10kV中心点不接地系统单相接地故障分析及处理

摘 要：文章结合宝钢冷轧薄板厂的相关经验，综述了中性点不接地系统发生单相接地短路故障的原因、影响，从管理及技术两方面总结了预防、处理小电流接地系统发生单相接地短路故障的措施、步骤和办法。

关键词：不接地系统；单相接地；小电流接地

宝钢冷轧薄板厂10kV系统属于中性点不接地的系统，也成为小电流接地的系统。这种系统的最大的优点是：采用中性点不接地的，“三相三线”的供电方式，大大地提高了供电的可靠性，减少了线路损耗，降低了跳闸发生率，增强了线路的绝缘。当电网发生单相接地故障时，暂时不会影响用户的用电，电网可以带故障运行1-2小时。然而当发生单相接地故障后，非故障相对地电压将抬升至接近线电压，对地电容电流亦将增大。如此极易导致电网非故障相的绝缘的薄弱处发生对地绝缘的击穿，造成两相或者三相短路，事故范围扩大。急剧增加的电容电流极容易造成接地弧光，而且难以自动熄灭，还会产生间隙弧光性过电压，损坏设备，破坏电网的稳定性。因此，如果系统发生单相接地故障，必须在最短的时间内查到故障点，并及时处理。

1 中性点不接地系统单相接地原理

中性点不接地电网在正常运行时，三相对地电压呈对称性，中性点对地电压为零，无零序电压。由于各相对地电容均相同，故各相电容电流相等，并超前于各相电压90度。可得出下列结论[1]：

（1）中性点不接地电网发生单相接地后，中性点电压UN上升为相压电（-EA），A、B、C三相对地电压：

冷轧薄板厂发生此类故障后，读取各相相电压，故障相相电压平均在0.6kV，其余两相相电压平均在9.8kV。各相相电压情况也是我厂单相接地故障报警是否真是的最终判断标准，即为电网线电压。

同时电网出现零序电压：

（2）所有线路都出现零序电流，故障线路的接地电容电流等于所有其他线路的接地电容电流的总和。根据历史统计，冷轧薄板厂单相接地电流一般在40至60安培之间。

（3）故障线路零序电流相位滞后零序电压90度，非故障线路的零序电流相位超前零序电压90度两者之间相差180度。

2 冷轧薄板厂单相接地短路的保护状况

2.1 小电流接地选线装置的工作原理

中性点不接地系统发生单相接地故障时，故障线路零序电流等于其他线路的对地电容电流和。线路对地电容电流的大小可通过线路对地电容和故障发生时的零序电压计算出。将小电流系统所有出线引入装置。当装置检测的三相不平衡电压超过20V时，通过零序电流的方向来判断线路，选取电流最大的3条线路，进行方向比较，从而判定故障线路[2]。

2.2 小电流接地选线装置的工作现状

冷轧薄板厂小电流接地选线装置投运至今已10年有余，误报警平均5.2次/年，报警准确率23%。总体评价效果不佳。由于供电网络的复杂，目前理论上仍然不存在可靠地小电流接地选线装置。任何选线报警装置只能起到参考作用，过分地相信报警内容只会耽误故障处理时间。因此，此类故障要根据现场情况判断，如发现选线装置出现无规则的乱报警现象，应对此装置进行检察，不能轻信。

3 单相接地故障的预防

（1）定期巡视配电线路，检查导线与绝缘子的固定情况是否良好，螺栓和横担、拉线螺栓等否松脱。（2）对所有配电电缆、互感器、绝缘子、开关及避雷器等设备应按照周期进行绝缘测试试验，绝缘不合格的应及时更换。（3）对线路上的变压器按周期进行电气试验，及时维修或更换。

4 单相接地故障的处理

单相接地故障处理方法相当重要。处置不当会发生故障扩大，严重的还会发生人员伤害。通过对我厂近6次接地故障的总结，得出以下最优处理方法：

4.1 管理层面

由于我厂10kV电网十分庞大，共220多台10kV开关柜。当查找单线接地故障点时十分困难，因此应急预案的得当与否以及执行情况对故障处理至关重要。当10kV网络的任何一点发生单相接地故障时，均会影响到整个厂部各个部门的正常供电，且很难在第一时间查处故障线路。任何一个部门的配合不力都将会影响到整个网路的正常供电。接地故障的处理必须由各个部门紧密配合，协力完成。针对各部门如何配合，我厂结合之前经验，专门制定了应急预案。预案中将各个负荷按照重要程度分为四个等级。第一等级5分钟内停电；第二等级10分钟内停电；第三等级20分钟内停电；第四等级45分钟内停电。当发生接地故障时，供电部门将负荷分类，并通知各个部门在对应的时间内做好停电准备。各部门启动各自停电预案，并在规定时间内做好停电准备。到规定时间后，供电部门将介绍逐一拉闸停电，以便查询故障。通过多次演练，验证了此预案的重要性。当发生故障时，在保证各个部门的安全的基础上，可以确保在2小时内切除故障线路，最小程度地影响其他负荷的设备与供电。

4.2 技术层面

（1）发生单相接地故障报警后，值班人员应马上检查故障母线各相相电压，如果一相接近为零，其余两相电压上升至线电压，确认发生故障。（2）检查变电所内的电气设备是否有明显的故障，如异味、异音等。若无异常，再进行线路接地的查找。（3）将母线改为分段运行，将平时并列运行的变压器改为分列运行，方便判定单相接地区域。（4）断开补偿电容器回路及空载的线路。（5）根据小电流选线装置的报警指示，对相应的负荷线路进行拉闸。对多电源线路，可以转移负荷，通过改变供电方式的方法来寻找故障点。（6）用“一拉、一合”的方式查找故障线路，当断开某线路断路器后接地现象相应消失，便可判断此路为故障线路，接下来继续对故障线路的断路器、隔离开关及电缆等设备做进一步检查。（7）确认故障线路后，在查找故障点过程中采排除法及绝缘摇测等办法相结合。如果仍然找不到故障点，可以对故障线路试送电一次。送电后若正常，则可能是其它的不明的偶然原因造成；若仍然不正常，那么继续用排除法查找故障，一直到找到并且消除故障为止[3]。（8）查找和处置单相接地故障时，应该做好安全措施，确保人身安全。当设备接地时，若在室内不得靠近故障点4m以内，若在室外不得靠近故障点8m以内。若要进入上述区域，工作人员必须穿绝缘靴，戴绝缘手套[4]。

5 结束语

10kV系统单相接地故障对供配电设备及电网的安全、经济运行危害较大。为尽量减少危害，运行人员应在实践中不停总结经验，不断改善规程，逐步提高处理问题的能力。除此之外，还应陆续消除设备隐患，提高设备的安全水平，积极预防单相接地故障的发生。同时还需做好紧急预案，以便故障后尽快查找和消除故障，尽快恢复供电，提高供电可靠性。

参考文献

[1]何仰赞，等.电力系统分析[M].华中理工大学出版社，1996.

[2]刘卫华.小电流接地系统电压异常处理[J].江苏电机工程，2006，25（3）：44-45.

[3]李孟秋，王耀南，王辉，等.小电流接地系统单相接地故障点探测方法的研究[J].中国电机工程学报，2001，21（10）：6-9.

[4]王世祯.电网调度运行技术[M].沈阳：东北大学出版社，1997.

作者简介：刘兆炼（1981，9-），2004年6月毕业于上海电力学院，学士学位，2013年起就读上海交通大学机械与动力工程学院工程硕士，现就职于宝山钢铁股份有限公司，三电技术区域工程师，工程师。