小電流接地系統(tǒng)單相接地故障處理

楊連艷，崔春全 ，馮 麗

（1. 中國寰球工程公司遼寧分公司，遼寧 撫順 113006； 2. 中國石油遼陽石化公司動力廠，遼寧 遼陽 111003；3. 中國石油遼陽石化公司研究院，遼寧 遼陽 111003）

小電流接地系統(tǒng)是指中性點不接地系統(tǒng)、高阻接地或經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)。在小電流接地系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生單相接地時，由于線電壓相量不變，并且供電系統(tǒng)又是按線電壓絕緣保護(hù)設(shè)計的，所以允許不切除故障而短時間運行。小電流接地系統(tǒng)優(yōu)點在于，在大多數(shù)發(fā)生單相接地能夠自動熄弧后，系統(tǒng)絕緣能自動恢復(fù)，故障自動解除，提高了供電可靠性。但是發(fā)生弧光式接地，可能使供電系統(tǒng)產(chǎn)生諧振，致使供電網(wǎng)絡(luò)崩潰；發(fā)生金屬性接地，可導(dǎo)致系統(tǒng)中另兩相絕緣薄弱點對地?fù)舸?，進(jìn)而發(fā)生短路故障。單相接地故障占電氣系統(tǒng)故障達(dá)50%以上，因此發(fā)生系統(tǒng)接地后應(yīng)及時判斷并盡快切除故障點，以保證系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行。

1 系統(tǒng)發(fā)生單相接地現(xiàn)象及判斷

1.1 單相接地故障的現(xiàn)象

（1）中央音響信號屏（微機(jī)自動化后臺系統(tǒng)）：預(yù)告警鈴報警，“××系統(tǒng)母線接地”光字牌亮，后臺音響報警，故障菜單彈出“××系統(tǒng)母線接地”信息，系統(tǒng)主回路中有自動消弧裝置，消弧裝置啟動，并報警，中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，伴有“消弧線圈動作”光字牌亮。

（2）絕緣監(jiān)察相電壓表指示情況：一相降低（為接地相），其它兩相升高。故障相降低，低于相電壓，不為零，另兩相高于相電壓，三相表不擺動，為不完全接地，即高阻接地；三相電壓表不停擺動，為弧光式接地；故障相電壓為零，另兩相達(dá)到線電壓，為金屬性接地，俗稱“死接地”[1]。

（3）絕緣監(jiān)察電壓3U0：電壓表指示超過15 V（3U0整定動作值），金屬性接地最高達(dá)到100 V，系統(tǒng)消諧器啟動，帶有消諧燈泡會點亮，電壓越高越亮[2]。

（4）故障系統(tǒng)線電壓：線電壓不變。

（5）中性點經(jīng)高阻接地及中性點經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，在中性點經(jīng)高阻接地系統(tǒng)中，裝設(shè)在線接地監(jiān)測裝置接地相電阻較小，并發(fā)出報警；在中性點經(jīng)消弧線圈接地中，裝設(shè)中性點移位電壓表時，當(dāng)不完全接地時小于相電壓，當(dāng)發(fā)生金屬接地時指示為相電壓，經(jīng)消弧線圈電容電流表有一定指示，消弧線圈裝置發(fā)出接地報警。

（6）接地消弧保護(hù)裝置系統(tǒng)：判斷并將接地故障產(chǎn)生電弧通過自動合單相開關(guān)與接地網(wǎng)重復(fù)接地裝置，轉(zhuǎn)移接地故障點接地電容電流，使故障點電弧維持不了而熄滅。消弧保護(hù)裝置發(fā)出接地報警，“弧光接地”與“金屬接地”故障燈點亮，并不能復(fù)位。

（7）單臺供配柜：接地保護(hù)裝置保護(hù)動作，或接地選線裝置動作，故障定位某供配電回路，故障不能復(fù)位，初步判斷為該系統(tǒng)接地。

1.2 “虛幻接地”的判斷及處理

（1）系統(tǒng)母線 PT一次熔斷器熔斷（斷線）：此時3U0會出現(xiàn)35V左右電壓，發(fā)出接地報警信號。但系統(tǒng)相電壓指示一相降低，另兩相電壓不變，線電壓涉及故障相會降低，非故障兩相線電壓正常，如系統(tǒng)為雙PT系統(tǒng)，另一PT相線電壓指示均正常，按規(guī)程停母線PT檢查處理，注意電壓保護(hù)的投退。

（2）空載母線中性點偏移：一般情況在變壓器對空載母線充電時發(fā)生，由于電容不平衡使中性點位移，電壓互感器3U0出口電壓達(dá)到動作值，發(fā)出接地報警信號，檢查母線無異常，選出一條線路故障現(xiàn)象會自動解除。

（3）串聯(lián)諧振：系統(tǒng)中存在容性和感性負(fù)載，特別是帶有鐵磁電感元件，在參數(shù)組合不匹配條件下引起鐵磁諧振，使系統(tǒng)中性點偏移，發(fā)出接地報警信號?？赏ㄟ^調(diào)整系統(tǒng)運行參數(shù)（對雙回線用戶不間斷供電轉(zhuǎn)移負(fù)荷）或臨時增減負(fù)荷來解除（投退廠用變方式），操作時應(yīng)注意系統(tǒng)保護(hù)方式投退。

（4）消弧線圈補(bǔ)償不當(dāng)：由于系統(tǒng)中三相運行參數(shù)不對稱，多發(fā)生在消弧線圈調(diào)整時，匯報調(diào)度，應(yīng)先恢復(fù)原調(diào)整方式，平衡大系統(tǒng)，重新調(diào)整消弧線圈分接開關(guān)檔位。

1.3 接地的判斷

當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生1.1現(xiàn)象時，并排除1.2“虛幻接地”，我們就判斷為系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障。

2 單相接地故障處理

2.1 單相接地處理總體程序

（1）系統(tǒng)發(fā)生單相接地后，值班人員首先復(fù)位報警音響，判斷接地系統(tǒng)，接地方式，接地相別，如故障系統(tǒng)已有線路開關(guān)柜接地保護(hù)動作，進(jìn)行確認(rèn)，故障線路保護(hù)動作能否復(fù)位，迅速向上級系統(tǒng)或調(diào)度匯報，并做好記錄。

（2）檢查消弧線圈及中性點經(jīng)高阻接地系統(tǒng)，動作情況，注意監(jiān)視系統(tǒng)電壓變化情況，如系統(tǒng)接地已解除，及時匯報。

（3）檢查接地消弧保護(hù)裝置系統(tǒng)是否啟動，如啟動，表明故障相發(fā)生弧光接地，系統(tǒng)接地相電壓指示為“零”。復(fù)位故障能否退出消弧保護(hù)，如能退出，檢查系統(tǒng)接地故障是否解除，如不能退出，應(yīng)定期及在分?jǐn)嗫梢晒收虾髲?fù)位。沒有啟動，應(yīng)注意接地故障期間自動啟動后的相應(yīng)處理。

（4）檢查本站（所）內(nèi)故障系統(tǒng)外觀檢查有無異常，重點檢查各設(shè)備瓷質(zhì)部分有無損傷，有無放電及閃絡(luò)現(xiàn)象，檢查設(shè)備上有無異物，有無外力破損現(xiàn)象，線路及引線有無斷線脫落，檢查互感器、避雷器是否擊穿損壞。

（5）若有人員匯報某線路、下級變配電所及負(fù)荷等有故障跡象，則應(yīng)試?yán)摼€路負(fù)荷。

（6）在發(fā)生接地瞬間本系統(tǒng)有否啟動設(shè)備，初送線路負(fù)荷。

（7）按本站操作規(guī)程及事故處理規(guī)程要求對接地故障進(jìn)行相應(yīng)操作處理，并做好系統(tǒng)上下級變配電站值班人員及調(diào)度的聯(lián)系。

2.2 單相接地故障切除方法

2.2.1 人工查找方法-依次拉電

若外觀檢查無問題，則請示調(diào)度，根據(jù)調(diào)度指令拉電總體原則是：先拉合容易發(fā)生故障的線路，易受環(huán)境影響線路及新投入運行的線路負(fù)荷，其次斷電次序為空載線路；純架空線路；電纜、架空混合線路；純電纜線路。

如配出用戶無明顯故障，依調(diào)度令對配出負(fù)荷逐一進(jìn)行拉電查找，為確保減少對用戶影響，本著先對下級互為備用雙電源轉(zhuǎn)移負(fù)荷方法查找，后單一回路停電查找的方式進(jìn)行。對于下級雙電源供電變電所，在進(jìn)行不間斷供電，下級變電所停進(jìn)線時，當(dāng)系統(tǒng)解列后，若接地信號轉(zhuǎn)移到另一系統(tǒng)，則可判定此線路變電所負(fù)荷發(fā)生接地故障；若下一級變電所切開此線路進(jìn)線開關(guān)后，系統(tǒng)解列后，故障系統(tǒng)接地仍沒消失，而在本站分開下級變電所該線路開關(guān)時，故障系統(tǒng)接地消失，則可判定此線路發(fā)生接地故障；如此操作后，接地還沒變化，說明該下級雙電源變電所無接地故障；依此方法直至查找出雙電源供電故障配出線路，環(huán)網(wǎng)線路故障查找方式同雙回線類似，環(huán)網(wǎng)干線開關(guān)數(shù)量決定操作次數(shù)，處理方法為所有干線系統(tǒng)1/2開關(guān)數(shù)量處解列，大系統(tǒng)解列，分兩系統(tǒng)查找，逐步縮小故障范圍，依次拉電定位故障點。如故障仍沒有恢復(fù)，對單一回路拉電查找。

如果配出負(fù)荷無接地故障，經(jīng)以上拉電操作定位于本站（所）母線接地，對于雙回線用戶轉(zhuǎn)移負(fù)荷，本站有備用母線，可將系統(tǒng)單一供電負(fù)荷轉(zhuǎn)移至備用母線，停故障母線檢查測試母線，進(jìn)行故障查找。無備用母線，可停單一供電負(fù)荷對故障母線檢測，查找故障點。

2.2.2 利用接地選線裝置

在6～66 kV系統(tǒng)中，大多安裝小電流接地選線裝置，根據(jù)接地故障時產(chǎn)生的零序電壓和零序電流進(jìn)行綜合判斷，采用比較法選出接地的線路或母線，通過通訊方式或繼電器輸出方式，向監(jiān)控計算主機(jī)報告，值班人員通過選線裝置自動定位故障線路及母線，進(jìn)行相應(yīng)的停電處理，但是從實際運行來看，準(zhǔn)確性受到供電系統(tǒng)運行方式變化、元件配合、線路長短、過渡電阻和測量誤差等因素影響[3]。小電流接地選線裝置多基于故障信號的穩(wěn)態(tài)分量，以此方式選線平均正確率僅為20%～30%，經(jīng)常誤判，使用效果不理想。

2.2.3 利用饋線自動化方式查找

饋線自動化方式查找是對饋出線路進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，接地故障時及時準(zhǔn)確定位故障區(qū)段，自動或人為配合，迅速隔離接地故障區(qū)段并恢復(fù)全區(qū)段正常供電方式，減少人工查找的困難及危險，提高故障處理速度，降低故障導(dǎo)致電氣事故幾率。它的實現(xiàn)共有兩種，基于重合器的饋線自動化系統(tǒng)和基于饋線終端設(shè)備（RTU）的自動化系統(tǒng)，在國外大量使用，由于網(wǎng)絡(luò)龐大，實現(xiàn)起來比較復(fù)雜，投入資金多，推廣性差。特別是對老變配電站實現(xiàn)該功能改造難度大，難以實現(xiàn)。

2.2.4 改變中性點接地方式查找

改變小電流接地方式進(jìn)行接地故障點確認(rèn)，主要應(yīng)用在系統(tǒng)為中性點不接地系統(tǒng)中，系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障，通過啟動裝置啟動中性點高阻接地系統(tǒng)，可以使系統(tǒng)改變?yōu)楦咦杞拥胤绞?，如此通過增加單相接地故障電流，使接地選線保護(hù)動作，選中接地線路，進(jìn)行處理。接地故障時改為高阻接地方式，對于防止諧振過電壓和間歇性電弧接地過電壓有一定優(yōu)越性，對于保證人身安全方面較好，對于易燃易爆負(fù)荷的工業(yè)電網(wǎng)有益。

3 接地檢查及操作切除故障點應(yīng)注意的問題

（1）進(jìn)行接地故障處理時，進(jìn)入室內(nèi)設(shè)備4 m以內(nèi)，室外設(shè)備8 m以內(nèi)，必須穿絕緣靴，接觸設(shè)備外殼和架構(gòu)時，應(yīng)戴絕緣手套，以保證值班人員人身安全[4]。

（2）操作時盡量不要打開設(shè)備安全防護(hù)裝置等，如必須打開防護(hù)門及防護(hù)板，應(yīng)征得調(diào)度及變電所技術(shù)管理人員同意，同時應(yīng)做好操作人員的自身防護(hù)，戴好護(hù)目鏡。

（3）消弧線圈出現(xiàn)故障應(yīng)投入備用變，故障變壓器停運后，拉開消弧線圈刀閘。嚴(yán)禁接地故障未解除時，拉開或合上投入運行變壓器的消弧線圈刀閘。

（4）系統(tǒng)帶接地故障運行不得超過2 h。

（5）進(jìn)行大系統(tǒng)拉電查找接地故障點時，應(yīng)本著從變電站（系統(tǒng)主變壓器）至配出負(fù)荷級變電所，最后至用電負(fù)荷的順序進(jìn)行，逐步縮小故障范圍，以減少操作量，降低對下級負(fù)荷影響。

（6）系統(tǒng)接地中PT一次熔斷器易發(fā)生熔斷故障，否則不得操作、停運PT。

（7）系統(tǒng)中配有消弧保護(hù)裝置，對小電流接地選線裝置有影響，已啟動消弧保護(hù)，拉電后必須進(jìn)行及時復(fù)位，否則不能確認(rèn)真正接地故障點。

（8）將母線分段運行，變壓器并列及解列運行，應(yīng)注意各部位功率平衡、保護(hù)配合、電能質(zhì)量及消弧線圈補(bǔ)償?shù)惹闆r。

（9）電氣操作嚴(yán)格執(zhí)行變電所的《變電所運行維護(hù)及事故處理規(guī)程》。

4 結(jié) 語

經(jīng)過上述分析可以看出，當(dāng)小電流系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，運行人員通過絕緣監(jiān)查裝置、接地選檢裝置、接地保護(hù)裝置啟動，儀表指示情況，就能分析判斷出接故障性質(zhì)，排除“虛幻接地”，并進(jìn)行接地故障相應(yīng)處理，避免故障處理中大面停電對用戶影響，確保電網(wǎng)安全平穩(wěn)運行。同時值班人員，特別是運行管理人員應(yīng)熟悉相關(guān)的運行規(guī)程及電氣安全作業(yè)規(guī)程，了解設(shè)備、供配電系統(tǒng)運行情況，繼電保護(hù)配合情況，提高分析判斷能力，這樣在出現(xiàn)接地故障時，才能有條不紊、沉著冷靜地進(jìn)行故障處理，避免事故擴(kuò)大，或發(fā)生人身傷害事故。

同時，還要從變配電系統(tǒng)設(shè)計上考慮，提高設(shè)備絕緣水平，提高設(shè)備運行的可靠性，選用先進(jìn)的接地選檢裝置，提高選線正確率，快速故障定位，減少人工查找對供電系統(tǒng)影響及人身安全威脅。還要提高電氣檢修維護(hù)人員的技術(shù)水平，改善設(shè)備運行條件，加強(qiáng)設(shè)備、配電線路檢修維護(hù)管理，從而提高電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)及穩(wěn)定運行。

［1］劉介才.供電工程師技術(shù)手冊[M] .北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1997：774-777.

［2］朱聲石.高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)原理與技術(shù)[M].北京:中國電力出版社,1995：248-253.

［3］呂軍，陳維江，齊波.10 kV配電網(wǎng)經(jīng)高阻接地方式下過電壓及接地故障選線[J].高電壓技術(shù)，2009,35（11）：2728-2734.

［4］DL 408-91 電業(yè)安全工作規(guī)程[R].1991：4-5.