小電流接地系統(tǒng)單相接地故障分析

[摘要]為了確保用戶供電的可靠，我國35kV及以下電力系統(tǒng)多采用小電流接地系統(tǒng)運行方式。單相接地故障是小電流接地系統(tǒng)中的一種常見故障，極大的影響了用戶的正常供電，而且有可能產(chǎn)生過電壓，燒壞設(shè)備，造成它相絕緣擊穿引起相間短路而擴大事故。本文詳細(xì)分析了小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障的原因、故障現(xiàn)象以及故障產(chǎn)生的危害和對故障的預(yù)防及處理辦法，使值班員能夠及時準(zhǔn)確地判斷、查找和處理故障，確保電力系統(tǒng)安全可靠運行。

[關(guān)鍵詞]單相接地；分析；預(yù)防；處理

1.前言

電力系統(tǒng)按中性點接地方式可分為大電流接地系統(tǒng)（包括直接接地、經(jīng)電抗接地和低電阻接地）、小電流接地系統(tǒng)（包括經(jīng)高電阻接地，消弧線圈接地和不接地）兩種。我國3～35kV電力系統(tǒng)大多數(shù)采用中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地的運行方式，即為小電流接地系統(tǒng)。

在小電流接地系統(tǒng)中，單相接地是一種常見故障，特別是在大雨、狂風(fēng)和暴雪等惡劣天氣條件下，單相接地故障更是頻繁發(fā)生。

2.單相接地故障形成的原因

通過對大量故障案例歸納和總結(jié)，發(fā)生單相接地故障主要有以下幾種原因：

2.1設(shè)備絕緣不良，如設(shè)備老化、受潮、絕緣子破裂、表面臟污，發(fā)生擊穿接地等；

2.2惡劣天氣，如：雷擊導(dǎo)致絕緣子損壞、大風(fēng)使樹枝搭接到線路上等；

2.3小動物、鳥類及外力破壞；

2.4輸電線路斷線；

2.5其它偶然或不明原因等。

實際運行經(jīng)驗表明，戶外架空線路是單相接地故障的高發(fā)點，絕大多數(shù)的單相接地故障都是發(fā)生在戶外架空線路上。其中，導(dǎo)線斷線、絕緣子擊穿和樹木短接是戶外架空線路發(fā)生單相接地故障最主要的原因。以我臺為例，對近幾年來的10kV架空線單相接地故障原因統(tǒng)計，其中導(dǎo)線斷線1次，其它均是針式絕緣子被雷電擊穿導(dǎo)致。

3.單相接地故障的現(xiàn)象及檢測裝置

3.1單相接地故障的現(xiàn)象

3.1.1不完全接地：當(dāng)發(fā)生一相不完全接地時，即通過高電阻或電弧接地，這時故障相的電壓降低，非故障相的電壓升高，它們大于相電壓，但達(dá)不到線電壓。電壓互感器開口三角處的電壓達(dá)到整定值，電壓繼電器動作，發(fā)出接地信號。

3.1.2完全接地：如果系統(tǒng)發(fā)生一相完全接地，則故障相的電壓降為零，非故障相的電壓升高到線電壓。此時電壓互感器開口三角處出現(xiàn)100V電壓，電壓繼電器動作，發(fā)出接地信號。

當(dāng)故障點為穩(wěn)定性接地時，電壓表指示無擺動；若指示不停地擺動，則為間歇性接地。

3.2檢測裝置

對于小電流接地系統(tǒng)的絕緣監(jiān)察裝置，通常采用三個單相三繞組電壓互感器或一個三相五柱式電壓互感器組成Y。/Y。/△（開口三角形）接線，再加上電壓繼電器、信號繼電器及監(jiān)視儀表等設(shè)備構(gòu)成。

這種接線方式在小電流接地系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，它既能測量線電壓、相電壓，又可以組成絕緣監(jiān)察裝置和供單相接地保護(hù)用。接成Y。形的二次繞組稱為基本二次繞組，用來連接儀表、繼電器及絕緣監(jiān)察電壓表；接成△（開口三角形）的二次繞組，稱為輔助二次繞組，用來連接監(jiān)察絕緣用的電壓繼電器。在系統(tǒng)正常運行時，開口三角形兩端（a’、x’）的電壓接近于零，當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生單相完全接地時，開口三角形兩端就會出現(xiàn)100V的零序電壓；系統(tǒng)中發(fā)生單相不完全接地時，開口三角形兩端點間同樣會有電壓。因此，當(dāng)開口端零序電壓值達(dá)到電壓繼電器的動作值時，電壓繼電器和信號繼電器均動作，發(fā)出接地預(yù)告信號。值班人員根據(jù)電壓表和預(yù)告信號指示，便可以清楚地知道系統(tǒng)發(fā)生了單相接地故障并確定接地相別。

4.單相接地故障的危害和影響

4.1對系統(tǒng)設(shè)備的危害。系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，由于非故障相對地電壓升高（完全接地時升至線電壓值），系統(tǒng)中的絕緣薄弱點可能被擊穿，造成相間短路故障使事故擴大；同時電壓互感器鐵心飽和，勵磁電流增加，假如長時間運行，將燒毀電壓互感器。另外單相接地故障發(fā)生后，故障點如果出現(xiàn)間歇性弧光接地，在一定條件下，也可能產(chǎn)生幾倍于正常電壓的串聯(lián)諧振過電壓，危及系統(tǒng)中設(shè)備的絕緣，嚴(yán)重者使設(shè)備絕緣擊穿，燒毀變壓器、避雷器等設(shè)備，造成更大的短路事故。我臺35kV配電系統(tǒng)運行中就出現(xiàn)過發(fā)生單相接地故障時導(dǎo)致電纜終端和絕緣套管被擊穿損壞的事故。

4.2對電網(wǎng)的危害。系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障造成設(shè)備受損事故擴大時，可能破壞區(qū)域電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定，造成更大事故。

4.3對供電可靠性的影響。發(fā)生單相接地故障后，一方面要進(jìn)行人工選線查找故障點，對未發(fā)生故障的線路要進(jìn)行停電，影響供電可靠性；另一方面發(fā)生單相接地的線路將停運，在查找故障點和消除故障時，將造成長時間停電，對供電可靠性產(chǎn)生較大影響。

4.4對人身的危害。對于導(dǎo)線斷線落地這一類單相接地故障，假如接地線路未停運，對于行人和線路巡視人員，可能發(fā)生人為觸電傷亡事故。

4.5對電能損耗的影響。發(fā)生單相接地故障時，由于系統(tǒng)接地直接或間接對大地放電，將造成較大的電能損耗，假如按規(guī)程規(guī)定運行一段時間（不超過2小時），將造成更大的電能損耗。

5.單相接地故障的預(yù)防和處理方法

5.1預(yù)防措施

5.1.1對系統(tǒng)中的絕緣子、避雷器、互感器、斷路器、變壓器等設(shè)備定期進(jìn)行絕緣測試，不合格的及時維修或更換。

5.1.2提高電網(wǎng)絕緣強度，使用高一電壓等級的絕緣子，將架空線路的裸導(dǎo)線更換為絕緣導(dǎo)線。

5.1.3對戶外架空線路定期進(jìn)行巡視，在惡劣天氣時加強巡視。主要是看導(dǎo)線與樹木、建筑物的距離，電桿頂端是否有鳥窩，導(dǎo)線在絕緣子中的綁扎或固定是否牢固，拉線是否斷裂或破股，導(dǎo)線弧垂是否過大或過小等。

5.1.4嚴(yán)格把好新設(shè)備投運驗收關(guān)，特別是電纜線路的隱蔽工程和電纜標(biāo)示樁要重點檢查。

5.1.5廣泛宣傳電力設(shè)施保護(hù)條例和安全用電知識，盡量減少外力破壞。

5.2發(fā)生單相接地故障后的處理辦法

5.2.1系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，值班人員應(yīng)馬上復(fù)歸音響，作好記錄，判斷故障性質(zhì)和相別，匯報調(diào)度和有關(guān)負(fù)責(zé)人員，并按當(dāng)值調(diào)度員的命令尋找接地故障點，查找處理接地故障。

5.2.2首先應(yīng)檢查站內(nèi)設(shè)備有無明顯故障跡象。仔細(xì)對故障范圍內(nèi)的站內(nèi)一次設(shè)備進(jìn)行外部檢查，主要檢查各設(shè)備絕緣部分有無損壞，有無放電閃絡(luò)痕跡，檢查設(shè)備上有無落物、小動物及外力破壞現(xiàn)象，檢查各引線有無斷線接地，檢查互感器、避雷器、電纜頭等有無擊穿損壞現(xiàn)象。

5.2.3如站內(nèi)設(shè)備無異常，應(yīng)立即組織人員巡視線路，查找故障點，在查找過程中可以采取分片、分段、分支、分設(shè)備的“排除法”并與絕緣搖表、蹬桿檢查等辦法相結(jié)合，盡快找到故障點并消除。如果上述辦法未查找到故障點，可請求對故障線路試送電一次，如成功，則可能是其他不明偶然原因造成，如果不成功，則用“排除法”繼續(xù)查找，直到找到并消除故障為止。

6.結(jié)束語

系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時對變電設(shè)備和配電系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行有較大影響。運行管理人員應(yīng)在實踐中總結(jié)經(jīng)驗，及時消除設(shè)備缺陷，提高設(shè)備的運行水平，并積極應(yīng)用新技術(shù)、新設(shè)備，預(yù)防單相接地故障發(fā)生。發(fā)生故障后應(yīng)盡快查找和消除故障點，提高供電可靠性，減小對人身和設(shè)備的危害，從而確保配電系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟和穩(wěn)定運行。