电力系统配网接地故障实用性案例分析

沈 春

（国网江苏省电力有限公司东台市供电分公司，江苏 盐城 224200）

0 引 言

在现代社会，电力系统作为支撑日常生活和工业活动的基础设施，其稳定、可靠运行至关重要[1-4]。电力系统配网的安全性和效率直接影响着整个社会的能源供应与经济发展。在众多影响电力系统稳定性的因素中，接地故障尤为突出。它不仅是配电网络中最常见的故障类型之一，而且是导致电网故障和供电中断的主要原因。接地故障的发生可能会导致电网失稳、设备损坏、甚至触发大规模的电力中断，给社会经济带来巨大的负面影响[5]。因此，深入理解接地故障的性质、影响及其解决方案对于保障电力系统的安全运行具有重要意义。

1 接地故障

在电力系统的配电网络中，接地故障属于一种频繁出现的故障模式。这种故障发生时，通常表现为电力系统内的单相或多相电线与地面之间产生了非预期的电气连接。这种故障通常由绝缘材料的老化、机械损伤、自然灾害或设备故障等原因引起。

接地故障按照涉及的相数和故障特性可以分为多种类型，如单相绝缘损坏接地故障、单相断线接地故障等。这些故障类型对电力系统的影响各不相同，但通常都会导致电网的电压不稳定、功率损失增加，甚至引发安全事故。理解接地故障的基本概念和分类是诊断和解决这些问题的关键，也是保障电力系统稳定运行的基础。

2 案例分析

2.1 单相绝缘损坏接地故障

单相绝缘损坏导致的接地故障是电力系统中最普遍的故障之一。在此类故障发生时，系统中的一个相线由于绝缘层的损坏意外地与地面建立了电气连接。这种故障的典型成因包括线路绝缘因长期使用而老化、遭受机械性损伤，或是外部因素如动物干扰等。其主要表现为故障相线形成一条低电阻通路至地面，导致该相的电压出现下降，而其他非故障相的电压可能相应升高。这不仅影响了单个相线的运行，还可能导致整个电网出现电压不平衡，这种不平衡不仅影响电力质量，还可能导致敏感设备的损坏。尽管单相绝缘损坏接地故障通常不会立即导致大规模的电力中断，但如果不及时处理，则可能会演变为更严重的多相故障。因此，对于单相绝缘损坏接地故障的快速检测和有效处理是保障电网稳定运行的关键。故障示意如图1 所示，在该电力系统模型中，表示中性点，表示接地点，Uα、Uβ和Uγ分别表示α、β、γ三相的相电压，Cα、Cβ和Cγ表示α、β、γ三相的接地电容。

图1 单相绝缘损坏接地示意

在三相对称系统中，3 个相位的电压值相同且它们之间的相位差为120°。此外，这3 个相位对地的电容值也是相等的。当α相发生短路时，电容Cα会被短接，此时的接地阻抗为Q。这表示α相的接地电容被有效地去除，从而改变了该相与地之间的电气特性。当α相发生单相接地故障时，可以使用节点电压方程来确定系统中性点的对地电压为

电力系统中的接地类型可以由Q值的大小分为金属接地和非金属接地。在金属性接地的情况下，接地点的对地阻抗理想化为零，对地导纳则无限大。运用极限的概念，可以推断出系统中性点的对地电压等于Uα，即α相的电压，接地点的电压则为零。根据电压向量图分析，在这种情况下，β和γ相的电压将上升到原来的线电压水平。接着基于实际案例进行分析，如图2 所示，案例的对象是广东省某地区实际电网，故障发生时间为2023 年3 月15 日16:45。从图2 中可以明显得出发生的故障是金属性接地故障，其中α相的电压骤变到8.25 kV，β相的电压骤变到1.23 kV，γ相的电压骤变到8.75 kV。

图2 单相绝缘损坏接地故障

相反，当发生非金属性接地时，中性点的对地电压值会小于Uα。这种情况下的电压向量图显示，虽然β和γ相的电压仍然会有所提升，但不会达到线电压的水平。这种差异在分析和处理接地故障时非常关键，影响着电力系统的整体电压分布和稳定性。

2.2 单相断线接地故障

单相断线接地故障是电力系统中的一种更为严重的接地故障形式，通常发生在系统的一相导线发生断裂或脱离连接，断线的那一相与地面发生了接触，进而引起的故障，如图3 所示。

图3 单相断线接地示意

这类故障的发生通常是由于外部力量造成的损害（如风暴、车辆冲撞），材料的疲劳与腐蚀，或者是维护不当等。在发生单相断线接地故障时，受影响的相线将完全失去电压，从而导致电力供应出现中断。这不仅会影响连接在该相上的用户，还可能导致整个系统不平衡。当α相出现单相断线接地故障时，可以利用节点电压方程来计算此时电力系统中性点相对于地面的电压为

从式（2）可知，在发生单相断线接地故障的情况下，发生故障的那一相电压会降低，同时伴随着其他两相电压的相应上升。基于实际案例进行分析，如图4 所示，案例的对象是广东省某地区实际电网，故障发生时间为2023 年6 月25 日12:15。从图4 中可以明显得出发生的故障是单相断线接地故障，其中γ相发生断线故障，α相的电压骤变到2.15 kV，β相的电压骤变到3.75 kV，γ相的电压骤变到8.95 kV。

图4 单相断线接地故障

3 常规处理流程

在处理电力系统中的接地故障时，实施一套精确和系统化的处理程序是极为关键的。需要对故障类型进行准确的判断，可以通过观察三相电压的不平衡特征来实现，从而将故障归类为单相绝缘损坏接地故障或单相断线接地故障等。一旦识别为这2 类故障之一，就要确定相关变电站是否具备接地故障选线程序。目前大多数变电站均装配了接地故障选线系统，对于迅速定位故障点至关重要。如果变电站配置了该系统，操作人员将根据系统的指示执行拉路操作；反之，如果没有该系统，将根据预先制定的接地拉路序位表手动进行。拉路操作旨在隔离故障并恢复正常的母线电压。完成此步骤后，将派遣线路人员进行详细巡检，以确切地定位故障源。在整个过程中，强调安全预防措施至关重要。故障点一经确认，相关情况将立即上报给调度中心。然后，调度人员会根据现场的具体情况，指导对故障点的隔离，并尝试远程操作变电站的主开关。一旦试送操作成功，标志着故障已得到有效处理。通过这一连串周密的操作步骤，电力系统中的单相接地故障和单相断线故障得以有效解决，从而保障电网的稳定运行和整体安全性。

4 预防措施

为了有效预防电力系统中的接地故障，采取一系列预防措施至关重要。首先，定期的系统检查和维护是预防故障的基础。这包括对电线、绝缘材料、接地系统以及其他关键组件的定期检查和更换。通过这些措施，可以提前发现并修复可能导致故障的磨损或损坏。其次，升级电力系统的监控和自动化技术同样重要。利用先进的传感器和监控系统，可以实时监控电网的运行状态，并在异常情况出现时及时发出警报。这有助于及时识别潜在的故障源，从而避免故障的发生。再次，加强对电力系统的物理保护，如适当的隔离、覆盖和防护，尤其是在容易受到外部因素影响的区域（如易受风暴影响或动物活动频繁的区域），也是预防故障的有效方法。这可以防止外部因素如树枝、动物等直接导致的故障。最后，对于电力系统操作员和维护人员的培训也不可忽视。通过培训，确保他们了解最新的维护技术和故障预防策略，这对于及早发现和处理潜在问题至关重要。除此之外，建立一个全面的风险评估和管理体系，以识别电力系统中潜在的弱点和风险区域，从而提前采取措施，防止故障的发生。通过这些综合性的预防措施，可以显著降低电力系统中接地故障的发生概率，确保电力供应的稳定性和安全性。

5 结 论

文章深入探讨了电力系统配电网络中的接地故障问题，并提出了一套常规处理流程和预防措施，旨在为相关行业提供更有效的手段来解决接地故障问题。未来的工作方向应该集中在开发更为先进的故障检测技术，提高故障处理的效率，并实施更有效的预防措施。