发电厂电力系统接地故障的判断与措施探讨

发电厂电力系统接地故障的判断与措施探讨

程逍鹏

新疆华电五彩湾北一发电有限公司 新疆维吾尔自治区昌吉州 831700

摘要：电缆因其运行可靠性高，敷设占地少，分布电容较大可改善电网功率因素等优点，目前已在全国大面积使用。因地下敷设，当电缆发生故障时，故障点查找难度大、时间长。文章介绍了接地故障的成因，并结合实际案例，重点研究如何快速定位故障点。

关键词：故障查找；接地故障；定位

1、接地故障环路阻抗

接地故障是带电导体与大地之间意外出现导电通路，它区别于相线与相线或相线与中性线之间在正常带电导体之间的短路，接地故障电流会流经如PE线、金属配电箱外壳等与大地相连的非正常工作导体。接地故障危害主要为人身电击和电气火灾，因故障电流较小不易被察觉且发生的几率远大于一般短路，故其危害更甚，因此有了区别于其他短路的专用称谓。环路阻抗是电流环路中包含电流源阻抗在内的所有阻抗和，即从测量点到电流源另一端子的相导体（例如保护导体、接地电极和大地）的阻抗。接地故障环路阻抗是以接地故障点为起点及终点的接地故障电流环路（相至地的环路）的阻抗。电气装置最常见的保护措施是自动切断电源保护，自动切断电源保护电器其特性应与装置的接地形式及有关电路的相应阻抗互相配合，当发生接地故障期间，该装置任何一处外露可导电部分的电压，以及存在可同时接触到的外露可导电部分与装置外可导电部分之间的电压、强度和持续时间皆不致引起危险。当低压配电系统采用TN或TT接地系统时，必须验证人身故障防护的有效性，需要知道保护电器的动作电流相对于自动切断电源时间或相应的故障回路允许的最大阻抗。在施工当中，因线路接头接触电阻变大或线路绝缘损坏、PE线和N线错接等各种不确定因素，导致接地故障环路阻抗变大、故障电流变小，使保护电器拒动或没有按规定的时间内动作，从而使接地保护失效。因此当过电流保护电器兼作接地故障防护时，电气设计人员应计算并提供接地故障环路阻抗值，以便现场施工人员在低压成套配电柜和配电箱（盘）内末端用电回路测量接地故障环路阻抗，校验保护器实际可靠性。

2、电厂系统接地故障快速定位方法

2.1拉路法

拉路法是发电厂系统接地故障中最为常见的一种快速定位法。它是指在短时间内对系统中的馈线低压断路器进行拉扯，之后再确定接地故障的具体支路。在采用拉路法检测接地故障时应事先告知电网调度及运维管理部门，以免影响发电厂正常运营进度。另外，在应用拉路法时还应按照“先外后内”的原则进行故障检测，并先行对信号回路进行检测，然后再针对操作回路加以检测，并确保断开时间≤3s。若在使用拉路法期间仍未发现支路存在接地故障，应根据系统结构逐段进行分离检测，最终确保系统接地故障得到有效排查，为发电厂的发展提供安全保障。

2.2自动隔离法

在对发电厂系统接地故障进行定位时还可利用自动隔离法，它是在发电厂系统具备多个电源结构的基础上对馈线支路进行切开式检测，并将系统中的馈线电压转化为正常电压值，通过观察接地电压转移情况找到故障点。在应用自动隔离法快速定位接地故障时，并不需要断开馈线支路电源，故而值得在发电厂系统接地故障检测中进行积极推广。

2.3动态差值法

动态差值法对于发电厂系统接地故障有着较为显著的故障检测效果，以220V系统、100kΩ电阻为例从相关实验数据中可知。利用动态差值法进行接地故障快速定位，所得出的母线绝缘电阻检测数值准确性更高。在动态差值法下需对母线的绝缘电阻与支路绝缘电阻进行测量，判断支路电流与母线接地电压数值变化情况，并依据电路定律公式:E=U－Ir，最终可获取漏电流检测数据，由此为系统接地故障快速定位工作提供重要参考依据。

2.4小波相对熵法

通过建立仿真试验模型能实现接地故障的快速定位，如图2所示。比如在某发电厂中，系统的电源为108节2V蓄电池串联连接，从所设置的仿真模型中可按照下列方法进行接地故障定位:其一，为了确保系统仿真模型处于稳定状态，应将接地故障的时间控制在0.4s，并把过渡电阻数值调整到10kΩ;其二，在进行数据采样时，应保证采样频率在1600Hz，之后再收集支路漏电流变化趋势;其三，依据仿真模型相关数据及检测结果确定支路漏电流特征。当系统检测后推断出绝缘性能良好，可利用相对熵最大值找到接地故障点。若绝缘性能不佳，通过熵值比对可得出具体接地故障信息。

3、电厂系统接地故障防范措施

3.1规范故障检测流程

在防范发电厂系统接地故障时还应制定完善的故障检测流程，从而确保系统保持良好的运行状态。具体内容如下:(1)在对接地故障进行检测时应先行排查二次接线或设备绝缘性等方面的影响。由于某些发电厂在以往建设期间未能意识到现场管理的重要性，进而出现肆意丢弃电缆现象。当电缆置于地面上时很容易引发接地故障。此时相关人员应检查电缆是否存在破损等状况，然后再对系统中各元件性能加以检测，若发现漏电状况，应立即进行修复，这样可最大化降低接地故障的发生率。(2)在了解过室内接线情况外，若并未找到接地故障原因，应将重心放于系统元件上。比如检查是否受潮或绝缘材料绝缘性能偏低等，这些都可造成接地故障的发生。(3)重点检测回路，当发电厂绝缘性有所降低时，直流系统未必发生接地故障。此时应从回路上对其进行分析，从而保证接地故障能在规范化的检测流程下快速确定故障原因及位置。

3.2控制两级接地现象

在发电厂直流系统接地故障中一点接地故障较为常见，但若未能及时进行有效处理很容易发生两级接地现象，进而增加发电厂直流系统的运行风险，甚至造成短路，引起设备损坏等不良后果。通常情况下，发电厂直流系统常采用的线路连接方式为“不接地”模式，当发生一点接地故障时，相关人员应立即针对直流系统相关装置误操作等行为进行深入调查，并在不影响直流系统供电效果的情况下快速检测出接地点，并判断是否存在接地故障，之后再马上根据以下计算公式得出系统接地电流，由此有针对性的制定接地故障处理方案，避免发生两级接地现象致使事态严重危及供电质量。

3.3知晓故障处理事项

在发电厂直流系统接地故障防范过程中，应明确知晓故障处理时主要事项，进而在最短时间内完成排查与故障解决任务。首先，相关人员应全面了解直流系统接地故障三种类型的特征，并结合实际检测情况对其展开科学检测。比如发生一点接地故障，电力装置会有误动或制动行为。此时应按照一点接地故障的排查方法加以防控，以免事态严重造成系统崩溃。其次，在应用快速定位法时具有一定的顺序，故而应对直流系统进行精细化管理，以便在处理接地故障能快速找到故障点。最后，通过计算直流负荷找到最佳处理方法。比如在某起故障事件中，发电厂直流系统的正负电源电压分别为+30V与－180V，运用断开3s空气开关的方式检测接地信号是否有所变化，之后又延长断开时间，后期发现当空气开关断开20s时，正电源幅值为105V，并借助500V万能表进行测量，得出此时电阻值为0，最终得出故障原因是插头钢板处留有积水，导致直流系统无法正常发挥绝缘效用，直到故障排除后具有100MΩ，这才促使直流系统重新恢复原有运行状态。

结语

随着我国电力电缆技术飞速发展，电缆故障查找方法将会越来越简单，电缆接地故障查找终将不再是难点。

参考文献

[1]刘宝稳,曾祥君,张慧芬,马宏忠.注入电流馈线分布特征及其在接地故障检测中的应用[J/OL].电网技术:2410.TM.20201110.1844.007.html.

[2]郝博可,赵洪峰,燕飞霏,赵慧,赵江泽.特高压交流系统横向接地故障对直流系统谐波的影响研究[J/OL].新疆大学学报(自然科学版):1-7[2020-11-22].http://doi-org-s.lzu.naihes.cn/10.13568/j.cnki.651094.651316.2019.11.15.0002.