6kV配电网中单相接地故障分析

司永杰

【摘  要】配电网中单相接地故障将会直接影响油田正常生产，需要结合故障原因采取有针对性的预防措施。本文对6kV配电网单相接地故障原因进行分析，并提出多种单相接地故障检测方法，最后对单相接地故障预防措施进行了探讨。

【关键词】6kV配电网;单相接地故障;选线;定位

当前，油田以6kV配电线路组建起供电网络，电压等级不高而且配电线路距离较短，对地电容值很小，多采用中性点不接地或通过消弧线圈实现接地的小电流接地系统。配电系统出现单相接地故障时，线电压幅值与相位还保持对称状态，而绝缘保护根据电压等级进行设计，可以在2小时内持续运行而不断开接地故障电力设备，保证了供电安全性和可靠性。如果其它两相对地电压值提升高，尤其是出现间歇性电弧接地现象，会出现间歇性弧光过电压，接地故障相对地电压会提高到相电压数倍，会对电力系统产生很大的威胁。

1 6kV配电网单相接地故障原因分析

1.1绝缘性能下降

油田电网运行环境恶劣，油气开采多在盐碱滩、荒漠等区域，夏季如果降雨量较大，或者位于江湖滩地，空气湿度比较大，配电网电力设备持续运行在该环境下，会使得电力设备绝缘性能下降。如果存在电力设备过载运行或电力系统过电压，绝缘薄弱的部位就会被击穿而引发电气故障。

1.2粉尘污染

油田配电网运行环境较差，春秋期间会存在扬尘天气，粉尘污染会使架空线路产生污闪现象，严重情况下会出现单相接地问题，还存在着两相接地短路故障，会给配电网安全运行带来很大的影响。

1.3电缆老化

输电电缆老化主要是由于接头部位受潮、持续过负荷运行、环境腐蚀、外力损坏等原因引起的。外力损坏导致电缆老化故障概率约为50%，是导致电缆老化的主要原因。电缆接头进入到水气而受潮，也是导致电缆老化的重要原因，接头部位是输电线路最为薄弱的环节，接头密封条件不好会使环境中的水汽进入到内部，电缆长时间运行会产生水树技现头，接头部位运行温度会变高合得主绝缘破坏而出现接地故障。随着很多架空线路被电缆敷设所取代，电缆对地电容会高达架空线路的20-30倍，存在着很大的容性电流，一些母线部位会达到50安右，如果产生单相接地故障，在接地故障点会出现间歇性电弧，会对配电网络安全运行产生很大的影响。

2 6kV配电网单相接地故障检测方法

2.1稳态分量选线法

2.1.1 外加信号法

在6kV配电网络正常供电情况下，三相电压相位对称分布，零序电压值为零，二次侧的电压互感器监测到的每相对中性线电压值为57.7V，而零序电压为0V。如果配电网出现单相接地故障，该相的对地电压值就会减小到零，其它两相对地电压值就会提升到原来电压值倍，二次侧电压出会提高相同的倍数，零序电压值会提升为相电压幅值。该相电压互感器的一次绕组侧就会被短接，但二次绕组不会存在感应电压，使得该相的电压互感器处于不工作状态下，结合电压互感器的特点，对配电线路注入一定频率的交流电，采用信号采集装置来识别馈线信号，对单相接地故障线路进行准确定位。不会对运行条件下的电力设备产生影响。但该故障诊断技术受到电压互感器容易限制，注入的信号强度较小，特别在接地电阻值较大或有间歇性电弧，无法起到很好的检测效果。

按照出现单相接地故障后的位移电压幅度的差异，对故障相的电压互感器副侧注入频率为70赫兹的交流信号，再对每个出线中注入信号形成的零序电流功率角、阻尼率等的改变，从而对比出每个出线阻尼率来做为故障选线的根据。也可以根据出现单相接地故障消弧线圈失谐而使故障部位作为残余电流变大，比较消弧线圈换档过程中零序电流改变量，从而完成单相接地故障选线和定位，该故障判断办法有着较高的灵敏度，但需要安装专业的诊断设备。是一种信号强注入法。

2.1.2故障信号法

出现单相接地故障时，零序电流会在数值上为非故障电力设备对地电容电流的累加值，对比每个相线零序电流幅值可以选择出故障线，这就是工频零序电流比幅法。如果电力系统中某条配电线路距离较大，就会存在误判问题，如果为消弧线圈接地系统，故障选线能力就会减弱。除此之外，该故障检测方法还会受到电流互感器不平衡、过渡电阻、输电线路距离等因素的影响，检测的灵敏度就会降低。

故障相的电流还有着较多的谐波信号，以五次谐波分量最多。而消弧线圈以基波作为依据来进行整定，无法对五次谐波进行很好地补偿。出现单相接地故障后，五次谐波零序电流会超出正常相数值，与运行方向相反，该故障检测方法不会受到消弧线圈施加的影响，故障电流存在的五次谐波含量不高，所以，谐波分量法的检测灵敏度也较低。

采用负序电流法，在出现单相接地故障情况下，负序电源并不具备较高的阻抗，很多负序电流会经过故障位置点，再通过故障相线路进入到电源中。而没有产生单相故障线路的负序电流较小，采用负序分布特性可以作为单相接地保护的设计依据。抗过渡电阻有着较好的抗弧光接地性能，由于电力系统在正常运行情况下也会产生较大负序电流，可获取到负序电流有着较大的难度。

2.2暂态信号法

2.2.1首半波法

如果单相接地故障出现在电压幅值最高值时刻，故障相对地电容则会放电，正常相电容进入到充电状态，根据该特点可应用首半波原理。在电流幅值最大时，电流会由于输电线路分布电容而产生的影响，存在着高频率衰减振荡现象，结合消弧线圈补偿电感相关理论，在单相接地时刻消弧线圈为开路状态，小电流接地配电网内的电流特点没有太大的差异。该故障检测方法主要用于电压峰值接地情况，在电压零点接地时首半波电流暂态分量较小，存在着误判的可能性，故障检测可靠性不高。

2.2.2参数识别法

6kV配电网零序网络在特定的频率条件下，如果出现单相接地故障，故障下侧终端识别出的电容为正态，上游侧终端识别出的电容为负，可以作为单相故障接地选线及定位的判断依据。该故障检测方法不受制于电弧间歇程度、中性点接地方式、故障时刻影响等因素的影响，有着较高的可靠性。

3 单相接地故障预防措施

为降低单相接地故障发生概率，保证油田企业正常生产，可采取如下预防措施：粉尘污染情况严重的供电区域，可以把配电线路检修周期缩短为半年，在绝缘子等部位刷涂污防污闪材料，或采用防污等级更高的绝缘子，在野外条件下敷设的电缆应该采取双外护套，避免绝缘材料受潮而降低绝緣电阻，还应该加强电缆接头部位的绝缘保护。为了更早地发现电缆老化现象，需要在电缆端安装绝缘监测和报警装置，可在电缆供电条件下对绝缘电阻进行检测，可以别别出电缆绝缘改变趋势，防止单相故障范围变大，给油田企业带来经济损失。

4结束语

综上所述，单相接地故障发生概率较大，如果不及时处理会给6kV配电网造成严重影响，引起单相接地故障的原因比较多，需要了解单相接地故障的原因，采取适用的故障检测手段，并采取故障预防措施，保证油田供电安全。

参考文献：

[1]王瑞云.煤炭企业6 kV配网线路故障的自动定位研究探讨[J].矿业装备，2019（02）：150-152.

[2]王骥文.矿山6kV线路保护的配置及方法[J].煤矿现代化，2018（03）：97-100.

（作者单位：中油电能供电公司配电运维部）