换而言之,仅以接地电阻值作为接地网运行的安全判据。但是对于大型接地网,很难同时满足上述条件,所以不能再以单纯的接地电阻值作为接地网的安全判据。事实上影响变电所能否安全运行的是能否始终保持整个地网为同一电位。我国可以此作借鉴,在充分调查研究的基础上,把地网接地电阻 和网格电压 作为接地网的安全判据。......
2023-06-27
虚幻接地现象与虚实接地判别
【摘要】：研究虚幻接地现象对提高供电可靠性和运行人员的分析水平具有重要的实际意义。所以不完全接地时,接地相对地电压UAd降低但不到零。1)在变电站出口处,对发生单相接地的同一条母线上的各路出线逐一进行测量,显示数最大者,即为有单相接地故障的线路。当两相对地电压升高且较接近时,还应观察各线路供电情况综合判断。
(一) 虚幻接地现象
中性点不接地或经消弧线圈接地的电网属于小电流接地系统,在这种系统中,由于历史的原因,绝大多数的电网实现有选择性的灵敏的接地保护至今尚未很好地解决,所以绝大多数电网是采用交流绝缘监视装置对接地故障进行监测,其接线图如图2-54所示。它的主要功能有:提供准确的线电压供表计和继电保护用;测量电源每相对地电压,反映电网对地绝缘情况。若三相对地电压不对称,中性点对地有位移电压U0时,不对称状况由低压星形绕组所接表计显示,开口三角绕组按变比关系反应位移电压值,使电压继电器KV 动作,发出“接地”信号。KV 的动作整定值,一般在15～30V,对于10kV电网绝缘监视装置的零序变比
式中 N1、N3——装置的一次和三次绕组匝数。两者之比等于电压比。
由于 57.73×15V=0.866kV≈0.9kV
57.73×30V=1.732kV≈1.8kV
因此,当中性点位移电压达0.9～1.8kV时,kV动作发出“接地”信号。
由上分析可见,只要电网三相对地电压不对称而使中性点发生位移,且位移电压达到KV 的动作整定值,装置就会无选择地显示及反应。运行经验表明,除单相接地外,造成中性点发生位移的原因很多,如铁磁谐振、负荷严重不对称等。这种由于非接地原因,导致绝缘监视装置发出“接地”信号的现象,通常称为虚幻接地现象。研究虚幻接地现象对提高供电可靠性和运行人员的分析水平具有重要的实际意义。
图2-54 交流绝缘监视装置原理接线图
KV—电压继电器
(二) 虚实接地现象的判别与处理
1.单相接地
图2-55 中性点位移电压相量图
由图2-55可得
利用地中电流总和为零的关系,可得
中性点位移电压为
图2-56 中性点不接地系统电路图
图2-57 Rn变化时的中性点位移电压轨迹 (以A 相接地为例)
下面分析各相对地电压的特点:
(1)接地相对地电压UAd。由式 (2-32)可知,不接地时,K=0,UAd=Ux;完全接地时,K=1.0,UAd=0;当通过不同的Rn接地,使K 值在0～1.0 之间变化时,UAd在Ux～0 之间变化。所以不完全接地时,接地相对地电压UAd降低但不到零。
图2-58 用接地系数K 表示的电压相量图
对上式求解可得:K=0.349,对应的最小值UBdmin=0.823UX。所以,非接地相对地电压最低可比相电压小17.7%。
上述分析的各相对地电压和K 值的关系示于图2-59中。
式中 L——消弧线圈的电感。由于一般采用过补偿方式,所以3ωC＜
。这样,按上述思路可以导出下述规律:
单相不完全接地时,以正序 (A→B→C→A)为准,对地电压最高相的上一相为接地相。
图2-59 各相对地电压和K 值的关系 (以A 相接地为例)
表2-3 列出了判断接地故障相的主要方法。
例如,某中性点不接地的10kV电网,单相接地时3只相电压表的指示为A相5.58kV,B相4.83kV,C相7.23kV。此时,对地电压最高相为C相,所以可以判断接地故障相为下一相,即A相。
判断接地故障相的辅助方法如表2-4所示。
以上两种方法同时采用,可更准确迅速地判断出故障相。
近些年来,有的单位采用原电力部电力科学研究院研制的EFD—91B接地故障探测仪寻找高压架空配电线路的单相接地故障收到良好效果。该探测仪的工作原理是:当中性点不接地系统中发生单相接地故障时,在接地点会流过全系统非故障相的对地电容电流,它含有许多高次谐波分量,所产生的磁场可被该仪器接收,并显示出一定的量值。通过沿线分段检测查找,跟踪接地电流的通路,即可快速准确地找到故障地点。使用该仪器可不再采用逐路拉闸停电来判定哪条线路发生单相接地和沿着每一分支线路去盲目查找故障的传统方式。
表2-4 判断接地故障相的辅助方法
注 Umax、Umod、Umin分别表示指示值最大、中间和最小的电压表指示值。
该仪器的使用方法是:手持仪器站在6～35kV高压架空配电线的下方,使仪器与线路走向基本保持垂直,选定一个测量频率 (两种频率即250Hz和550Hz)和量程 (三个量程即2、20、200),而后从该仪器上方读取显示数值。
1)在变电站出口处,对发生单相接地的同一条母线上的各路出线逐一进行测量,显示数最大者,即为有单相接地故障的线路。
2)沿着故障线路向前查找,到每一分支点处再对每一分支逐个进行测量,显示数最大的即为有故障的分支。
3)沿故障分支逐杆测量,若显示数突然减少,则故障点就在附近。
另外,该仪器还有一个“验电”按键,首先应拉出天线,站到高压架空线路下方,将仪器的天线指向架空线,根据液晶显示读数的大小,即可判断出该线路是否带电。
除上述外,有的单位还研制、推广使用MLX型自动选测接地线路装置,也取得良好效果。
2.断线
断线主要是指导线断落、熔断器一相或两相熔断等。它有单相断线和两相断线两种情况:
(1)线路单相断线。若某线路A 相断线但不接地时,则A 相对地电容减小,设非断线相对地电容相等,即CB=CC=C0
图2-60 单相断线电压相量图
应当指出,由于测量上的误差,当两相对地电压降低且接近相等时,还应观察各线路的供电情况综合判别。
(2)线路两相断线。当B、C 两相在同一地点断线时,令
图2-61 两相断线电压相量图
由此可以得出:断线相对地电压升高且两相相等,变化范围是Ux～
Ux;非断线相对地电压降低,变化范围是Ux～0。
由上述对单相接地的分析可知,当K＞0.655时,对地电压也是两相升高,一相降低,但除了完全接地之外,两升高相的电压不会相等,这就可和两相断线相区别。当两相对地电压升高且较接近时,还应观察各线路供电情况综合判断。
应该指出,线路单相或两相断线时,如果断线相对地电容减小不多,反应到电压互感器开口三角上电压达不到继电器的动作值时,不会发信号,但三相对地电压仍有差别。
3.铁磁谐振
由本节三可知,忽略对地电导,网络各相对地的导纳为
4.电压互感器高压熔丝熔断
带绝缘监视电压互感器的网络在正常运行时,设三相对地电容和互感器三相电感分别相等,则
,若因雷击、铁磁谐振及短路都可能使电0压互感器高压熔丝熔断。装置也会发出“接地”信号。若A 相高压熔丝熔断,显然,电压互感器一次端子上只有两相电压。无疑,熔丝完好的两相及其相间电压是正常的。然而,断熔丝相电压表的指示也不为零,只是比正常值小得多。如电网的对地电容较大,其电压变化相量图,如图2-62所示。
图2-62 电压互感器高压侧熔丝A 相熔断后的电压相量图
此时
致使kV动作,发出“虚幻接地”信号。若电压互感器高压熔丝熔断两相时,非熔断相电压表指示不变,熔断的两相相电压很小或接近于零,在开口三角上的电压也可能使kV动作发出“虚幻接地”信号。利用非熔断相对地电压不变的特点就可以和上述其他故障区别。关于这个问题的分析见本节六。
5.耦合电容传递零序电压
图2-63 (a)为10kV发电机和35kV升压变压器的系统接线图,高压侧的相电压用Ux表示。系统中性点不接地或经消弧线圈L1接地,C12为变压器的三相高压绕组对三相低压绕组间的耦合电容,C0为发电机侧的每相对地电容。
图2-63 发电机—变压器组接线图
(a)实际接线;(b)等值电路
在正常运行情况下,高压侧中性点O1的位移电压很小,对外界无感应,一般可不计。但是,如果消弧线圈L1调节不当或者由于线路中发生断线、单相接线等故障,就将出现较高的位移电压U0,并通过耦合电容C12传递至低压侧,使低压侧出现零序位移电压。由于它是由电容传递的,所以通常称为耦合电容传递零序电压。其值可用图2-63(b)所示的等值电路计算。当零序位移电压大于kV动作整定值时,低压侧电压互感器就会发出“虚幻接地”信号。
上述位移电压除通过变压器绕组间的电容传递外,也可能通过平行线路间的电容传递。严重时还可能产生传递过电压。
防止对策主要是避免高压侧断路器的不对称开断或较长时间的三相不同期,避免在高压侧采用熔断器。
6.电网三相对地电容不对称
由上所述,当电网三相电源电压平衡,而绝缘又未被破坏的情况下,由于CA、CB、CC不相等也可产生零序电压,而在三相对地电容不平衡到某一程度时,就会引起接地保护动作。即出现“虚幻接地”现象。
常见的情况有:
(1)架空导线不对称排列所造成。
【例4】 某变电所仅向母线送电,而未向配电线路送电时,出现“虚幻接地”现象。某变电所母线各相对地电容为CA=0.0039μF CB=0.0015μF CC=0.0039μF
当只投入母线运行之后,三相五柱TV 的开口三角处U =47.1V,足以使KV 动作。当再投运15km 的配电线路后,由于6kV水平架设的配电线路,各相对地电容约为0.0048μF/km,足以使原来很不对称的CA、CB、CC和各相电压趋于平衡,而使U =3.46V,KV 不动作。
【例5】 在三相配电网中,单相线路占相当长度,从而使CA、CB、CC数值相差很大而产生中性点位移。
某变电所把高压单相路灯线接入配电网,三相三线长度约为10km,单相两线长度约为23km,CA和CB(接单相线)电容为0.33μF,CC(不接单相线)为0.1μF,中性点位移电压U0为1835V,三相电压UAO=5200V;UBO=6000V;UCO=8000V。开口三角端输出电压U =55V,发出“虚幻接地”信号。后来在不接单相线的C 相上接了适当的电容器,使CA、CB、CC趋于平衡,从而解决了“虚幻接地”现象。
还有,某变电所配电线,有单相高压分支配电线路,由于接两相,导致三相电压不平衡,产生“虚幻接地”现象。后来把分支配电线较平衡地接在A、B、C三相,消除了上述现象。
(2)使用RW 型跌落开关控制长线路时,由于开关的不同时性,造成三相对地电容短时间内极度不平衡,导致装置短时出现虚幻接地信号,这一情况与断线类似。
(3)变电所空载充电,由于10kV母线对地电容不对称,致使装置发出“虚幻接地”信号。如图2-64所示,现场实测过该10kV变电所母线的三相对地电容值分别为CAO=0.00507μF;CBO=0.00195μF;CCO=0.00507μF,忽略漏导,代入式(2-27)得
图2-64 某10kV变电所空载线充电接线图
若KV 动作整定值为25V,则应动作,该变电所实际充电试验时,UB偏高,大约为1.5kV,UA、UC偏低,大约为1kV,U =26V,故KV 动作,发出“虚幻接地”信号。
(4)在中性点经消弧线圈接地的电网中,由于线路换位不好或线路某一相绝缘下降,引起中性点位移,导致KV 动作发出“虚幻接地”信号。
7.雷电感应过电压
由于中性点不接地电网中的雷电感应过电压三相基本相同,将使电压互感器开口三角绕组出现含有低频分量的电压或过电压,使KV 动作,发出暂短的“虚幻接地”信号。
表2-5列出了各种主要故障的特点,供比较时参考。
表2-5 各种故障的特点比较
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