電力系統變壓器一次側發生單相接地,二次側的變化情況是如何呢?

如題。前提為中性點接地系統,按照大電流接地系統來看,例如經中阻接地。變壓器一次側發生金屬性單相接地故障,那麼顯然的故障相電壓降為0,另外兩相相電壓升高到線電壓。那麼這個時候二次側的變化情況是什麼樣的呢?接地的瞬間,二次側的電壓應該是保持不變,隨著時間的變化,接地相對應的低壓側電壓肯定會有降低,能降低到多少?發電廠升壓站或配電降壓變的情況也需要分開分析么?另外需要考慮變壓器是普通變壓器還是接地變壓器么?

假如高壓側發生單相接地故障,有可能會導致低壓側的斷路器跳開么?跳開的話,導致的因素會有哪些?我的認知里,低壓系統應該是按照短路和過載的電流保護較多,或者是剩餘電流保護(漏電保護),欠壓、斷線和過壓在低壓系統使用情況算普遍還是什麼現狀呢?

對回答的各位先表示感謝!


首先:
1、

變壓器一次側發生金屬性單相接地故障,那麼顯然的故障相電壓降為0,另外兩相相電壓升高到線電壓。

這句話不是很恰當。因為如果系統是大接地電流系統的話,發生單相金屬接地短路,非故障相的相電壓大小並不是升高到正常運行時的線電壓,具體升高到什麼值,這個還是要根據該系統的零序電抗X0和正序電抗的X1的比例關係確定的:

而發生單相短路非故障相電壓升到線電壓是:小接地電流系統(如中性點不接地)才有的情況。

2、看了很多遍你的題目,你想問的是不是這個意思?
當中性點有效接地的高壓輸電系統(大電流接地系統),在高壓輸側發生金屬性單相接地短路時,而保護裝置又不能跳閘這種情況下,降壓變壓器二次側電壓會怎樣??
實際中,中性點大電流接地的系統都能及時把故障切除,再加上重合閘裝置,一般情況下都能夠保障迅速切除故障,恢復正常供電的。

3、不過為了看看保護裝置不動作的情況,我早上用MATLAB模擬了一個110kV系統,下面是模擬模型:

MATLAB模型:

為了讓結果對比明顯,我把模型分為上下兩個支路,上面的為正常運行的支路,下面的為故障支路(單相對地短路),利用powergui模塊對兩邊電路的穩態電壓分析:

正常支路的電壓電流情況為:

即A/B/C各相的相電壓,電流大小相等,各相電壓電流相位相差120度。這是正常運行的情況。

當C相發生單相金屬性對地短路時,故障支路電壓電流情況:

其中I Cut為接地電流。
可以看出,如果保護裝置不能跳閘的話,這時故障相的電壓Vc為0,非故障相電壓比正常運行下有所升高。
但是這個接地電流將達到八千多安,早已把大部分設備燒壞了。
假如拋開這個不說,我們的設備能夠承受這樣的電流,降壓變壓器那邊又是什麼情況??
從上面就可以看出,這時高壓線輸給降壓變壓器的是一組不對稱的三相電壓,那麼變壓器輸出的也將是一組不對稱的電壓。
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電力系統採用中性點有效接地的方式就是為了防止短路電流過大,造成設備的損壞或則安全事故,所以一般情況下我們的保護裝置都是能夠迅速動作把故障切斷的。
不過這樣的話,就降低了供電的可靠性。

4、順便說說小接地電流系統的特點吧:
以不接地系統為例:

當發生金屬性單相對地短路時,雖然非故障相的電壓是上升到了線電壓,但是如果各相導線對地電容是相等的話,各相對地電壓是等於相電源電壓,所以整個系統還能正常運行。另外,因為不接地系統的對地電流非常小,這時候接地點處的電弧在電流過零的時候能夠自動熄滅,接地故障隨之消失,電網即可恢復正常運行。也提供了足夠充裕的時間讓工作人員把故障清除。
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5、最後說說我國電力系統的接地方式吧:
1)220kV及以上電網:基本都採用中性點直接接地或經低阻抗接地方式;
2)110~154kV電網:大部分採用直接接地方式;必要時也有經電阻、電抗或者消弧線圈接地;
3)3~63kV電網:單相接地電流不大於規定數值(小於30A),採用不接地方式,否則採用經消弧線圈接地方式,,但是,城市或企業部門以電抗為主的6~35kV電網,單相接地電流較大,採用經低值電阻接地方式;
4)1000V以下電網,可以是接地或者不接地,但是對380/220三相四線制的電網中,它的中性點直接接地的。
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2015/4/30更新
因為評論中有提到既然110kV以上系統中性點採用直接接地方式供電的可靠性不高,為什麼還要用這個接地方式?
其實:一個系統採用那種接地方式是經過多種方面因素優劣綜合起來選擇的:

1)從電氣設備和線路的絕緣水平上來比較:

上面這段vbalabala的話結論就是,110kV以上的系統採用直接接地方式的話,在絕緣這一塊能夠節約很多成本,而在3~35kV這個電壓等級上,並沒有明顯的節約成本的意義。

2)從可保護裝置工作的可靠性方面的分析:

上面的意思就是,假如是3~35kV系統,其故障接地電流很小,往往比正常負荷電流還要小,接地保護裝置有時無法判別這個是故障電流還是正常電流,所以實現有選擇性的接地保護比較困難。
而110kV以上的大接地電流系統,那麼接地保護裝置就非常容易判別這種是接地故障還是正常運行了(上面的模擬可以看出,正常運行是電流才100A左右,而短路時達到8000A以上),所以,從這個層面上說,110kV以上的大系統中性點直接接地是非常有優勢的。

3)供電的可靠性比較:

上面的主要意思是:發生單相故障接地故障時,直接接地(有效接地)系統往往故障相要切除,導致該相的供電停止。而小接地電流系統的優勢是可以帶著故障正常運行,或者是自己能把故障切除。所以從供電的可靠性層面分析,固然是小接地電流系統更有優勢。
但是,我們電力系統採用那種接地方式,是要綜合以上提到的所有的因素的,不能因為一個優勢,而不要考慮前面兩個因素。

4)最後一個比較:

這個層面上,直接接地(有效接地是不具備優勢的)

通過從上面的四個方面的比較,我們到底選用那種方式,是要綜合四個層面一起分析後才選擇的,絕不會因為一個方面的因素而選擇某種接地方式,有時候甚至的因地制宜,根據不同的實際情況制定接地方式!!

在我個人的觀點看來,對於110kV以上的大接地電流系統中,第一點,採用直接接地(有效接地)能降低很大的成本,第二點:採用直接接地,能提高接地保護裝置的可靠性,第三點中直接接地雖然可靠性不高,但是這也只是短時的停電,而且現在的電網是大系統,穩定性高。第四點中,雖然直接接地存在通訊干擾,但是一般這樣的電壓等級線路都是距離居民區較遠的,就不作太大的考慮,那麼綜合起來,採用直接接地方式是比不接地更有優勢的!

最後,要說明一下:
1. 因為考慮到到方便一些朋友對於接地方式的理解,我上面的答案提到的「直接接地系統」都認為是「有效接地系統」~而實際中,「中性點直接接地系統」這個叫法不太確切,因為 1)對於直接接地的變壓器而言,它是經過零序電抗接地的。 2)對於系統而言,也並不是所有的變壓器中性點都接地。所以最準確的叫法是「有效接地系統」
但對於一些不甚了解的朋友,越是強調區分這個,就越是難理解上面的內容,所以對於上面的內容就姑且認為兩者是等價的就好。

2. 想對電力系統中各種性點接地方式詳細進行分析和比較可以參考:
《電力系統中性點接地問題》_趙智大


這個問題很難,需要一步步分析,說明回答的前提,不然會犯錯。
首先考慮最簡單的單機帶負荷方式,沒有開關的情況,變壓器是理想變壓器(不考慮磁飽和和漏磁通),線路只有電抗沒有電阻(不考慮線路分布電容,不考慮線路電磁耦合),那麼接地相的電壓會按指數型衰減,最終到零。
考慮線路電阻後,電壓下降曲線會有所改變,但還是指數型。
再考慮漏磁通後,情況就複雜了。可以肯定的是此時二次側會有電壓,但是多大不知道,因為漏磁通和變壓器製造工藝有關,而且即便是相同型號的變壓器,不同批次,甚至同一批次的兩個變壓器,他們的漏磁通還是會不同的。
再考慮分布電容,情況就更加複雜了。由於分布電容的存在,二次側線路,接地點,分布電容構成迴路,也會影響電壓的下降曲線。
再考慮線路間電磁耦合,二次側線路還會感應出電壓。
最後考慮開關及時斷開,斷三相的話可以認為電壓會下降到零,斷一相的話,上述影響依然存在,但是相比之下電壓很小,可以認為最終為零。不過操作時依然要注意安全。

至於升壓變和降壓變是否應該分開考慮,這個問題很難回答,要看具體的接線方式,判斷有沒有穿越功率的存在。

最後那個問題屬於保護誤動的問題。考慮正常情況,電流式三段保護不會,低壓保護(沒有方向閉鎖)會,距離保護可能會,差動保護不會。至於中低壓配電網,現在的主流保護是電流三段式保護。

低壓,過壓問題是發警告,由調度台的調度員來判斷,如果是無功問題的話就及時投入或切除並聯電抗器,改變線路無功,如果是負荷過重導致的話,就及時切負荷。斷線的話也是發警告,由調度台的調度員及時調整運行方式,比如改變供電線路,盡量減少負荷的切除量。

另外,在低壓配電網是可以帶故障運行兩小時的,所以如果不是特別艱難的情況下(比如夏季負荷實在過大,一定要拉閘限電),調度台的調度員都會盡量不切負荷,即便切除,也會儘快恢復供電,具體要多久要看現場的複雜程度,所以沒事不要把車停在變電站門口堵住大門。


說一個概念上的問題。一次側、二次側和高壓側、低壓側並不是一個概念,一次側、二次側是指電源側(輸入)和非電源側(輸出)。對於升壓變壓器來說,一次側是低壓側,二次側是高壓側;對於降壓變壓器來說,一次側是高壓側,二次側是低壓側。


謝開題,利益相關。
正好藉機說說這幾年推廣配電保護新技術的心酸歷程。
在配電網干過的都知道變壓器中性點接地問題是整個變電站乃至涉及配網安全的重要問題。比如可能大家熟悉的有電阻接地和消弧線圈接地,這兩種在國內比較普遍。

電阻接地:簡單理解就是當發生線路故障比如鳥撒尿在電線上導致短路等,三相電壓不平衡,產生過電壓,主要是線路與地面的容性電壓,如此故障電流產生(capactive current and active current),導致線路故障點發生電弧,如果碰到易燃物就起火。國內很多地方在中性點加裝電阻接地,為的就是抑制過電壓水平,同時放大故障點電流,從而容易實現有選擇性跳閘,彌補了繼電保護不敏感,不可靠的缺陷。 缺點是,無論瞬時故障還是永久故障,一旦出現故障就必須開關跳閘,這對用戶來說停電時最頭疼的,尤其工廠,同時電網運維人員被投訴,也加重了他們維護的工作量。

消弧線圈接地:
在小電流接地領域,消弧線圈接地方式可以說應用最廣泛也是得到各國電力公司的認可。消弧線圈主要的功能是可以抑制容性故障電流(capacitive current),抑制弧光發生,但是對active current和電阻接地一樣無效。和電阻接地相比一個明顯的優點是跳閘少了,提高了供電質量,對於瞬時接地故障有一定的自愈能力。但是缺點是無法抑制active fault current,在地埋電纜重燃弧問題方面,消弧線圈有心無力,無論架空線路還是電纜系統,高阻性接地故障是消弧線圈永遠的痛。

(關於以上談的接地方式,百度說的要詳細得多,就不做詳細介紹,大家搜下便知)

上面談到的問題,看似和我們相關性不大,事實上從技術方面暴露出在接電保護技術方面,我國目前過度依賴繼電保護,效果很差;同時也關係到我們的切身利益,比如停電問題,人生安全問題等。
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上面是捋出來的關於配網接地保護的一小部分問題,下面我們談談怎麼解決。技術方案不是我個人研發出來的,也沒這個本事,但是這項技術達到的應用效果可以說讓國網的工程師看了也不得不用手把下巴扶回去。

那是2012年的事情,在某展會偶遇一位70歲左右的老外,手裡拿著一疊資料,在一個9平左右的展位向人們孜孜不倦的介紹他展示的產品。我湊過去聽了下,哎喲,聽著跟當時正在接觸的消弧線圈有點相似,就是配網保護的設備么,要知道消弧線圈是全世界的主流接地保護產品,難不成這老頭還能搞出什麼花樣,心想頂多增加幾個二次檢測模塊。 可是,當他介紹到兩點時,我產生的極大興趣,也表示懷疑。

1. 他的技術成果,我們暫時稱作 K 產品,可以完全補償配網故障線路的電流到零,無論容性電流(capacitive)還是有功分量(active);

2. K產品可以在補償故障線路後,只需要注入電路0.5A以下的零序電流,就可以定位故障線路,進而準確定位故障點的位置。

依個人經驗,1 中談到可以補償故障殘餘電流到零,也就是可以把有功分量(active current)也補償掉。這點確實讓我驚訝無比,也心裡質疑聲如無數羊駝疾馳而過。這不可能,這是當時我下的結論,因為當時無論國內,國外還沒有聽過這個技術,更沒有應用的案例。

2 中談到的故障電流補償後達到零,抑制了過電壓水平,在不起弧的情況下,注入中性點0.5A以下電流可以定位故障線路。 這點對我來說更可疑,要知道當時乃至現在,國內的選線技術還是需要在故障電路注入大電流來探測故障線路,曾聽說有的可能要注入 10-30A的電流,這差距不是一點半點,說實話,不相信有這麼靈敏的測試選線技術。

隨後和老外攀談留下聯繫方式,於是就有了接下來幾年的心酸歷程。

和我一樣,當我被老頭「洗腦」後,我開始找國內設備上和電網從業人員介紹推廣這項技術和應用實例,多數人都持有半信半疑的態度,甚至我都懷疑很多搞技術的工程師都沒弄明白這個什麼原理,所以,當時碰到的公司幾乎都拒絕了我們。要麼說沒市場,要麼說K產品不符合國情等等云云的。

這個過程中,我閱讀和收集了大量原版資料,通過個人僅有的一點高中,大學知識,一點點研究這個東西的原理和功能,拼的很結實,後來一次很老外的討論工程中,他說我是「世界上懂這個技術的十個人中之一」。 且不說老頭怎麼誇讚,當時確實開始開竅了,也慢慢解開了自己之前的疑團,曾經認為的不可能再那一段時間逐漸的成為了可能,甚至覺得這是未來配網必不可少的配套設備。

「眼見為實,光說不練假把式」。

1. 澳大利亞政府把這個技術稱之為 「世界第一的配網保護技術,沒有之一」, 他們歷經五年從全世界收集接地保護技術,然後做對比測試,結論是 K產品是唯一一個可以滿足其REFCL技術規範要求的技術。解決了百年來澳大利亞維多利亞地區因為線路短路導致火災頻發的事情,有興趣的可以搜下 2009年2月發生的震驚中外的「黑色星期六」火災事件,是維多利亞歷史上最嚴重的一次,源頭就是電線和植被草木接觸起火,導致配電線路短路,起弧,然後故障電流不能被有效抑制,最後草木發熱,直至起火燃燒。

今年二月份,澳大利亞維多利亞政府授權的PBST部門公布了最後的接地保護技術測試報告,希望對從業人員對這項技術有所了解,可以通過下面鏈接查看或下載相關報告內容。

澳大利亞最新實驗結果:瑞典GFN新技術帶來電網保護革命性突破
相應測試視頻網址: 快速接地故障電流抑制器(有字幕) (下載鏈接http://pan.baidu.com/s/1i5auelJ)

電纜重燃弧測試對比視頻(消弧線圈和 K產品):基於消弧線圈接地的電纜故障實驗,真實揭秘!!! (下載鏈接 http://pan.baidu.com/s/1hsm7ysc)

澳大利亞測試全套報告(中文譯文版)下載路徑:百度雲 http://pan.baidu.com/s/1bpgCi43
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上面提到的高阻故障是現存接地方式無法解決的痛,可能大家對正確判別高阻故障(3000-25000歐)的意義沒有很直觀的認識,國內在這方面的技術暫時不具備檢測高阻故障,所以相關的信息也了解比較少。

最近,發生幾件短線落地的觸電事故,通過這幾個事故的分析,希望大家明白高阻故障正確判別不只是選線,而且可以救命。

近期,在國內發生幾起因為高壓線斷落地面導致行人觸電身亡的事件,深感惋惜的同時,我們需要認真思考下如何在雨季來臨前加強防範措施,避免類似悲劇發生。


簡單回顧:


1. 6月11日早晨靖江孤山望江社區一男子不幸觸電身亡,相關部門接到通知後在第一時間趕到了案發現場。網友在事故現場看到,警方已經拉起了警戒線防止市民靠近。據知情網友爆料稱該男子早晨起來散步,不小心碰到掉落的高壓電線被電身亡,非常慘烈。 具體原因有待相關部門進一步核實調查。

2. 5月22日下午,滄州南皮縣潞灌鄉劉碩盤村郝某接孩子的時候發現該線路斷裂,當時風速很大,又緊挨路邊,隨時威脅著過往的行人,出於本身責任,郝某在沒有任何防護的情況下,用手把電線一點點的盤捲起來,不慎觸電身亡。在維修線路時不幸觸電身亡,同時觸電而死的還有一條黃犬。

5月23日,記者看到了農村電工郝某觸電身亡的事發地,事發地有一個變壓器,電線杆子上面的標號為:10Kv 544薛郭分支79號。

3. 5月22日晚,突降暴雨,焦作市西於村菜市場,因大型工程施工遺留電線落地,導致路過無辜母子被電擊身亡。

遇到斷落在地上的高壓線(不要猜是否帶電),應該怎樣做避免危險呢?

(1)假如高壓線落地的時候,你正兩腳分開站立,電流通過你的身體會使你有觸電的感覺。此時此刻,千萬不能用手撐地,更不能摔倒,不然,更大的電壓差會使你遭受更大的觸電傷害。

(2)假如高壓線落在你的不遠處,那麼你站立的地方就會有較高的電壓。此時,如果你想邁步離開電線斷頭處,因為兩腳之間的電壓不一樣,部分電流就會通過你的身體流動,導致你有可能觸電。正確的做法:馬上用單腳跳動的方法離開危險地區。

(3)騎摩托車或自行車遇到高壓線落地時,不要靠近,不要下車,更不要試圖將電線從原處移走。正確的做法:用最快的速度離開。

(4)為了防止遇到這種情況,不要在高壓線附近逗留。地震、颱風期間一定要避免在高壓線下行走或者居住。

(5)第一時間撥打供電公司客服電話告知故障地點,在搶修隊伍到來之前,還請您在安全區域保證自身安全的情況下提醒來往路人繞行,避免悲劇發生。

除了積極預防,其實有一個問題需要大家思考:


高壓電線斷落地面為什麼不跳閘?

編者註:

國內配網多數是10kV配電線路,高壓斷線落地,為什麼沒有跳閘?

如果及時跳閘,一條鮮活的生命就挽救了,也避免其背後家庭的悲劇。

到目前,在國內這仍然是個難題,如果你問國內電力設備企業哪家可以檢測三千歐以上單相接地高阻故障,可能沒人敢回應你,原因就是不具備這樣的技術能力,而恰恰斷線落地高阻故障往往比三千歐還大,甚至一萬,兩萬歐,那麼變電站的現有保護設備根本沒反應,因為檢測不了,於是認為沒有故障發生,也就不會跳閘。

那為什麼現存設備檢測不了呢?

這是個技術難題,難在高阻接地的接地電流很小,而且CT PT測量值存在設備誤差無法消除,導致保護設備檢測靈敏度很差,這也是為什麼單相故障選線準確率在30-50%的水準。

目前國內配網有不接地,電阻接地和消弧線圈接地幾種方式,案例中應該是消弧線圈接地,也有可能電阻接地,無論哪種,對於高阻性故障,現有接地方式都不靈,這是事實。

為避免發生類似的悲劇,有什麼解決辦法嗎?

瑞典Swedish Neutral的GFN接地故障綜合保護技術,該技術在百毫秒級別最大檢測兩萬五千歐姆高阻故障,同時可選擇及時跳閘,極大提升配網安全性;同時單相故障不停電,提升可靠性;在線選線和在線定位功能卓越,節省故障修復時間.....


資料下載鏈接: Neutral equipment, arc suppression coils amp;amp;amp; ground fault neutralizer.


變壓器一次側發生金屬性單相接地故障,顯然故障相電壓降至零,另外二相相電壓升高到線電壓,此時的高壓線輸給降壓變壓器的是一組不對稱的三相電壓,那麼變壓器二次側輸出的也將是一組不對稱電壓。


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