220 kV 线路中的接地故障分析

李 敏

（国能（泉州）热电有限公司，福建 泉州 362804）

220 kV线路作为电厂和新能源电站的送出线路，其安全稳定运行起着非常重要的作用。在电力系统的实践中，220kV 输电线路双重保护配置已得到推广，现场采用双组主保护相互配合，保护动作的正确率也越来越高，然而却不能杜绝线路故障率的增长。尤其是当电力系统出现局部故障时，例如常见的线路接地故障，如果不能快速的恢复故障，可能会危及电力系统的稳定和一次设备的正常使用。因此，如何预防线路接地故障，如何快速有效地处理线路接地故障是现阶段的研究目标。

1 220 kV 线路接地故障分析的意义

现阶段，我国220 kV 及其以上的高压输电线路为大电流接地系统，其中性点直接接入地面，接地线路在短路时会产生很大的电流，较易发生单相接地保护故障，此故障产生的具体原因非常多，比如瓷瓶闪落、雷击、山火、断线等，分为永久性故障和瞬时性故障两种形式，当故障发生之后，技术人员很难迅速分析出故障点形成的具体原因，抢修不及时就会影响整个输电线路的运行效果。鉴于此，需要查找220 kV 线路中接地保护故障的起因，并研究解决方案，对电力发展具有很好的现实推动意义。作C 相26 ms、重合闸动作759 ms、电流差动保护ABC 相838 ms、距离加速ABC 相851 ms，故障测距为0 km，故障相别C，故障相电流值40.36 A，故障零序电流30.24 A，故障差动电流86.91 A（线路CT 变比：1 200/5 A）。

RCS-902C 保护动作报告：工频变化量阻抗C相8 ms、纵联距离动作C 相16 ms、纵联零序方向C 相16 ms、距离I 段动作C 相27 ms、重合闸动作760 ms、距离加速ABC 相848 ms、纵联距离动作ABC 相858 ms，故障测距为0 km，故障相别C，故障相电流值38.02 A，故障零序电流44.4 A（线路CT 变比：1 200/5 A）。

变电站侧PRC02C-21 保护：FOX41 A 收发信机C 相“收信”灯亮。录波显示，在强送时，线路C相电流达到12 000 A 左右，A、B 两相均未出现故障电流。

检查线路避雷器，线路A、B、C 相避雷器计数器均未增加，电厂220 kV I 母线、电厂220 kV II 母线C 相避雷器计数器由0 变1 增加一次，＃1 主变、＃01 启备变的高压侧C 相避雷器计数器均增加一次。后续检查C 相线路避雷器上下节合格，具体数据见表1 中所试验数据。

表1 线路A、B、C 相避雷器检测数据

2 案例分析

某电厂220 kV 线路开关跳闸，经检查开关跳闸原因为C 相受雷击造成单相接地短路。

RCS-931A 保护动作报告：工频变化量阻抗C相8 ms、电流差动保护C 相14 ms、距离I 段动线路避雷器型号：YH10W-200/496，持续运行电压：156 kV，额定电压：200 kV，10 kA 下残压：496 kV。

在龙门架线路架空地线光缆与龙门架钢梁接近处4 根铝线断股，光缆表面有灼烧痕迹（见图1），杆塔连接金具及均压环雷击烧伤，下部绝缘子变色，绝缘子球头处烧伤（见图2、图3），线路间隔C 相分支母线出墙转角初支持绝缘子（象牙白色）表面有贯穿性放电痕迹，筒壁内侧由于放电发黑（正常为白色），并有白色的粉末（见图4）。

图1 架空地线光缆表面灼烧痕迹

图2 绝缘子球头处烧伤痕迹

图3 杆塔连接金具及均压环雷击烧伤

图4 C 相分支母线支撑绝缘子放电痕迹

该电厂RCS-931A 及RCS-902C 两套线路保护均瞬时动作，C 相跳闸并在0.7 S 后重合，重合后C相仍有故障电流，距离保护后加速三跳动作。厂站值班人员在故障发生30 min 后又送电，故障处绝缘薄弱点又一次被击穿，造成接地故障，变电站侧保护瞬时跳闸。变电站侧保护柜内收发信机C 相“收信”灯亮，保护启动，说明变电站侧保护测得正方向故障，而电厂侧保护为反方向故障，保护启动，不发信，两侧保护装置正确动作。该电厂出线段位于沿海地区，为平原地形，此次故障为雷直击于该线路OPGW 光缆以及线路C 相，C 相绝缘子发生闪络，线路开关跳闸。另一方面，雷电波沿杆塔和OPGW 入地，造成杆塔接地引下线连接处和站内构架处OPGW 光缆烧伤。由于连环雷击，导致线路避雷器动作后的能量特性无法恢复，第二次雷击发生后，残压上升，导致GIS 装置中绝缘水平较薄弱的支持绝缘子被击穿，保护动作正确跳闸。

根据案例分析，这起故障事件的主要原因有：一是线路避雷器失效。连环雷击后避雷器无法恢复正常工作，无法有效抑制和分流雷电，导致雷电进一步作用于线路和GIS，造成严重损坏。这表明线路避雷器本身存在问题，或维护不善导致其失去正常功能。二是GIS 支撑绝缘子质量不足。GIS 支撑绝缘子作为重要隔离元件，其绝缘强度应充分考虑雷电冲击等情况，但在本案例中首次故障后残余电压即可导致其击穿，这显示其绝缘水平可能过低，不符合使用要求。三是值班人员故障处理不当。30 min 内未彻底检查和修复故障，便急于送电，这直接导致故障再次发生，属严重失误。这需要加强人员培训，制定详细的故障处理流程，杜绝此类失误再次发生。四是OPGW 光缆与杆塔之间的距离太近。正常情况下其间距不应小于20 mm，距离太近除了可能导致光缆与杆塔发生摩擦外，还可能会发生间隙放电，电弧灼伤光缆外层预绞丝的风险。综上，这起故障事件的发生，实属多方面原因造成，需要电力企业从避雷、绝缘、故障处置等方面全面检查与改进，消除系统薄弱环节，提高设备抗雷能力和人员专业水平，确保系统安全高效运行。

3 220 kV 线路中接地故障的预防及应对措施

针对上述分析的220 kV 线路中的接地保护故障，提出以下几点预防及应对措施，以提高接地保护的可靠性和安全性。

3.1 加强接地保护的设计和设置

接地保护的设计和设置是保证接地保护正确动作的基础和前提，是预防接地保护故障的重要措施。上述案例中继电保护装置动作正确，避免了更大的损失。因此，在设计时需要根据线路的具体参数和运行条件，合理选择接地保护的类型、方式、参数、范围等，使之能够准确判断故障区域和性质，及时切除故障分段，避免误动或拒动。对于特定的绝缘装置，可以安装电压等级为高一电压等级的绝缘体，这降低了接地故障的可能性。

3.2 加强接地保护的运行和维护

接地保护的运行和维护是保证接地保护正常工作的重要保障，是应对接地保护故障的重要手段。因此，需要建立健全接地保护的运行和维护制度，明确各级各部门的职责和权限，规范各项操作和流程，加强监督和管理。同时，在预防和纠正接地错误时，应考虑以下两个方面：一方面，应根据法规要求定期检查和校验接地保护的装置、电路和元件，特别是避雷器和线路上的电力元件，如熔断器、绝缘子等，应评估其性能和状态，确保其完好无损，灵敏可靠，符合规范要求。如果发现问题，应及时进行测试并更换损坏的部件，消除隐患。另一方面，应对配电线路进行大修，并定期安排能源人员进行维护或更换，以消除故障风险。此外，在日常工作中，还需要定期检查配电线路的总体运行情况，如及时清理鸟巢、检查绝缘子的固定状态等。

3.3 加强接地保护的教育和培训

接地保护的教育和培训是提高接地保护人员素质和能力的重要途径，是防范和消除人为因素导致的接地保护故障的重要措施。因此，需要加强对接地保护人员的理论知识和实践技能的教育和培训，使其熟悉并掌握接地保护的原理、功能、特点、操作、维修等方面的内容，提高其分析判断、处理应急、解决问题等方面的能力。同时，需要加强对接地保护人员的职业道德和安全意识的教育和培训，使其遵守规章制度，严格执行操作规程，杜绝违章作业，防止事故发生。

3.4 加强接地保护的研究和创新

接地保护的研究和创新是提高接地保护水平和效果的重要途径，是适应电力系统发展变化和需求变化的必要条件。因此，需要加强对接地保护相关领域的研究和创新，如在理论模型、算法优化、设备改进、技术应用等方面进行探索和尝试，以解决现有接地保护存在的问题和不足，提升现有接地保护的性能和效率。同时，需要关注国内外最新的研究成果和技术动态，在借鉴经验和引进技术的基础上进行消化吸收和创新改造，以形成具有自主知识产权和核心竞争力的接地保护技术体系。

4 220 kV 线路接地故障的查找方法

4.1 传统查找方法

配电线路中最常见的故障检测方法是人工巡线法和分段选线法等传统方法。然而，传统的接地故障检测方法技术水平低，存在盲目应用的问题，难以及时检测和排除故障。例如，人工巡线法的搜索精度和稳定性低，搜索过程花费时间较长。此外，由于配电线路的复杂性，传统的配电线路接地缺陷检测方法已不再有效快捷。必须改进传统的搜索方法，以确保配电网的安全、稳定和可靠运行。

4.2 配电线路绝缘遥测法

目前，我国对接地设备的检测主要采用人工监测模式，这种模式不仅耗时耗力，而且容易产生误差。因此，可以使用基于绝缘遥测的配电网接地故障检测方法。与传统的接地故障排除方法一样，隔离遥测也有发现故障绝缘体效率低的缺点，增加了接地误差的实际处理时间。可以广泛用于地面故障排除的隔离现场遥感设备。首先拆除配电线，将有一定水分的配电线放在沙子中，在3～4 cm 的沙子下翻转，然后连接针状瓷避雷针。在振动计绝缘线末端的沙子上，以绝缘线末端为接触点，可以进行绝缘检查和现场测试，该方法可用于配电线路单个和多个绝缘子的高性能测试。通过遥测和配电线路两端绝缘值的参数比较，可以确定绝缘值降低的区域是接地故障端，以减少故障检测。

5 结束语

总之，随着我国经济的快速发展和电力系统的建设，对电力系统运行效率的要求不断提高。作为电力系统的重要组成部分，为了提高电力系统的高效运行，有必要引入更多的自动化设备和继电保护。220 kV智能电站继电保护的运行和维护对整个电力系统的正常运行有着重大影响。因此，发电厂必须对220 kV线路的接地故障采取有效的维护策略。在处理接地故障时，应注意工作人员的手段的应用，同时也应加强先进技术和设备的应用，此外，应定期开展故障预防和线路维护工作，及时消除潜在故障。