10 kV電力系統(tǒng)單相接地故障分析與處理方法

吳文麗

（陜西省地方電力（集團(tuán)）有限公司漢中市供電分公司，陜西 漢中 723000）

0 引 言

城市的不斷擴(kuò)張給供電網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了巨大壓力，特別是在10 kV配電以及供電的過(guò)程中，經(jīng)常發(fā)生單項(xiàng)接地事故。本文采用分析綜合法詳細(xì)解析了電力系統(tǒng)中單項(xiàng)接地故障發(fā)生的原因以及種類(lèi)，并根據(jù)故障發(fā)生原因選擇不同的解決辦法，以保證城市電力供應(yīng)的平穩(wěn)與高效。以陜西省地方電力集團(tuán)進(jìn)行供電網(wǎng)絡(luò)架設(shè)時(shí)選用的電力運(yùn)行方式為例，按照實(shí)際的需求，主要分為中性點(diǎn)不接地以及中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地兩種。

1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)

1.1 優(yōu) 點(diǎn)

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)也被稱(chēng)之為小電流接地系統(tǒng)，其最重要的優(yōu)勢(shì)在于一旦發(fā)生單項(xiàng)接地的事故，對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)電壓的對(duì)稱(chēng)性并不會(huì)造成實(shí)質(zhì)性的影響。同時(shí)，運(yùn)用這種方式，即便發(fā)生了單項(xiàng)接地事故，產(chǎn)生的電流也比較小。理想情況下，整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)還可以平穩(wěn)運(yùn)行大約2 h，即帶故障運(yùn)行。因此，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于配電網(wǎng)點(diǎn)多、居民用電需求量大的區(qū)域。

1.2 問(wèn) 題

但是，這種接地系統(tǒng)也存在著比較嚴(yán)重的問(wèn)題。長(zhǎng)期使用過(guò)程中，電路中絕緣設(shè)施中的薄弱環(huán)節(jié)存在被電弧擊穿的風(fēng)險(xiǎn)。這是由于非故障兩端相對(duì)的電壓在短時(shí)間內(nèi)急速升高，而電壓的升高很可能會(huì)造成設(shè)備的短路，使事故進(jìn)一步惡化，最終影響到整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)。如果產(chǎn)生了弧光接地現(xiàn)象，則有可能對(duì)供電設(shè)備內(nèi)部元器件產(chǎn)生嚴(yán)重的損害，使得整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)陷入癱瘓。針對(duì)此問(wèn)題，需要在發(fā)生單項(xiàng)接地時(shí)第一時(shí)間對(duì)供電線(xiàn)路進(jìn)行維修，快速找到故障線(xiàn)路的具體位置，并進(jìn)行去除工作。

1.3 處理單項(xiàng)接地事故的選線(xiàn)方式

傳統(tǒng)選線(xiàn)方式中，對(duì)于常規(guī)變電站處理10 kV單項(xiàng)接地事故，通常選擇絕緣監(jiān)測(cè)裝置。工作原理是當(dāng)發(fā)生單項(xiàng)接地事故時(shí)，開(kāi)口的二次端會(huì)出現(xiàn)零序的電壓，此時(shí)利用公用線(xiàn)的三項(xiàng)五柱電壓互感器向監(jiān)測(cè)中心發(fā)出接地故障的信號(hào)，信號(hào)輸送完畢后，絕緣監(jiān)測(cè)裝置開(kāi)始對(duì)故障線(xiàn)路進(jìn)行排查，通過(guò)逐次排查，最終確定發(fā)生單項(xiàng)接地故障的線(xiàn)路，從而完成事故的反饋工作[1]。

1.4 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的選線(xiàn)功能

陜西省地方電力集團(tuán)架設(shè)的10 kV電力系統(tǒng)以架空線(xiàn)與電纜混合為主。這種線(xiàn)存在一定的弊端，突出表現(xiàn)是出現(xiàn)單項(xiàng)接地故障的概率較高，整個(gè)供電系統(tǒng)的電容電量較小，因此選擇中性點(diǎn)不接地的方式較為穩(wěn)妥。通常采用的是集中式的微機(jī)小電流線(xiàn)裝置，其工作原理是一旦小電流系統(tǒng)（主要指中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)）發(fā)生了單項(xiàng)接地事故，發(fā)生故障的線(xiàn)路的零序電流等于沒(méi)有發(fā)生故障的路線(xiàn)的零序電流之和[2]。一般對(duì)于零序電流數(shù)據(jù)的采樣分析，首選是發(fā)生了單項(xiàng)接地故障的電流，所以采用該選線(xiàn)方式可以快速判斷出故障線(xiàn)路，方便后續(xù)維修工作的開(kāi)展。

需注意，實(shí)際的電力供應(yīng)系統(tǒng)中，影響線(xiàn)路零序電流數(shù)值的因素有很多，如信號(hào)的干擾、采樣出現(xiàn)誤差及線(xiàn)路長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)等。發(fā)生單項(xiàng)接地事故的線(xiàn)路的零序電流在樣本中可能不是第一個(gè)值，也可能是第二個(gè)或者第三個(gè)值。因此，選線(xiàn)工作首先就是要找出所有線(xiàn)路中零序電流值前三的線(xiàn)路，然后對(duì)線(xiàn)路反饋上來(lái)的數(shù)值進(jìn)行分析，利用電流之間的方向以及電壓與電流之間的滯后有著相位超前的關(guān)系來(lái)判斷發(fā)生故障的線(xiàn)路。

2 中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)

2.1 優(yōu) 勢(shì)

當(dāng)配電網(wǎng)中的電容電量較大時(shí)，需采用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)。當(dāng)電流大的供電電路出現(xiàn)單項(xiàng)接地事故時(shí)，故障電流會(huì)非常大，單項(xiàng)接地事故會(huì)轉(zhuǎn)化為非常危險(xiǎn)的相間短路事故。這是因?yàn)殛兾魇〉胤诫娏瘓F(tuán)的電力網(wǎng)絡(luò)建設(shè)常用的是架空線(xiàn)與電纜混合出線(xiàn)方式，接地事故所產(chǎn)生的電弧無(wú)法自行消失，會(huì)對(duì)周?chē)娐飞系慕^緣設(shè)施產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊，最終燒毀絕緣裝置，并發(fā)展為相間事故。因此，一旦大電流線(xiàn)路發(fā)生單項(xiàng)接地故障，需要在第一時(shí)間對(duì)故障線(xiàn)路進(jìn)行移除，以防事故的影響進(jìn)一步擴(kuò)大[3]。如果采用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，其發(fā)生故障也能保證正常運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)就會(huì)變?yōu)榉浅ＮｋU(xiǎn)的缺點(diǎn)。需要采用經(jīng)小電阻接地的方式，消除諧振過(guò)電壓，穩(wěn)定供電網(wǎng)絡(luò)。

我國(guó)城市化進(jìn)程不斷加快，對(duì)電力的需求也越來(lái)越高。例如，陜西省地方電力集團(tuán)負(fù)責(zé)的陜西66個(gè)縣，不僅對(duì)電纜線(xiàn)路的需求量逐年增加，而且10 kV供電系統(tǒng)的電容容量也在不斷攀升，早已超過(guò)了我國(guó)出臺(tái)的相關(guān)規(guī)定中對(duì)于不接地系統(tǒng)運(yùn)行安全值的上限。因此，需采用經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)。

2.2 作用原理以及作用

采用小電阻接地系統(tǒng)后，一旦發(fā)生單項(xiàng)接地事故，以直接跳閘的方式來(lái)起到斷電的作用，既保證了地面人員的生命安全，又保護(hù)了其他配電設(shè)施不受損害。分析實(shí)際跳閘案例發(fā)現(xiàn)，90%以上的跳閘事故都屬于瞬時(shí)故障，對(duì)出現(xiàn)故障的線(xiàn)路進(jìn)行檢查并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的故障點(diǎn)，因此可以考慮采用三相一次重合閘功能。此功能可以大大提高電力供應(yīng)的連續(xù)性，在處理瞬時(shí)故障方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。采取三相一次重合閘功能時(shí)，需注意以下三點(diǎn)。首先，為了確保10 kV饋電線(xiàn)路的主變線(xiàn)圈和斷路器不受破壞，需要設(shè)置電流速斷保護(hù)，考慮到10 kV饋電線(xiàn)的實(shí)際情況，可以采用閉鎖重合閘作為電流速斷保護(hù)的主要方式。其次，對(duì)于采用架空線(xiàn)與電纜混合出線(xiàn)的電力線(xiàn)路，為了保證其供電的連續(xù)性，可以選擇單項(xiàng)接地故障三相一次重合閘。最后，實(shí)際運(yùn)用中，對(duì)于三相一次重合閘方案的運(yùn)用要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況來(lái)靈活對(duì)待[4]。例如，一些距離變電站比較遠(yuǎn)的開(kāi)閉所，由于輸電線(xiàn)路非常長(zhǎng)，發(fā)生短路事故時(shí)，故障電路的電流比較小，可以考慮采用開(kāi)關(guān)位置不對(duì)應(yīng)重合閘啟動(dòng)方案。該方案的優(yōu)點(diǎn)在于工作原理簡(jiǎn)單，安全可靠。但是該方案的缺點(diǎn)也很明顯，在繼電器接點(diǎn)異常、斷路器輔助觸點(diǎn)接觸不良等情況下，容易無(wú)法啟動(dòng)，因此要根據(jù)閉合所實(shí)際的情況來(lái)酌情使用。

觀(guān)察10 kV中性點(diǎn)經(jīng)過(guò)16 Ω電阻接地的運(yùn)行情況后，對(duì)于電力系統(tǒng)新建站的10 kV電路保護(hù)重合閘簡(jiǎn)化方面又提出了新的要求。首先，對(duì)于不經(jīng)電流閉鎖啟動(dòng)重合閘，可以考慮采用經(jīng)常使用的“不對(duì)應(yīng)啟動(dòng)重合閘”方式，利用其簡(jiǎn)單安全的特點(diǎn)保證電力供應(yīng)的持續(xù)性。其次，對(duì)于經(jīng)電流閉鎖啟動(dòng)重合閘，其電流值的控制應(yīng)該根據(jù)具體情況進(jìn)行不同操作。如果動(dòng)作電流大于額定流值，需要保護(hù)不重合；如果動(dòng)作電流小于額定流值，應(yīng)該進(jìn)行重合。最后，在重合閘功能投退時(shí)需要增設(shè)硬壓板，使工作人員能夠更加方便、快速地進(jìn)行重合閘的投退工作。

3 結(jié) 論

近年來(lái)，人們的生活水平顯著提高，對(duì)于電力能源的需求也在不斷攀升，城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)都需要架設(shè)大面積的配電網(wǎng)絡(luò)。隨著配電網(wǎng)絡(luò)的大力架設(shè)，輸電線(xiàn)路的電容電流也在不斷增加。為了確保人們的用電安全以及電力的平穩(wěn)供應(yīng)，要對(duì)單項(xiàng)接地事故進(jìn)行快速處理，根據(jù)不同的情況采用不同的接地系統(tǒng)，保證電力的穩(wěn)定輸送。