10kV配電網(wǎng)單相接地故障及處理方法的分析

國(guó)家電網(wǎng)福建省電力有限公司大田縣供電公司 廖尚譽(yù)

在發(fā)生單相接地故障時(shí)10kV 配電網(wǎng)需局部停電以便查找消除故障，這將會(huì)對(duì)生產(chǎn)生活的連續(xù)性造成一定的影響。10kV 配電網(wǎng)的運(yùn)行管理人員只有按照分層分析方法進(jìn)行靈活的技術(shù)調(diào)整，才能夠全面提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。

1 10kV 配電網(wǎng)單相接地故障

1.1 單相接地故障特征

單相接地故障的發(fā)生與天氣情況有關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，晴朗的天氣出現(xiàn)單相接地故障的概率較低，而如果降水較為密集、雷電活動(dòng)頻繁、風(fēng)力超過(guò)六級(jí)、24小時(shí)降雪量超過(guò)10mm，則單相接地故障發(fā)生的概率將會(huì)顯著的提高。在小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，10kV 配電網(wǎng)故障相的對(duì)地電壓會(huì)顯著的降低，降低幅度超過(guò)70%，非故障相的相電壓會(huì)升高40%～80%，系統(tǒng)線電壓仍然保持對(duì)稱，線電壓有效值依然處于正常供電電壓，故障電流值較小，可以給用戶繼續(xù)穩(wěn)定供電1～2個(gè)小時(shí)，但隨著電網(wǎng)長(zhǎng)期非正常運(yùn)行，如果沒(méi)有迅速采取事故處理措施，將對(duì)用戶的正常供電和電力設(shè)備造成嚴(yán)重的威脅。如果線路持續(xù)保持故障狀態(tài)，將增加對(duì)絕緣薄弱處擊穿的可能，進(jìn)而發(fā)展為相間短路，造成事故跳閘，擴(kuò)大停電范圍。

1.2 單相接地故障的原因

不可抗力原因。不可抗力是造成單相接地故障的主要原因之一，在風(fēng)力超過(guò)十級(jí)、強(qiáng)對(duì)流天氣或者其它泥石流、滑坡、洪澇、鳥(niǎo)害等自然災(zāi)害影響下，極易發(fā)生單相接地故障。受極端雨雪、冰雹或雷電的影響下，易造成由絕緣子單相擊穿、導(dǎo)線單相斷線、避雷器遭受破壞等設(shè)備故障引起的單相接地故障。而在大風(fēng)天氣中，易引起樹(shù)枝觸碰導(dǎo)線、飄浮物掛碰導(dǎo)線，甚至發(fā)生樹(shù)木傾倒壓導(dǎo)線、電力桿塔坍塌等線路走廊遭受嚴(yán)重破壞的事件，從而形成單相接地故障。

設(shè)備原因。10kV 配電網(wǎng)中的一些電力設(shè)備質(zhì)量粗糙，使用年限較長(zhǎng)，日常運(yùn)行維護(hù)不到位，特別是專變用戶設(shè)備，缺乏定期巡視維護(hù)，運(yùn)行過(guò)程中設(shè)備表面堆臟積污、受潮、逐漸的老化，絕緣程度持續(xù)降低，易引起單相接地故障。

人為因素。大量10kV 配電線路位于交通干道或道路沿線，貨車車斗的升起、機(jī)械設(shè)備的施工有可能引起牽扯、觸碰、刮斷導(dǎo)線，造成單相接地故障的發(fā)生。在重大節(jié)慶日煙花爆竹的燃放或者由人為因素引發(fā)的一些火災(zāi)也可能引起電網(wǎng)單相接地故障。除此之外，個(gè)人的酒后駕駛而沖撞電力基礎(chǔ)設(shè)施、偷盜電纜線路等行為都會(huì)造成電網(wǎng)被破壞，也可能造成單相接地故障。

1.3 單相接地故障的危害

單相接地故障是一種最為常見(jiàn)的電網(wǎng)故障，在接地故障發(fā)生期間，電網(wǎng)可能會(huì)出現(xiàn)間歇性弧光接地，產(chǎn)生諧振過(guò)電壓，造成線路絕緣子被擊穿，有可能發(fā)生比較嚴(yán)重的短路事故，導(dǎo)致配電變壓器等線路電力設(shè)備的燒毀。如果同一區(qū)域同時(shí)發(fā)生多起接地事故可能會(huì)對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)重的影響，甚至引發(fā)大面積停電。

一般來(lái)說(shuō)，單相接地故障引起的檢修停電為單條線路或分支線，但如無(wú)法及時(shí)限制故障的發(fā)展，停電的規(guī)模有可能進(jìn)一步擴(kuò)大，影響周邊地區(qū)的正常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)，生產(chǎn)企業(yè)將面臨不可避免的經(jīng)濟(jì)損失。而對(duì)供電企業(yè)來(lái)說(shuō)，單相接地故障造成的停電作業(yè)不僅造成電網(wǎng)運(yùn)行的成本提高，也會(huì)影響供電電量及其社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于導(dǎo)線斷線等接地故障，甚至可能導(dǎo)致靠近故障區(qū)域的人員出現(xiàn)人身觸電傷亡事故，造成非常嚴(yán)重的后果[1]。

2 單相接地故障的處理

2.1 快速精準(zhǔn)的故障區(qū)間定位

傳統(tǒng)故障定位分析方法。在發(fā)生單相故障之后需在第一時(shí)間進(jìn)行故障區(qū)間的快速精準(zhǔn)定位，方便搶修工作的快速處理，提高故障處理運(yùn)行的效率。傳統(tǒng)的故障定位方法主要是通過(guò)人工憑經(jīng)驗(yàn)拉閘、搖絕緣的方式進(jìn)行故障的查找，但是由于這種方法工作效率非常低下，在查找的過(guò)程當(dāng)中可能會(huì)出現(xiàn)人員的傷亡以及財(cái)產(chǎn)的進(jìn)一步損失，甚至發(fā)現(xiàn)故障之后，無(wú)法及時(shí)的回傳信息給設(shè)備運(yùn)維部門(mén)及電網(wǎng)調(diào)控中心，因而這種方法已經(jīng)逐步被自動(dòng)化的故障檢測(cè)替代。

小電流接地系統(tǒng)單相故障定位。現(xiàn)代化的快速精準(zhǔn)定位方法主要是基于配電自動(dòng)化、調(diào)度自動(dòng)化等信息技術(shù)支持系統(tǒng)以及新興的大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)，通過(guò)小電流接地選線裝置對(duì)單相接地線路判定，在電網(wǎng)運(yùn)行的各個(gè)線路分支的出口處設(shè)置相關(guān)的零序電流測(cè)點(diǎn)序號(hào)。在單相接地故障發(fā)生時(shí)，根據(jù)各個(gè)編號(hào)測(cè)點(diǎn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層回傳至平臺(tái)層的相關(guān)遙測(cè)遙信數(shù)據(jù)，對(duì)發(fā)生接地故障區(qū)域進(jìn)行快速有效的定位。

除對(duì)供電線路干線和分支線路的出口設(shè)置故障指示器等建立感知層的方法外，還可應(yīng)用電網(wǎng)歷史故障相關(guān)自動(dòng)化遙信遙測(cè)信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)比，在故障發(fā)生的第一時(shí)間匹配最為相似的故障區(qū)域和故障類型，為電網(wǎng)事故處理人員提供有價(jià)值的輔助信息，為后續(xù)的故障查找提供數(shù)據(jù)支持，加快電網(wǎng)事故處理進(jìn)程。

2.2 快速搶修工作

進(jìn)行精準(zhǔn)的故障定位之后，如果天氣情況允許，供電部門(mén)應(yīng)立刻組織人員進(jìn)行相應(yīng)的故障搶修。

首先，要選擇合適的搶修作業(yè)人員，一般來(lái)說(shuō)負(fù)責(zé)該搶修的作業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)要較為豐富?？焖俚竭_(dá)故障地點(diǎn)之后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察提出并布置相關(guān)的安全技術(shù)措施以及運(yùn)用工程手段對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行緊急搶修；其次，如果由于自然災(zāi)害、天氣問(wèn)題或者是其他不明原因所造成的單相接地故障，要做好相應(yīng)安全防護(hù)措施之后才能夠進(jìn)行搶修，尤其是在雷雨、大風(fēng)、臺(tái)風(fēng)、冰雹、凍雨等天氣，要穿戴防雷護(hù)具、低溫凍害防護(hù)服以及抗風(fēng)設(shè)備等，如果情況并不緊急可等到天氣好轉(zhuǎn)后再進(jìn)行故障搶修；最后，進(jìn)行故障搶修的過(guò)程中要把控好搶修的原則，盡可能縮短停電的時(shí)間，減少對(duì)于周圍地區(qū)的影響，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，尤其是通過(guò)不停電的方式替代傳統(tǒng)的停電檢修作業(yè)，減少因故障造成的經(jīng)濟(jì)損失，保障人民的正常用電需求和供電服務(wù)質(zhì)量。

2.3 線路日常巡視

由于在發(fā)生單相接地故障時(shí)電網(wǎng)還可維持1～2小時(shí)的正常供電，因而在接地信號(hào)自行復(fù)歸后也不能認(rèn)為線路設(shè)備完好，應(yīng)加強(qiáng)安全巡視工作，對(duì)于安全隱患進(jìn)行定點(diǎn)定位，及時(shí)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)源，通過(guò)有效的故障排查，提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。

一方面，要通過(guò)變電運(yùn)維人員或人工智能機(jī)器人對(duì)變電站進(jìn)行日常巡視，對(duì)變電站戶內(nèi)外及一、二次設(shè)備進(jìn)行巡視及檢測(cè)。在變電站設(shè)計(jì)之初，就要加強(qiáng)感知層的建立，設(shè)置有效的傳感器，在巡檢的過(guò)程當(dāng)中檢查這些溫濕度、電壓電流傳感器的正常工況，獲得更為精準(zhǔn)的巡檢數(shù)據(jù)；另一方面，在處理單相接地故障搶修作業(yè)后還要進(jìn)行相應(yīng)的巡視工作，查看周圍的電桿及附屬設(shè)備是否存在松動(dòng)情況、電力設(shè)備外觀是否完好、是否存在明顯放電情況、故障是否完全消除，經(jīng)過(guò)后期排查之后，才能夠代表一次完整的故障搶修工作結(jié)束。

2.4 單相接地故障的預(yù)防

自然因素控制。對(duì)由于自然災(zāi)害因素造成的單相接地故障要全面加強(qiáng)防范意識(shí)，提前關(guān)注氣候變化，成立相應(yīng)的應(yīng)急機(jī)制，發(fā)布電網(wǎng)薄弱點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，編寫(xiě)事故預(yù)案。在電網(wǎng)建設(shè)之前可進(jìn)行優(yōu)化組合分析，提高方案設(shè)計(jì)的科學(xué)性，因地制宜的實(shí)施電網(wǎng)建設(shè)工作，盡量避開(kāi)山區(qū)林木多、雷擊區(qū)域多、順季風(fēng)山谷、易于脫落的建筑或有其他不穩(wěn)定物品的區(qū)域，并及時(shí)加裝符合防雷等級(jí)的防雷設(shè)備。定期對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行情況進(jìn)行檢測(cè)和維護(hù)，并充分利用現(xiàn)代化的智能監(jiān)控設(shè)備對(duì)設(shè)備運(yùn)行工況及周圍環(huán)境進(jìn)行監(jiān)視，盡可能避免自然因素造成的單相接地故障[2]。

加強(qiáng)電網(wǎng)保護(hù)安全宣傳。對(duì)由于人為因素造成的單相接地故障，電網(wǎng)公司要結(jié)合傳媒形式進(jìn)行新聞網(wǎng)絡(luò)的綜合宣傳，還可以在抖音、微博、微信公眾平臺(tái)上等新媒體進(jìn)行全面的電網(wǎng)設(shè)施保護(hù)宣傳，增強(qiáng)人們對(duì)于電網(wǎng)保護(hù)的意識(shí)。電力執(zhí)法部門(mén)應(yīng)充分發(fā)揮現(xiàn)有立法規(guī)定，加強(qiáng)相關(guān)執(zhí)法力度，對(duì)于一些不法分子對(duì)電網(wǎng)的破壞行為，進(jìn)行嚴(yán)肅懲處。對(duì)于一些由于酒駕、機(jī)械刮碰、運(yùn)輸超載等個(gè)人行為造成的電網(wǎng)破壞，也要進(jìn)行相應(yīng)的警示教育及處罰[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

單相接地故障對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行會(huì)造成較為嚴(yán)重的影響，只有從故障前的預(yù)防措施、故障查找的智能信息技術(shù)的應(yīng)用、故障消除的搶修作業(yè)三個(gè)方面同時(shí)入手，加強(qiáng)各個(gè)環(huán)節(jié)的有效創(chuàng)新，才能夠提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。研究單相接地故障的原因以及處理，有利于從各個(gè)角度看待目前電網(wǎng)運(yùn)行管理當(dāng)中存在的不足，因而要加快技術(shù)支持系統(tǒng)的研究，積極探索新的電網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)，不斷提高電網(wǎng)管理的有效性與科學(xué)性，保證電網(wǎng)穩(wěn)定安全運(yùn)行。