浅谈供电系统单相接地故障研究

金鹏

摘 要：该文对高压供电、单相接地故障进行了理论分析，以及对该故障的危害、真假接地的判断、故障处理和查找接地故障时注意事项进行了全面的论述，具有一定借鉴意义。

关键词：小电流接地；选线分析；可靠性

故障相对地电压降低，非故障两相的相电压升高，但线电压却依然对称，且系统绝缘又是按线电压设计的，所以系统允许短时运行而不切断故障设备，提高了供电可靠性，这也是小电流接地系统的最大优点。但是，若发生单相接地故障后电网长时间运行，特别是发生间歇性电弧接地时，接地相对地电压可能升高到几倍相电压，会严重影响危及供电系统电气设备和线路的安全可靠运行，甚至发展成短路、火灾爆炸、系统断电等恶性电气事故。

小电流接地系统是指中性点不接地或经消弧线圈的系统，在配电系统和矿山供电系统中普遍采用。这种接地系统的优点是当发生单相接地故障时不形成短路回路，故障电流非常小，不需要保护装置立即动作。由于线路的绝大部分故障为单相接地故障，而且很多是瞬时性的，所以，小电流接地系统可以极大地提高供电的可靠性。但小电流接地系统发生单相接地故障时，容易引起过电压，系统绝缘受到威胁，容易扩大为相间短路。因此，应尽快找到故障线路，尽快排除故障。传统的方法是采用逐条线路拉闸的方法判断故障线路，当故障线路被拉断时，接地故障指示将消失。

1 接地故障的判断

1.1 电压互感器一相高压保险熔断，报出接地信号。区分依据：接地故障时，故障相对地电压降低，非故障相对地电压升高，线电压不变，而电压互感器一相高压保险熔断时，对地电压一相降低，另两相电压不变，线电压指示则会降低。

1.2 用变压器对空载母线合闸充电时，断路器三相合闸不同期，三相对地电容不平衡，使中性点发生位移，三相电压不对称，报出接地信号。

区分依据：这种情况在操作时发生，只要检查母线及连接设备无异常，即可判定。投入一条线路或投入一台所用变，接地信号即可消失。

1.3 系统中三相参数不对称，消弧线圈的补偿度调整不当，在倒运行方式操作时，报出接地信号。

区分依据：这种情况多发生在系统中有倒运行方式操作时。经汇报调度，在相互取得联系时，可以了解到。可先恢复原运行方式，将消弧线圈停电调整分接头，然后投入，再进行倒运行方式操作。

1.4 在合空载母线时，可能发生铁磁谐振过电压，报出接地信号。区分依据：电压表有一相、两相、三相指示会超过线电压或以低频摆动，表针会打到头。可分为基波谐振、高频谐振、分频谐振三种。

2 单相接地故障处理方法

根据接地故障的判断所述依据，首先判明故障性质和相别，待确定为接地故障后，采取措施，进行查找处理。

2.1 分网运行缩小范围。分网运行包括系统分网运行和变电站内分网运行，系统的分网应在调度统一指挥下进行，并考虑各部分之间功率平衡、继电保护的相互配合、消弧线圈的补偿度是否适当。对于变电站，分网就是将母线分段运行，缩小范围，找出仍有接地信号的一段母线。

2.2 检查站内设备。确定故障范围后，应对故障范围以内的站内一次设备进行全面的外部巡视检查。主要检查设备瓷质部分有无损坏、放电闪络，设备上有无落物、小动物及外力破坏现象，各引线有无断线接地，检查互感器、避雷器、电缆头等有无击穿损坏等。

2.3 检查站内设备故障处理。故障点可以用断路器隔离。检查发现电流互感器、出线穿墙套管、出线避雷器、电缆头、耦合电容器、线路侧隔离开关等断路器外侧的设备有故障。应汇报调度，转移负荷后，断开断路器隔离故障。拉开故障设备的两侧隔离开关，汇报上级有关领导，做好安全措施，等待修试人员检修故障设备。

2.4 检查站内设备未发现异常。汇报调度，利用瞬停的方法查出故障线路，确定带接地故障的线路。

以上是对有人值班变电站发生小电流接地系统单相接地故障的处理。

3 查找处理过程中的特殊情况

遇有其它断路器跳闸可强送一次。

消弧线圈有故障，应先投入备用变压器，将变压器停运后，拉开消弧线圈隔离开关（将变压器重新投入运行），或先切除故障线路，再拉开消弧线圈隔离开关。严禁在有接地故障时，拉合消弧线圈隔离开关。

当某一出线跳闸，同时出现接地信号，一般是由于两条出线不同相接地，但只有一回出线断路器跳闸，而另一回出线仍然接地的缘故。此时，发生故障线路不再强送，按照接地选线序位表，寻找接地线路。

系统发生接地故障时，同时有两条出线断路器跳闸，跳闸后，接地现象消失，一般判断为两条出线异相接地短路，应轮流强送断路器，鉴别永久性接地点，将非接地线路投入运行。如果两点永久性接地，可强送较重要的线路。如两条线路都很重要，可倒至不同母线上，将母线分段运行。

4 典型选线方法分析

由于测量有误差，加上故障接地电阻变化范围很大，用设整定值的办法实际上根本不能正确选线，必须采用相对浮动的软判据。群体比幅比相选线方法就是采取了这样一种思想。原理如下：（1）监视PT二次开口零序电压，当电压超过30V时启动算法。（2）对各路零序电流进行离散傅立叶变换，针对中性点是否接有消弧线圈分别选出基波或5次谐波幅值最大的前3条线路。这是一个比幅的过程。（3）对选出的3条幅值最大线路零序电流进行比相，若某电流与其它两电流反相，则判该电流对应线路为故障线路；若3者均同相，则判为母线故障。

5 能量法选线判据

据统计表明，电网的绝大多数单相接地故障发生在相电压接近峰值的瞬间。由于系统原来对地平均电压为0，即线路对地电容充电电荷平均值为0，处于零初始状态。等值故障电源投入后，要发生零序回路电容的充电过程。充电过程中伴随着暂态能量由故障点经故障线路向正常线路传递，这部分能量是由等值电源发出，用来在线路对地电容中建立电场能量。所以在故障线路断面上流过的暂态能量大于在正常线路断面上流过的暂态能量，而且流向相反。所以，将各条线路流过的暂态能量确定下来，并比较大小和方向，可构成选线判据。对消弧线圈接地系统，暂态过程中电感需要激磁能量，也是由零序分量提供，所以消弧线圈不但没有破坏判据条件，而且还使特征更加明显。

6 四点注意事项

一是有重合闸装置的断路器，拉路寻找时，应利用重合闸装置进行选线。二是有人值班变电站和无人值班变电站，在拉路选线时，均应至少两人进行操作。三是系统接地时，检查站内设备，应穿绝缘靴，接触设备外壳、构架及操作，应戴绝缘手套。四是发现明显接地时，室内不得接近故障点4m以内，室外不得接近故障点8m以内。

参考文献

[1] 国家安全生产监督管理总局.煤矿安全规程[M].北京：煤炭工业出版社，2002.

[2] 国家安全生产监督管理局.煤矿安全生产基本条件规定[M].北京：煤炭工业出版社，2003.

[3] 国家电网公司.国家电网公司电力生产事故调查规程[M].2005.endprint