小电流接地电网绝缘监察系统研究

董翠翠

（宿州职业技术学院）

基金项目：教育部《高等职业教育创新发展行动计划（2015-2018年）》安徽承担项目-机电一体化专业校企共建的生产性实训基地建设（353号XM-02）

摘要：利用电压互感器二次回路接成Y/Y/△形式，配合电压表的使用，设计一套高压电网绝缘监察装置，该系统主要用于小电流接地电网中，发出单相接地报警信号，以便及时处理故障。该系统结构简单，便于实现，有效提高了高压电网的安全性。

关键词：电压互感器；单相接地；继电保护；零序电流

前言

电力系统的运行方式可以通常分为大电流接地系统和小电流接地系统。由于小电流接地系统在发生单相接地故障时，接地点的漏电流很小，而且故障后线电压不变，不影响三相用电设备继续使用，所以这种故障一般不容易被发现。但是这种故障也具有一定的危害性，必须及时发现并将接地故障排除。

1、故障原因及危害

高压电网发生单相接地故障是一种常见的现象，因为形成故障的原因由很多，以下分别介绍：

(1)自然灾害原因。遇到暴雨暴雪、大风等恶劣天气容易破坏供电线路，造成单相接地故障。

(2)人为破坏引起故障。高压电网如果走架空线路，在遇到车辆过高的情况下，容易碰到线路引起单相接地。

(3)线路老化原因。有些线路的通道不好，再加上线路长期暴露再户外，时间长导线老化，在外力的作用下就容易单相接地。

(4)受空间限制，多条线路距离较近时容易受到影响发生故障。

单相接地故障发生后虽然电网还允许在段时间内运行，但是会造成非故障相电压瞬间增大，导致用电设备在过压下损坏。单相接地时还会产生较大的接地电流，从而引起电弧。电弧的高温效应会损坏用电设备及发生火灾，电弧还会产生强光，损伤人的视力。

2、监察系统组成

绝缘监察系统电路如下图，主要包括电压互感器二次回路、电压测量和绝缘监察电路、绝缘监察信号回路三部分电路组成。系统主要设备有电压互感器、过电压继电器、信号继电器、转换开关和电压表。系统的核心装置就是电压互感器，电压互感器的工作原理已经介绍过，在电路中可以起到变换电压、隔离电源、扩大测量仪表量程的作用。电压互感器可以由三个单相双绕组电压互感器构成，也可以采用五芯柱式三绕组结构，互感器连接成Y/Y/△形（开口三角形）。互感器的二次回路采用两种不同的接法，接成Y形的二次绕组用于给测量用的电压表供电；开口三角形接法的辅助二次绕组由于开口处的电压值在系统正常和非正常时相差很大，所以开口处接电压继电器；信号继电器接在电压继电器常开触点之后。系统使用四个电压表，其中三个电压表接在Y形接法的电路上，用于测量二次绕组相电压；一个电压表经过转换开关也接在Y形接法的二次回路上，用于测量二次绕组线电压。四个电压表用于在发生单相接地信号时以便能够及时判断一次系统中是哪一相发生了接地故障。

图1电压测量和绝缘监察电路

3、工作原理

3.1电压互感器

电压互感器也属于变压器的一种，在结构上原边绕组匝数多，副边绕组匝数少，构成一个降压变压器，可以把一次回路的大电压变换为给电压表和电压继电器供电的低压，并起到隔离电源的作用。电压互感器在工作时，两部分绕组都必须并联在电路中，原边绕组接高压主回路，副边绕组降压后接电压表、继电器的电压线圈回路。接线时需要注意的是，电压互感器二次绕组电流较大，为了保证安全，二次绕组不允许短路并且必须有一端接地。电压互感器的接线方案一般有四种形式，每种其中Y/Y/△形这种接线方式适用于三相三线制线路，监察单相接地故障。

3.2系统工作原理

系统正常工作时，由于三相电源对称，经过互感器等效感应到二次侧三相电压仍然近似平衡，所以二次回路中三只电压表读数近似相等为相电压。三角形接法的二次绕组开口端电压为三相电压之和，经过向量相加后近似为0，电压继电器不会动作。

系统一旦发生单相接地故障，一次回路三相电源不再平衡，经过电压互感器感应到二次侧的电压也会发生变化。一方面接地相电压表读数也近似为零。另一方面非故障相电压从正常时的相电压升高为线电压，两只电压表读数升高。同时，开口三角形绕组两端产生零序电压近似为100V，使电压继电器动作，接通信号继电器发出灯光和音响的报警信号。

4、系统局限性

绝缘监察系统虽然能够及时发出故障报警，并且根据电压表读数很容易判定是电源哪相出现了接地短路，但是同一汇流母线上的电路任何一处接地短路都会出现报警，因此，该装置不能准确判断出是哪段线路出现了故障，还需要由专门的运行人员逐一检查电路才能找到故障点，这将会耗费一定时间，影响系统恢复供电。对供电可靠性要求较高的用电设备所处的电网仍需采取必要的监控措施，加强电网防护，减少和避免出现电源单相接地故障。

小结

跟电源的两相短路和三相短路故障相比，单相接短路危害虽然不严重，但是仍然影响电网供电质量和设备正常工作。值班调度员应在尽可能短的时间里找到故障点，解决问题，恢复用户正常用电。该电网绝缘监察系统能及时发出故障报警，提高了故障解决的效率，保障了供电系统的可靠运行。

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