摘要：在我国电力系统中，小电流接地系统是一种重要的电力系统供电形式。在小电流接地系统中经常会出现单相接地故障。虽然该故障类型在短时间内并不会影响电力系统的正常运行，但我们应该了解该故障的特点以及科学规律。电力系统在该故障下长时间运行会出现接地电流逐渐增大以及两相短路的隐患。因此需要对该故障采用合理的解决措施。本文分析了单相接地故障时的运行状态，并提出对电压谐振的消除方式方法；并提出采用合适的绝缘监察和继电保护方式，来控制故障发生或发展，为电力系统长期的稳定运行提供一定的技术保障。
关键词：电力系统；小电流；单相接地；电压谐振
引言
电力系统中，对于中性点不接地或者经过消弧线圈接地的系统通常称之为小电流接地系统。如果一旦电力系统中的某一相直接接地，因为其中性线并没有直接的接地，所以在环路中并不会产生很大的回路电流，因此定义为小电流接地故障。小电流接地故障通常发生在35kV以下的电力系统之中，该类型的系统如果发生接地故障后，不会影响电力系统的正常运行[1]。我国多数企业都已经采用了小电流的接地模式，为了提高电力系统的安全保障，工作人员需要对小电流接地系统进行全面的了解，针对小电流接地系统，一但发生单相接地故障时如何及时的进行处理，有助于提高电力系统的安全性、稳定性与可靠性。
1小电流接地系统的特点
小电流接地系统中，中性点通常采用不接地或者经过消弧线圈接地的方式，因此每一相与地之间是具有绝缘关系的，具有绝缘关系的相之间存在着一定的分布电容，因此相与相之间、相与地之间可看作存在一定数量的电容。电力系统在正常运行时，理论上三相之间的电压以及相关参数都是对称的，那么三个相的对地电容电流都平衡，其相量之和等于零，相、地之间没有电流。每一相与地之间的电压与相电压是相等的。当系统某一相发生接地故障时，该相与地之间的电压为零，而其他未发生故障的两相对地的电压会升高成为线电压，是原来的根号三倍[2]。此时，一相接地的线路接地电容电流为正常运行时每相对地电容电流的3倍。因此，我们可以这样理解，一相故障接地，该相对地之间的电容电流会消失，而它对地通过的是本系统内所有原来的接地电容电流。因此，单相接地故障相对地通过的电流是原来本相的3倍。虽然发生了单相接地故障，但电流并不会明显的增大，三相用电设备依然可以正常工作，线路的线电压在数值以及相位上都没有产生变化。
2故障运行的状态
上文所说，小电流接地系统发生单相故障时依然可以运行，这是由于电力系统自身的相位并没有改变，系统的运行状态也就不会发生改变。但在这种情况下系统依然不能够长期进行运行，其一，单相接地的故障点会逐渐扩大，产生其他位置的故障；其二，防止出现两相均对地产生短路，出现两相之间短路的情况。第一种情况，故障电流会逐渐增大，当超过一定数值时，会产生断续的电弧现象；第二种情况，故障线路中有可能产生电压串联谐振情况，因为线路中存在电阻、电感以及电容参数，当一相产生的电弧接地时，RLC会产生串联电路，出现电压谐振情况。为了避免产生断续电弧的情况，通常采用中性点经消弧线圈接地的方式。消弧线圈等同于铁芯线圈，电阻值很小，电感量很大，对于一相接地故障的产生，流过接地点的电流是电容电流与流过消弧线圈的电感电流的向量和，会产生补偿作用，以减小接地电容电流，如果小于发生电弧的最小电流时，电弧就不会产生，避免电压谐振情况的出现。
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3电压串联谐振的补偿方式
上一章节讲到的电压串联谐振，现在存在一个问题，一旦电路中的感抗与容抗相等时，就会发生电压谐振，这也是不利于安全的故障因素。电力系统长期不断的运行，电力线路也在逐渐老化，其电流值也会随着时间的增长产生一定的变化，难免会出现感抗与容抗相等的时候。如果此时消弧线圈较小时，存在欠补偿，随着负载线路的减少，会逐渐转变成过补偿形式，即产生了电压谐振，此时L与C的电压过高，对线路绝缘和消弧线圈的威胁比较大。如果采用过补偿，都是感抗大于容抗，属于感性电路，不会产生电压谐振[3]。随着电网系统的不断扩大与建设，电容性逐渐增加，原来装设的消弧线圈仍可以继续运行，由于过补偿系统流过故障点的电流是电感电流，熄弧后故障相电压恢复速度较慢，接地电弧不易重燃。
电气系统中的频率较低，根据公式可知电感增大；反之电感减小。系统中可允许过补偿程度的增加；对于欠补偿，很容易演变成全补偿，出现电压谐振的情况。因此还是采用过补偿比较好。
4单相接地的绝缘监察与继电保护
4.1单相接地的绝缘监察
小电流接地系统发生单相接地故障时，该相的相电压会产生改变，接地的电流也会随之产生变化，因此需要测量出相电压以及接地电流的变化情况就可实现绝缘监察。线路在正常运行状态下，不存在零序电压，但发生单相接地故障时，零序电压便等于相电压。如果采用三相三芯的电压互感器，会导致磁场没有闭合回路，再这样状态下长期运行会损坏电压互感器；如果采用三相五芯的电压互感器，磁场会通过另外两个边柱构成回路，不会使线圈发热，因此不会损坏电压互感器。
4.2单相接地的继电保护
发生单相故障时，我们需要测量出零序电流值，该值可为继电保护做出选择提供直接的依据。并通过电流互感器测量出电流值，给电流继电器相应的动作信号，使系统产生指示信号或者做出跳闸动作。在没有发生接地故障的线路，零序互感器和接地电流继电器测出的接地电流是完好相的电容电流，值比较小，根据继电器整定值比较，输出报警信号。因此可以根据线路接地的警示，可以推断故障线路。从而快速将该路负载退出运行，处理故障[4]。
5采用新型的消除谐振与消弧装置
在产生的单相电弧接地时，如果将该类型的接地方式转换为金属接地，可在一定程度上避免电压谐振的产生。目前新型的消除谐振与消弧装置已经被大量投入使用，可随系统一同运行。不仅能够检测到PT断线情况，也能够检测到单相接地故障，并迅速将其转换为金属接地，起到了安全保护的作用[5]。此外，该装置能够利用远程电脑进行监控与控制，及时接受相关的故障信息。在第一时间能够产生保护动作，避免故障产生进一步的影响，提高了系统运行的安全性。
结语
综上所述，学习与掌握小电流接地系统中单相接地故障的特点以及科学规律，是提高电力系统安全稳定运行的重要保证。本文在对小电流接地系统介绍的同时，分析了单相接地故障时的运行状态，并提出对电压谐振的消除方式方法；在此基础上对单相接地故障的绝缘监察与继电保护进行分析与论述，最后提出可采用新型的消除谐振与消弧装置，保证电力系统更加安全的运行，为我国电力事业的发展提供一定的技术支持。
参考文献：
[1]朱小平.探讨小电流接地系统不同地区两相接地故障的继电保护[J].电力专栏，2018（14）：15-16．
[2]张前进.如何消除化工生产中小接地电流系统单相接地故障[J].科技信息，2013（17）：409.
[3]蓝文瑞.小电流接地系统选用中性点接地方式的比较分析[J].电气工程与自动化，2019（30）：29.
[4]赵力.融合小电流接地的矿山电网接地选线设计[J].煤炭工程，2019（9）：48-49.
[5]李建鸿.小电流接地系统单相接地故障分析及预防措施[J].山东电力技术，2019（6）：46.
论文作者:王光中
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第15期
论文发表时间:2019/12/12
标签：电流论文; 故障论文; 单相论文; 谐振论文; 电压论文; 系统论文; 电力系统论文; 《当代电力文化》2019年第15期论文;