低压配电线路单相接地故障原因分析及防范对策

潘 义

(南京市审计干部培训中心，江苏 南京 210008)

低压配电线路单相接地故障原因分析及防范对策

潘 义

(南京市审计干部培训中心，江苏 南京 210008)

作为配电系统最常见的故障，低压配电线路单相接地故障危害很大。现从单相接地故障的检测装置及检测方法入手，对其发生原因、危害进行探讨，并提出故障防范对策，具有一定的指导意义。

配电系统；单相接地；检测方法；预防

0 引言

一般而言，低压配电网是指从配电变压器低压侧(额定电压为400 V)总路开关直到用电客户电能计量装置的电力线路总称。低压配电网络一般为中性点直接接地系统，该电压等级网络是电力系统中电压等级最低、运行环境恶劣、数量庞大且与居民用电联系最为紧密的电力网。由于线路长、线路走廊复杂，单相接地是低压配电线路常见的一种故障。单相接地故障发生后，故障相对地电压降低，同时非故障相相电压升高，但线电压依然对称，不影响连续供电，可在故障状态下继续运行1～2 h。但若故障后系统长时间运行，则会严重影响变配电设备的安全及配电网的正常运行。

1 单相接地故障的检测装置及方法

1.1 单相接地故障的检测装置

检测单相接地的绝缘监察装置，通常由电压互感器、信号继电器以及监视仪表等构成，其中电压互感器采用三相五柱式，其有1组原绕组及2组副绕组。副绕组一副开口接线为三角形，反映零序电压，另一副绕组同时测量线电压及相电压。若配电系统中有单相金属性接地故障发生，绕组中则会出现零序电压。同样，若系统中发生非金属性单相接地，第二副绕组开口端也会有电压，当电压值超过继电器的动作电压时，则信号继电器和电压继电器都会动作，有音响及灯光信号发出。通过信号以及电压表的指示，工作人员便可知道发生了接地故障，同时可以判定故障相，并向调度值班员汇报。正常运行时，第一副绕组三相电压对称，理论上第二副绕组开口端无电压。

1.2 单相接地故障的检测方法

单相接地故障通常有2种检测方法，即被动式检测法及主动式检测法。被动式检测法通过故障瞬间配电系统各项数据的变化来判别故障，包括5次谐波法、首半波法及电容电流脉冲幅值法；主动式检测法主要有不对称电流法。具体如下：(1) 5次谐波法。检测配电线路中电流的5次谐波，看其变化情况，当5次谐波突然增大，并伴随系统电压下降，则可判定为发生接地故障。缺陷：可靠性低。(2) 首半波法。线路发生单相接地的瞬间，故障相对地电容将会对接地点放电，进而产生电流脉冲，首半波法通过对接地瞬间电容电流的首半波及电压波形进行采样，来比较其相位。若该瞬间电容电流首半波与电压同相位，同时导线对地电压降低，便可判别为发生了单相接地故障。雷击故障会造成首半波法的误判，其可靠性为60%～70%，但不需设定阈值，适用范围比较广。(3) 电容电流脉冲幅值法。配电线路单相接地故障出现的瞬间，故障处接地点将会有一个高幅值高频率的暂态电流出现，其幅值大于稳态时该点电容电流值的几倍到几十倍。这是由于单相接地故障发生时所有非故障线路的暂态电流均流向故障线路，并通过故障点流回大地，使得从变电站到故障点间，故障线路的暂态电流幅值最大。因此，可通过采集和比较暂态电容电流的幅值来判别接地故障及相别。实践中该方法需设定阈值，检测准确度较低。(4) 不对称电流法。配电线路发生单相接地故障时，不对称电流法通过检测故障线路伴随出现的不对称电流信号的特征来判别接地故障是否发生并进行故障点定位。一般而言，变电站内或线路上都装设有不对称电流源检测装置，若配电线路上某点发生单相接地故障，检测装置可检测到故障信息，则可首先判别故障相，再对故障相施加特定信号，通过线路上的故障检测装置检测指示出故障位置。不对称电流法还可以消除谐振，抑制过电压，安全性很高，且由于不受系统运行方式、中性点接地方式及拓扑结构的影响，该方法准确性较高。

2 低压配电线路单相接地故障发生的原因

(1) 设备故障原因。由于设备使用年代久远，造成绝缘老化、附件损坏、容量偏小。譬如低压熔断器故障，多发生在以前安装的总路保险箱内，底座损坏较多；低压刀闸故障，发生原因多为绝缘瓷座断裂、瓷座式刀闸不经常操作、闸口和动静触头有锈蚀等；绝缘子破裂，出现污秽闪络放电，在雾雨天发生闪络、放电，绝缘电阻降低。(2) 线路质量原因。1) 线路布局不合理，安装质量得不到保证。如部分线路未按规范安装，交叉跨越距离远；部分线路安装前未进行绝缘子的交流耐压试验，导致接地电阻达不到要求；导线风偏和垂度过大，距离建筑物过近。2) 线路维护工作不到位。若在平时线路运行时，不按规定进行定期检修及维护，则会导致线路自身有缺陷，进而发生接地故障；日常工作清障不足，线路因风偏对杆塔放电，刮风时树枝碰线等。3) 线路受到周围树木和通道的影响。若平时工作中不重视配电线路通道的维护，不对树木进行定期修剪，也会导致单相接地故障的发生。(3) 雷雨天气影响。雷雨天气，线路容易受到雷击，出现单相接地故障；部分线路没有安装避雷器，雷击后反击过电压导致出现接地故障。(4) 治安管理原因。由于地方治安不良和防盗措施有限，低压配电线路常有导线被盗现象，导致单相接地故障的发生；平时维修不及时，线路自身存在缺陷以及工作人员误操作，也可能会引起短路故障。(5) 用户故障原因。1) 用户低压断路器容量不够，过负荷严重而烧坏；2) 用户缺乏正确的用电常识，将断路器的正常跳闸报为故障；3) 用户屋内布线不合理，导致单相接地故障较常发生。

3 单相接地故障的影响及危害分析

(1) 对变电设备的危害。配电线路单相接地故障发生后，变电站出口母线的电压互感器会检测到零序电流，产生零序电压，电压互感器励磁电流增加，铁芯饱和，长时间运行会烧毁；可能产生很高的谐振过电压，危及变电设备的绝缘，甚至导致变电设备绝缘击穿。(2) 对配电设备的危害。发生单相接地故障后，可能引发间歇性弧光接地，产生很高的谐振过电压，进一步导致线路上的绝缘子击穿，引发更严重的短路事故；同时也可能使线路上熔断器、避雷器的绝缘击穿、烧毁，引发电气火灾事故。(3) 对区域电网的危害。单相接地故障严重时，可能破坏区域电网的安全和稳定运行，甚至造成更大事故。(4) 对供电可靠性的影响。单相接地故障发生后，一方面要进行人工选线，中断正常线路的供电，影响供电可靠性；另一方面，停运故障配电线路，在查找及消除故障点的过程中，很难保证用户正常用电，有可能会造成长时间、大面积停电，影响供电可靠性。(5) 对供电量的影响。单相接地故障发生后，查找及消除故障过程以及故障线路停运过程都会引发停电，导致供电量的减少。

4 单相接地故障的防范对策

4.1 接地故障处理办法

配电网发生单相接地故障后，运行维护部门必须马上安排人员，对配电线路进行巡视和排查，故障点查找运用分片、分段、分设备的“排除法”，同时可以与绝缘遥测、登杆检查等方法一并使用，在最短时间内确定故障点，并尽快消除故障；变电站值班人员应做好记录，迅速报告给调度人员，并按指令寻找故障线路，若将某线路断路器拉开则接地现象消失，判断其为故障线路。

4.2 接地故障预防对策

(1) 定期检查配电线路。主要是对导线及周围的建筑物进行检查。比如，树木间距是否满足规范，导线是否出现松股及外伤现象，导线弧垂大小是否合适，绝缘子中导线是否牢固等。

(2) 定期对配电变压器及常用变压器进行检查及维修，及时更换不合格的变压器。(3) 维护和检修配电线路时，要重点检查杆塔导线的接头，确保其没发生发热变形的情况；同时检查绝缘子是否被雷击等。(4) 定期进行绝缘测试。绝缘测试主要针对线路的避雷器、熔断器及绝缘子等设备。同时，还应测试变压器的绝缘，以保证其性能正常；检查高压引下线接头，确保其接触良好。(5) 安装避雷器和分支熔断器，确保可以快速查找、判断雷击故障点，最大程度地缩小故障发生范围，缩短停电时间，减小停电面积。

5 结语

低压配电系统中，单相接地故障的发生几率很大，严重影响着电力系统安全、经济运行。单相接地故障的防范关键是做好日常运行维护工作，及时发现缺陷并且加以消除，确保电力系统良好的运行环境。故障发生后，需快速发现并隔离故障点，最大限度地缩小停电范围，确保人身和设备的安全，提高供电可靠性。

[1]徐君政，曾子维.如何排除单相接地故障[J].农村电气化，2005(10)

[2]王梅芳.梅林水厂10 kV配电设备继电保护的整定计算方法探讨[J].重庆电力高等专科学校学报，2005(1)

2014-07-22

潘义(1962—)，男，江苏南京人，工程师，主要从事机电设备运行管理工作。