10kV母線客戶端接地故障排除分析

贛州八五一臺 朱友林

我國電力系統(tǒng)接地最常見的解決方法主要是分割電網(wǎng)法、短時間阻斷法，基于這兩種最主要的接地故障處理方法。但是更棘手的問題在于如果有系統(tǒng)同名接地并且相繼發(fā)生問題，單是采用上述兩種方式是排除不了系統(tǒng)接地故障的。

1 客戶端接地故障概念

1.1 客戶端接地故障原因分析

接地故障主要是指相線、中性線等帶電導(dǎo)體與地間的短路，“地”是指電氣裝置設(shè)備內(nèi)與大地以及與大地有連接的外露導(dǎo)電的部分和裝置外導(dǎo)電部分。接地故障所引起的間接接觸電擊事故是最常見的電擊事故。接地故障所引起的對地電弧和電火花則是最常見的電氣短路的起火源頭。就引起的電氣災(zāi)害而言，接地故障遠(yuǎn)遠(yuǎn)比一般的電力短路更加危險，而對接地故障所引起的間接接觸電擊的防范措施遠(yuǎn)比直接接觸電擊防范措施要復(fù)雜一些。

根據(jù)10kV 母線配網(wǎng)線路運(yùn)行統(tǒng)計，線路單相接地故障要占總故障的70%以上，而造成10kV 母線線路單線接地的原因有很多，歸納來說主要包含氣候原因、線路通道、交跨原因、工程施工以及產(chǎn)品質(zhì)量、線路設(shè)備絕緣原因、外部因素破壞等。從我國多年的系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗來看，發(fā)生單相接地最主要的原因是以下幾點：首先是線路通道破壞，如樹枝、毛竹或者遇到大風(fēng)大雪天氣使得單線接地；其次就是由于外力的破壞如砍樹、維修線路讓單相線掉落在地面上，從而導(dǎo)致了單線接地。還有就是與其他線路的交叉跨越距離不夠，在夏季或重負(fù)荷的時候線路馳度下降也會引起單相接地；最后就是因為暴雨天氣所造成的雷擊或者其他原因造成的絕緣部件或電氣設(shè)備單相接地。

中性點接地方式有中性點不接地、中性點經(jīng)消弧線圈接地、中性點直接接地三種單相接地類型。目前，10kV 母線配電網(wǎng)中性點的運(yùn)行方式普遍采用的是不接地或經(jīng)消弧線圈接地方式（也被稱為小電流接地系統(tǒng)）[1]。中性點不接地三相系統(tǒng)中，在正常運(yùn)行過程中電網(wǎng)各相對地電壓是對稱的，其大小為相電壓。當(dāng)由于其絕緣受到一定的損壞時發(fā)生單相接地故障時，情況將發(fā)生明顯的變化。據(jù)接地情況不同可將其分為兩類：一類是完全接地（也被稱為金屬性接地，認(rèn)為接地處的電阻近似于零），另一類是不完全接地[2]。

1.2 10kV 母線出線客戶端接地故障的危害

我國因為電氣故障所引發(fā)的火災(zāi)次數(shù)和電氣火災(zāi)造成的經(jīng)濟(jì)損失居于各種火災(zāi)的首位。另外根據(jù)世界各國不完全統(tǒng)計，我國因為電擊死亡的人數(shù)與用電量相比名列前茅。根據(jù)調(diào)查得出因為接地故障所引發(fā)的火災(zāi)和電擊死亡人數(shù)，高壓系統(tǒng)只占據(jù)10%左右，而低壓系統(tǒng)占60%以上[3]。主要原因是低壓配電系統(tǒng)問題較多、涉及面廣泛，操作使用一般都是缺乏用電安全知識的人們。而且因為目前建筑市場的魚龍混雜，相關(guān)部門的風(fēng)氣不正出現(xiàn)一些二次裝修無證設(shè)計，市場監(jiān)督管理不善，未經(jīng)過原設(shè)計單位許可就隨意的進(jìn)行修改，使得一些賓館、俱樂部、飯店、家庭、學(xué)校、公寓等電氣火災(zāi)和電擊死人的現(xiàn)象不斷發(fā)生[4]。

配電線路單相接地故障所引起的危害，可能會使得系統(tǒng)在經(jīng)過長時間的運(yùn)行時，燒毀電壓互感器，使得電力設(shè)備受到大量損壞，導(dǎo)致大范圍的停電。在單相接地故障發(fā)生時，還可能發(fā)生間歇性弧光接地，也可能造成諧振過電壓，使線路上的絕緣薄弱點擊穿，造成嚴(yán)重的短路事故，也可能發(fā)生嚴(yán)重的電氣火災(zāi)事故。如果發(fā)生導(dǎo)線落地這一單相接地故障，對于來往的人群和車輛都有很大的危害，還會發(fā)生跨步電壓所引起的人身傷亡事故[5]。

2 電力系統(tǒng)概念

電力系統(tǒng)故障中產(chǎn)生后果較為嚴(yán)重的類型有短路、故障、損傷等。而其中短路故障對電力系統(tǒng)的危害是最大的。電力系統(tǒng)容易發(fā)生故障和短路的原因是因為在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)下，不同之間的相產(chǎn)生了短接，影響到正常的工作程序，使得電力系統(tǒng)紊亂所以才被稱為短路。造成電力短路最重要的原因就是因為不同性質(zhì)的電力材料破損、老化、故障才導(dǎo)致的，還有一部分是因為維修人員的操作不當(dāng)或者線路接線不良等操作行為才會使得電力系統(tǒng)受到影響，從而導(dǎo)致電力系統(tǒng)狀態(tài)的不良運(yùn)行[6]。

在生活中最常見的電力系統(tǒng)故障，一是水平電力所造成的故障，二是因為線路短路所造成的。水平電力所造成的故障一般包括了單線短路、多線短路等。這是因為不同線路之間的電壓和電流有時候并不相同，所以一旦產(chǎn)生幾條線路相交就會引起電力反應(yīng)造成了電力系統(tǒng)短路。根據(jù)研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)繼電保護(hù)故障均為三個相位電路，而且其中可以進(jìn)行任意分組且最多能分為三類，在相關(guān)專業(yè)上被稱為“三相相量對稱法”。其實“三相相量對稱法”主要是將不對稱的電流和電壓分別分成三組分量。分別為：正序分量主要是是指三相之間的分量大小都相同，但是彼此之間的相位卻不同。負(fù)階分量主要是指三相之間的負(fù)階之間的大小都相同，但是相位卻存在一定差距。零階分量主要是指三相零階分量之間的大小均為相等，且彼此相位相同。

3 解決客戶端接地故障方法

3.1 保護(hù)10kV 母線出線客戶端接地安全

與短路故障不同的是電導(dǎo)體與金屬管、設(shè)備外殼、金屬機(jī)械等大地短路都被稱為接地故障，所以它們在意義上是與短路故障是不相同的。由于接地故障發(fā)生的環(huán)境比較隱蔽不易被發(fā)掘和檢查，這也提高了維修人員的工作難度。電力系統(tǒng)在給世界帶來便捷的同時，也制造了很多與電氣火災(zāi)相關(guān)的災(zāi)難。為了能夠更好維護(hù)電力系統(tǒng)客戶端的良好運(yùn)行，同時減輕電氣火災(zāi)對人們所造成的影響保護(hù)人們的財產(chǎn)生命安全。相關(guān)部門需要制定一系列完善的保護(hù)措施和維修流程，才能有效的將接地故障的電流、電壓控制到合理的范圍內(nèi)以減少故障所產(chǎn)生的危險事故。常見的電擊一般分為兩種，第一種是屬于直接接觸式，然而直接接觸僅僅是作為保護(hù)器的后部防護(hù)，具體作用較小。第二種則是間接接觸式，在物體與物體之間受到傷害的時候一定是通過另外一個載體才造成的事故或故障。

1類電氣設(shè)備在接地時可以自動的進(jìn)行切斷故障，而且電氣裝置的外露會導(dǎo)致導(dǎo)電部分必須與pe線相互連接才能實現(xiàn)接地。2類、3類則是通過電氣設(shè)備的加強(qiáng)絕緣體和特低電壓來進(jìn)行的電氣隔離來防止接地故障的發(fā)生。在日常生活中使用1類方法的較多，但是在使用過程中當(dāng)高度一旦超過2.5米及以上時就不能接地，因此對于人體可接觸范圍內(nèi)的電氣裝置外露的部分一定要接地，不然會使人遭受到電擊的傷害。總等電位聯(lián)結(jié)使得裸露的導(dǎo)電部分處于一個該電位，用這種方式可以消除被電擊的危險，減少因為電氣動作不可靠所帶來的傷害。當(dāng)電源干線中的PEN 線被折斷時，三相負(fù)荷并不平衡時，負(fù)荷的中性點電位進(jìn)行漂移，PEN 線和金屬設(shè)備外殼對地帶電位，如果一般的室內(nèi)設(shè)置有總等電位聯(lián)結(jié)，即使發(fā)生了客戶端接地故障或者是電擊現(xiàn)象也會因為其接觸的電壓較低，使得危險系數(shù)相應(yīng)降低。總等電位的聯(lián)結(jié)有利于消除電磁場引起的干擾，從而對于弱電系統(tǒng)是十分重要而不可忽視的一項保障措施。

3.2 完善消弧線圈專業(yè)管理

健全消弧線圈的驗收、巡視、檢修等各個技術(shù)環(huán)節(jié)上的管理機(jī)制。根據(jù)我國2017年國家電網(wǎng)公司所發(fā)布的“五通”規(guī)定，開展消弧線圈常態(tài)化管理，嚴(yán)格把控生產(chǎn)安裝環(huán)節(jié)。其次形成系統(tǒng)的消弧線圈的控制器檢驗操作流程，并歸入到例行檢查工作內(nèi)容之中。還可以開展小電流接地系統(tǒng)電容電流周期性的測試工作，并開展所轄變電站小電流的系統(tǒng)母線電容電流理論計算，對比測試值和理論值。對于不同的廠家的選線裝置開展實際調(diào)研，挑選出最優(yōu)最合適的裝置進(jìn)行試點應(yīng)用。我們會使選線裝置采集相關(guān)模擬量并上傳到總系統(tǒng)中，為維護(hù)和排除故障提供必要條件。

對于低勵磁阻抗變壓器接地裝置，各個試點可以進(jìn)行大力宣傳和投入，加大對低勵磁阻抗變壓器接地裝置的應(yīng)用，解決目前接地電流系統(tǒng)故障排除緩慢、排除正確率低這些可能存在的隱患。同時還對10kV 間隔零序TA 的設(shè)計、開發(fā)、研制、安裝等規(guī)定工作系統(tǒng)，完善了零序TA 檢查機(jī)制，實現(xiàn)了定期檢修和維護(hù)零序TA 電路系統(tǒng)，進(jìn)一步建立科學(xué)系統(tǒng)的安裝維修流程。

3.3 短時間切斷法

利用短時間切斷法對10kV 1類母線各處線路分別試?yán)檎夜收暇€路。拉開10kV A 線1101開關(guān)，接地末消失，再合上10kV A 線1101開關(guān)恢復(fù)供電；拉開10kV B 線1102開關(guān)，接地末消失，再合上10kV B 線1102開關(guān)恢復(fù)供電；通過對各個線路的試?yán)?，并沒有找到接地故障出現(xiàn)的線路。指令變電維修人員將10kV 1101A 線與10kV 1101B 線分別進(jìn)行熱備用轉(zhuǎn)檢修，通知線路運(yùn)檢單位處理并向上級匯報以上情況。因此真正適用10kV 母線出線客戶端接地故障不停電的排除方法主要有分割電網(wǎng)法、短時間切割法和逐一試送線路法。

綜上，經(jīng)過對送線路法不斷的試驗?zāi)軌虻贸觯途€路法能夠在單母線發(fā)生多條或者是單條線路同名相接地故障時，能夠快速的排查到發(fā)生接地故障的電力線路，進(jìn)行及時處理，能夠極大程度保障系統(tǒng)正常運(yùn)行和人們的生命安全。送線路法改變了傳統(tǒng)的單線接地查找方法，更加快捷高效的找到接地故障的線路。通過排查出接地故障線路從安全角度上能夠極大程度的避免單線接地對設(shè)備的損傷。