電網(wǎng)調(diào)控模式下的幾種典型接地故障處理

楊 林 鄭 偉 王 亮 張宇時

（1. 國網(wǎng)遼寧省電力有限公司技能培訓中心，遼寧，錦州 121001； 2. 國網(wǎng)遼寧錦州供電公司調(diào)度控制中心，遼寧，錦州 121000； 3. 國網(wǎng)遼寧省電力有限公司調(diào)度控制中心，沈陽 110006）

在我國，3～66kV 電網(wǎng)中一般采用中性點非直接接地方式，即主變中性點采取的是不接地或經(jīng)消弧線圈接地的方式。在小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時，不構(gòu)成短路回路，故障電流不大，因此允許短時間運行而不立即切除故障，從而提高供電可靠性。但這時如果是金屬性接地，非故障相對地電壓升高為線電壓，這種過電壓對系統(tǒng)運行造成很大威脅，因此必須盡快查找接地點，并及時隔離。本文主要討論小電流接地系統(tǒng)中，如何快速查找并處理各種典型接地故障，減小接地故障對電網(wǎng)和社會的影響，并提出幾種預(yù)防接地故障發(fā)生的措施。

1 接地故障產(chǎn)生的原因

單相接地故障是電網(wǎng)中出現(xiàn)概率最大的一種故障，特別是在雷雨、大風和冰雪等惡劣天氣情況下，單相接地故障更是頻繁發(fā)生。66kV 及以下的中低壓配電網(wǎng)，由于設(shè)備元件多，設(shè)計裕度小，運行環(huán)境相對惡劣等因素，因此發(fā)生接地故障的概率更大。發(fā)生單相接地故障的具體原因主要有：設(shè)備絕緣不良，如老化、受潮、絕緣子破裂、表面臟污等；發(fā)生絕緣擊穿接地；小動物、鳥類、漂浮物及吊車等外力破壞；線路斷線，導線固定不牢等；惡劣天氣和人為因素等[1]。其中，導線斷線、絕緣擊穿和樹木短接是電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障的最主要原因。

2 接地故障的現(xiàn)象

發(fā)生單相接地時，一般會有以下現(xiàn)象出現(xiàn)。

1）發(fā)生單相接地的系統(tǒng)內(nèi)變電站接地警報，接地光字牌亮。

2）同一系統(tǒng)內(nèi)的三相對地電壓不平衡，相電壓表上顯示故障相電壓低于額定相電壓或為0，其他兩相電壓高于額定相電壓或等于額定線電壓，3U0超過動作整定值，發(fā)出接地告警信息。

3）系統(tǒng)內(nèi)運行的消弧線圈有異響，出現(xiàn)大電流，電流值等于消弧線圈運行檔位的額定電流。

小電流接地系統(tǒng)中常發(fā)生一些故障，也能發(fā)出接地報警信號，因此如何區(qū)別真假接地是進行接地選擇處理的前提。下面是各種常見故障的主要特征。

1）單相完全接地

一相電壓為0，兩相電壓升高為線電壓，電壓為0 的相為接地相[2]。線電壓保持不變。

2）單相不完全接地

一相電壓降低但不等于0，兩相電壓升高，但不超過線電壓。電壓降低的相為接地相。

3）單相斷線

一相電壓升高，兩相電壓降低。其中電壓升高相為斷線相。

4）電壓互感器高壓側(cè)熔斷器熔斷

一相電壓降低，兩相電壓不變，相關(guān)相別的線電壓降低。電壓低的一相為高壓熔斷器熔斷相。

5）基頻諧振

一相電壓降低，兩相電壓升高超過線電壓，線電壓基本不變，諧振電流很大，PT 有響聲。

3 接地故障的處理步驟

電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障告警時，監(jiān)控員應(yīng)主動檢查本系統(tǒng)中其他變電站母線電壓數(shù)值，確認系統(tǒng)確實發(fā)生接地故障，應(yīng)立即將接地時間、相別、母線電壓、消弧線圈動作情況報告值班調(diào)度員，并可結(jié)合現(xiàn)場匯報情況，盡快尋找故障點切除故障，避免擴大為兩點接地或相間故障，引起線路跳閘，影響持續(xù)供電[3]。

3.1 接地故障處理的注意事項

1）系統(tǒng)帶接地故障運行時間，一般不可超過2h。

2）帶接地故障運行時，應(yīng)加強監(jiān)視電壓互感器和消弧線圈的運行狀態(tài)，防止出現(xiàn)異常造成事故擴大，并及時報告調(diào)度。

3）在系統(tǒng)接地時，不得拉合消弧線圈的隔離開關(guān)，也不得用隔離開關(guān)斷開接地電氣設(shè)備。

4）用“瞬時停電法”查找故障線路時，無論線路上有無故障，均應(yīng)立即合上，瞬時停電小于10s。

5）如在異常天氣出現(xiàn)頻繁瞬間接地，則可以將絕緣水平低、分支多、主干線長、故障率高的線路停電，待風雨停止后再試送電。

6）觀察、判定接地故障是否消失，應(yīng)從接地信號、三相對地電壓、消弧線圈聲音等情況相結(jié)合判定，防止誤判斷。

7）當采用分割電網(wǎng)的辦法選擇接地故障時，應(yīng)考慮各系統(tǒng)供電不受影響。分網(wǎng)運行時，應(yīng)考慮分網(wǎng)后各部分之間的功率平衡、繼電保護配合和消弧線圈的補償?shù)纫蛩亍?/p>

8）只有一臺消弧圈的系統(tǒng)，允許帶接地故障運行的時間，由消弧線圈的溫升確定；有多臺消弧線圈的系統(tǒng)中個別消弧線圈溫升達到規(guī)定時，而故障線路未選出或因故不能停下時，可以切除該消弧線圈。

9）當系統(tǒng)三相電壓同時升高或任一相電壓超過運行線電壓10%時，說明系統(tǒng)產(chǎn)生了PT 鐵磁諧振過電壓，手動選出后不再試送。

10）拉路選擇接地時，應(yīng)考慮電容電流的變化，避免系統(tǒng)發(fā)生全補償諧振。

3.2 接地故障處理的原則順序

1）根據(jù)系統(tǒng)接地當時的實際情況（如用戶報告，接地自動選擇裝置顯示的接地線路或線路跳閘重合成功后發(fā)生的接地等），可以臨時變更接地選擇順序，優(yōu)先選擇，以求迅速找出故障點[4-5]。

2）拉開母線無功補償電容器斷路器。

3）分割電網(wǎng)法檢除。當兩條母線并列運行，解母聯(lián)開關(guān)判明哪條母線系統(tǒng)接地后，仍恢復雙母線并列運行方式。

4）充電線路可先檢除。

5）在不影響負荷的情況下，選擇聯(lián)絡(luò)線、雙回線和環(huán)狀線路進行判斷。

6）選擇分歧多、線路長的次要負荷線路。

7）選擇重要的負荷線路。重要用戶和保安負荷通知后，再進行接地選擇。

8）對于只有一臺消弧線圈的系統(tǒng)，帶消弧線圈的線路一般最后檢除。

9）判明接地線路后，令線路維護單位巡線處理。

4 幾種典型接地故障處理

電網(wǎng)中發(fā)生接地故障時，故障點可能在變電站內(nèi)部設(shè)備上、輸電線路上，也可能在用戶的用電設(shè)備上。無論故障點在哪里，都需要盡快將故障消除，保障電網(wǎng)安全、可靠運行。

4.1 變電站內(nèi)設(shè)備發(fā)生接地

變電運行人員檢查站內(nèi)電氣設(shè)備是否有接地故障：如設(shè)備瓷質(zhì)部分有無破損，有無放電閃絡(luò)；設(shè)備上有無落物、小動物及外力破壞等；有無斷線接地；避雷器、電纜頭有無絕緣擊穿等現(xiàn)象。在檢查確認變電站內(nèi)設(shè)備無問題的前提下，按線路接地故障處理。

如果接地點在站內(nèi)時，可能在母線或連接母線的設(shè)備上，可能在主變二次側(cè)至母線間，可能在開關(guān)至甲刀閘間，也可能在開關(guān)至乙刀閘間。

1）接地點在母線上。如果是雙母線并列運行，需要將接地母線上的負荷倒至另一母線，用母聯(lián)開關(guān)切除接地故障點。如果是單母分段接線時，一般以停電原則進行處理。

2）接地點在主變二次側(cè)至母線間。一般需將該主變負荷轉(zhuǎn)移后，將主變停電再進行故障處理。

3）接地點在開關(guān)至甲刀閘間。有旁路的可采用旁路代送，用甲刀閘解環(huán)流，再用開關(guān)切除故障點。拉刀閘前，須拉開兩回路開關(guān)控制電源。此處理方法不影響線路停電，供電可靠性高。如果沒有旁路，且該母線上負荷重要，由于各種原因不能停電時，可采用人工接地法隔離故障點，保證母線上其他線路繼續(xù)正常供電。

4）接地點在開關(guān)至乙刀閘間。如果有旁路，處理方法同接地點在開關(guān)至甲刀閘間（用乙刀閘解環(huán)流）。

案例1：某220kV 變電站匯報調(diào)度，66kV 系統(tǒng)A 相100%永久接地，站內(nèi)檢查發(fā)現(xiàn)某線路電流互感器瓷套對地放電，線路所帶負荷主要不能停電。電氣主接線如圖1所示，消除故障點的主要處理步驟如下。

圖1 電氣主接線圖

1）合上側(cè)路甲刀閘、丙刀閘后，合上側(cè)路CL開關(guān)給側(cè)母充電，充電良好后，拉開側(cè)路CL開關(guān)，側(cè)母停電。

2）合上線路1丙刀閘。

3）合上側(cè)路CL開關(guān)。

4）拉開線路1 開關(guān)和側(cè)路開關(guān)的控制直流電源。

5）拉開線路1乙刀閘解環(huán)。

6）合上線路1和側(cè)路開關(guān)的控制直流電源。

7）拉開線路1XL開關(guān)。(用線路1XL開關(guān)切除接地故障點，接地信號消除)

8）拉開線路1甲刀閘。

9）令檢修人員進行處理。

案例2：某變電站線路開關(guān)A 相與母線側(cè)刀閘之間發(fā)生單相接地故障，且該變電站無旁路，如果母線由于各種原因不能停電，如圖2所示。分析由于單相接地故障發(fā)生在線路1 開關(guān)A 相與母線側(cè)刀閘之間，斷開線路1 開關(guān)不能將故障點隔離，同時不能用刀閘切除故障點。此情況可采用人工接地法隔離故障點，消除故障點的主要事故處理步驟如下。

圖2 人工接地法

1）選擇一條備用或不重要的線路。在冷備用狀態(tài)下，在備用線路乙刀閘A相線路側(cè)裝上單相人工接地線。

2）將該備用線路加入運行（使人工接地線與故障點并列）。

3）拉開備用線路開關(guān)的控制直流電源。

4）拉開運行線路1 開關(guān)及兩側(cè)刀閘。

5）合上備用線路開關(guān)的控制直流電源。

6）拉開備用線路開關(guān)及兩側(cè)刀閘。

7）拆除備用線路刀閘A相線路側(cè)單相人工接地線。

8）接地故障點進行檢修處理。

4.2 變電站外線路發(fā)生接地

線路發(fā)生接地故障時，可能為1 點接地，也可能為2 點或多點接地。

1）發(fā)生接地告警，且無線路跳閘

小電流接地系統(tǒng)發(fā)生接地時，監(jiān)控員對接地現(xiàn)象做詳細記錄，并立即報告調(diào)度，如有消弧線圈的變電站應(yīng)監(jiān)視其溫升，隨時與調(diào)度聯(lián)系處理。如果有智能接地選線系統(tǒng)的按其顯示的線路進行選擇，無智能接地選線系統(tǒng)的變電站按接地選擇順位表選擇。首先判斷系統(tǒng)發(fā)生接地故障，然后區(qū)分是變電站內(nèi)接地還是線路接地，分割電網(wǎng)縮小檢除范圍，檢除最可能發(fā)生接地的線路，檢除不影響負荷的充電線路和聯(lián)絡(luò)線，減除次要負荷線路，最后減除重要負荷線路和帶消弧線圈線路等。如果減除一遍接地告警信息消失，即為單點接地，對該接地線路進行處理即可。如果減除一遍接地告警信號未消失，即可判斷為同相兩點或多點接地，在已確定的范圍內(nèi)逐次拉開線路，當拉開某一線路，接地信號消失，說明此線路上有接地點，此線路暫時不送電，然后將已拉開的線路開關(guān)依次合上，當出現(xiàn)接地告警信號時，說明此線路有接地點，此線路暫時不送電，再依次送出其他線路，無接地信號時，完成接地線路判明后，根據(jù)實際要求決定是否送電，并應(yīng)立即停用接地線路的重合閘，如果接地線路跳閘，不進行強送。

對于66kV 雙母線系統(tǒng)存在的接地故障，還可以用倒母線隔離開關(guān)和拉合母聯(lián)斷路器進行選擇，此方法優(yōu)點是不影響線路負荷，特別適合重要負荷多的變電站系統(tǒng)。該方法只需要在220kV 變電站內(nèi)操作即可完成接地選擇，但對變電運行人員的操作能力和素質(zhì)要求較高。

2）發(fā)生接地告警，且有線路跳閘

如果接地點為兩點，且接在同一個變電站的不同線路上的不同相上，會同時有線路跳閘和接地告警信號。如果10kV I 線A 相接地，II 線B 相接地。會發(fā)出I 線跳閘，II 線不跳閘且有B 相接地告警。因為I 線A 相裝有CT，II 線B 相未裝CT，短路電流使I 線保護動作斷路器跳閘。如果10kV I 線A相接地，II 線C 相接地。根據(jù)接地點情況及兩回路保護整定值，綜合考慮，可能I 線跳閘或II 線跳閘，也可能I 線、II 線同時跳閘，電網(wǎng)接地現(xiàn)象消除。

案例3：某66kV 系統(tǒng)如圖3所示，當有人通過95598 報告，線路I 發(fā)生A 相接地故障，需要停電處理時，處理的原則步驟如下。

1）視甲變電站負荷情況，將10kV 母線負荷改#2 變帶，#1 變帶消弧線圈停電。

2）拉開甲變電站變66kV 母線分段開關(guān)K1。

3）驗證補償度無問題，拉開I 線K2 開關(guān)。

4）拉開甲變電站變I 線入口刀閘，將線路I 停電。

5）將甲變電站變的消弧線圈改合適的補償度后，合上K1 開關(guān)，#1 變送電與#2 變并列。

6）通知線路維護單位，對66kV I 線進行處理。

圖3 某66kV 系統(tǒng)圖

案例4：某變電站66kV 系統(tǒng)如圖4所示，系統(tǒng)發(fā)生接地報警，該系統(tǒng)接地選擇處理主要步驟如下。

圖4 某變電站66kV 系統(tǒng)圖

1）判斷66kV 系統(tǒng)存在接地故障。

2）拉開I、II 母線上的電容器。

3）與帶電作業(yè)單位聯(lián)系，確認非作業(yè)引起，并停止帶電作業(yè)。

4）令接地系統(tǒng)內(nèi)有條件的變電站檢查66kV 設(shè)備是否有接地，站內(nèi)無問題。

5）拉開66kV 母聯(lián)開關(guān)，若判明接地點在I 母線后，合上母聯(lián)開關(guān)。

6）減除充電線路L1。

7）線路L4、L5 改單回線帶后，分別減除、判斷。

8）線路L3 減除、判斷。

9）聯(lián)系風電場，線路L2 減除、判斷。

10）線路L6 減除，接地現(xiàn)象消失，判明線路L6 存在接地。

5 接地故障的預(yù)防措施

鑒于導致單相接地故障的原因有很多，可采取以下幾種方法進行預(yù)防，盡量減少接地故障的發(fā)生。

1）提高系統(tǒng)絕緣和耐雷水平。在規(guī)劃設(shè)計時，在接地故障頻發(fā)區(qū)，加裝氧化鋅避雷器[6]；增加桿塔高度；在污穢環(huán)境下，應(yīng)提高設(shè)備的外絕緣強度和防污穢等級，線路上也可采用絕緣導線等。

2）施工前后嚴把質(zhì)量關(guān)。施工安裝前，不允許任何不合格的設(shè)備和材料混進電網(wǎng)中；線路架設(shè)完畢后，應(yīng)按要求完成有關(guān)試驗、檢測工作，履行嚴格的驗收手續(xù)。

3）加強運行管理，認真做好巡視工作，消除隱患。在春、秋檢時認真組織清除電網(wǎng)缺陷，消除樹木威脅，合理安排檢修，盡量縮短檢修時間，提高檢修質(zhì)量。加強宣傳工作和預(yù)防措施，防止外力破壞。

4）定期對配電變壓器、避雷器、跌落式熔斷器、絕緣子等進行試驗及絕緣電阻的測量，選用優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，對不合格設(shè)備及時進行維修或更換。

5）在配電長線路上加裝分段開關(guān)。這可以有效縮小故障范圍，減少停電范圍和停電時間，有利于快速查找故障點和隔離故障。

6 結(jié)論

為了降低單相接地故障給電網(wǎng)和用戶帶來的不良影響，電網(wǎng)運行人員應(yīng)熟悉有關(guān)運行規(guī)程，熟悉設(shè)備情況，提高故障處理能力。當電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，要沉著冷靜，認真分析，正確判斷并避免故障發(fā)展，盡快消除故障威脅。同時，加強科學管理，提高人員素質(zhì)，積極應(yīng)用新技術(shù)、新設(shè)備，并做好各種預(yù)防措施，以便快速查找和消除故障點，提高電網(wǎng)的供電可靠性，保證電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行。

[1] 譙坤.小電流接地系統(tǒng)單相接地故障判斷和處理[J].農(nóng)村電氣化,2005(5).

[2] 李洪波.63kV 及以下變電站運行中幾種相近異?，F(xiàn)象的分析[J].電網(wǎng)技術(shù),2001(12).

[3] 王平.小電流接地系統(tǒng)中單相接地故障的判斷與處理[J].電氣技術(shù),2007(1).

[4] 劉明群,陳晶,吳水軍,莫海峰.云南電網(wǎng)小電流接地選線裝置應(yīng)用[J].云南電力技術(shù),2013(2).

[5] 毛幸遠,陳曉敏.基于接地阻抗判斷的配網(wǎng)自適應(yīng)接地選線新技術(shù)[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2011(17).

[6] 陳火彬.10kV 配電線路單相接地故障的檢測和預(yù)防[J].電力設(shè)備,2005(3).