术

4.1中性点经电压源柔性接地方式

配电网中性点经可控电压源柔性接地方式由接地变压器、单相电压源、单相注入变压器、柔性接地控制器等组成。单相电压源分2种类型，一种为有源逆变型，由电力电子电压源产生故障相的反相电压，经注入变压器升压后注入中性点;另一种为相电源电势反馈型，由接地变压器二次侧产生故障相的反相电压，经注入变压器或直接注入中性点。柔性接地控制器通过检测母线三相电压和零序电压，实时测量配电网对地电容、泄漏电阻、脱谐度和介损等对地绝缘参数，灵敏检测接地故障.

4.2故障相主动降压消弧技术

配电网线路发生接地故障时，电缆及绝缘导线存在击穿电压。当故障相电压小于绝缘击穿电压时，绝缘恢复至未击穿状态，接地点电场对介质中带电粒子运动影响减小，故障电阻非线性增大，呈现高阻状态，故障电流减小到零，电弧熄灭。因此，提出故障相主动降压消弧技术，降低故障相电压至绝缘电压以下实现熄弧。

结语

总之，如何预防电缆接地故障是电力行业安全运行的一项难题，我们除了要做好日常的巡检维护工作，更应该加大电力安全设施的投入，并提前编制相应的应急处置方案，保证在发生故障后能准确、快速查找故障点并进行隔离，快速恢复送电，保证正常生产秩序。

参考文献：

[1]曾祥君.非有效接地系统接地故障相主动降压安全运行方法：CN107276082B[P].2020-10-02.

[2]曾祥君.非有效接地系统接地故障相降压消弧的安全运行方法：

CN107276097A[P].2018-10-09.3D03273F-D19F-4091-BE5C-4D5D5528A55B