輸電線路單相接地故障的特征、危害與定位技術分析

摘要：文章對輸電線路單相接地故障的基本特征進行了分析，同時探討了輸電線路單相接地故障的發生所造成的危害，以及故障處理過程中所需的定位技術。

關鍵詞：輸電線路；單相接地故障；特征；危害；定位技術

中圖分類號：TM755 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）08-0129-01

隨著我國社會經濟的快速發展，我國的電力系統建設規模也實現了快速的擴展，小電流接地系統數量也在逐漸增加。因為小電流接地系統具有電壓等級較低的基本特征，因而其單相接地故障的發生率也普遍偏高，非故障相對地電壓升高，若輸電線路出現間歇性弧光接地現象，會引發弧光過電壓，進而威脅系統的絕緣性能，導致相間短路范圍擴大，最終造成大面積的停電事故，以及嚴重的經濟損失。

1 單相接地故障的基本特征

多雨、潮濕的氣候條件下，輸電線路單相接地故障的發生率通常偏高，其主要誘發原因包括：小動物危害、單相斷線、單相擊穿配電線路上絕緣子以及樹障等。單相接地故障發生后，非故障兩相的相電壓會明顯升高，而故障相對地的電壓則會迅速降低，而線電壓仍然保持對稱狀態，所以，不會對電力系統供電的連續性造成不良影響，電力系統能夠持續運行1～2 h。

輸電線路單相接地故障的基本特征主要表現為：第一，電弧接地。若A相發生完全接地，則故障相的電壓會有所下降，但不會降低到零，非故障相的電壓會迅速提高到線電壓。第二，空載母線虛假接地問題。母線空載運行過程中，潛在三相電壓不平衡的發生風險，且會產生接地信號現象。而這一接地現象會在送上一條線路后逐漸消失。第三，串聯諧振。因為電力系統中由感性參數和容性的元件，尤其是存在帶鐵芯的鐵磁電感元件，因而一旦參數組合出現匹配不當現象，就會導致繼電器動作和鐵磁諧振，并出現接地信號。這一問題可通過網絡參數的改變進行解決，主要處理措施包括減少線路、增加臨時線路、合上或斷開母聯斷路器等。第四，高壓側發生熔斷件熔斷或是一相斷線后，故障相電壓會迅速下降，但不會降低到零，而非故障相的電壓并不會明顯升高，其主要原因在于，二次回路中該相電壓表會與兩相電壓表及互感器線圈共同構成串聯回路，指示電壓數值也較小，而不是其真是的電壓，非故障相仍為相壓。第五，若出現A相完全接地現象，則故障相的電壓會瞬間降低為零，而非故障相的電壓會逐漸提高為線電壓。第六，當發生一相（如A相）不完全接地時，也就是電弧接地或是電阻過高時，中性點電位會發生偏移，故障相的電壓會迅速較低，但不會降低到零。非故障相的電壓會逐漸提高至相電壓以上，而不會達到線電壓。

2 單相接地故障的危害

輸電線路發生單相接地故障后，若電網仍然堅持運行，則會對整個電力系統產生如下損害：第一，電壓互感器鐵芯會嚴重飽和，進而造成電壓互感器因負荷過重而損壞。第二，在特定條件下，故障點會出現間歇性電弧，進而形成串聯諧振過電壓，其電壓值會提高到相電壓的2.5～3倍，進而對電力系統的安全運行產生破壞作用，并誘發相間短路問題。第三，故障點會出現電弧，進而導致設備燒毀，對電力系統的安全運行產生破壞作用。第四，因為完全接地時非故障相對地電壓會快速提高，并達到線電壓水平，可能會擊穿電力系統中的絕緣薄弱部位，形成電力系統短路故障，擴大電力系統故障的影響范圍，導致系統無法正常供電。

3 輸電線路單相接地故障定位技術

3.1 阻抗測距法

阻抗測距法的主要原因在于，通過測量故障線路的電流和電壓，對故障點的距離進行計算和分析，雙端電源系統中的單端阻抗法測距的主要原理，如圖1所示。

雙端測距方法與單端測距方法是阻抗測距法最為常見的兩種類型。其中，單端測距方法還能夠進一步劃分為工頻電氣量法和時域法兩類，時域法的測量基礎為點電壓電流微分方程的滿足，一般情況下需要設定測量點電流與故障點電流故障分量同相位，對測量點與故障點之間的電感進行計算和測量，進而計算出故障的發生距離。工頻電氣量法的主要原則在于，對穩態故障網絡方程進行計算，進而測得故障的距離。因為測距方程中共有線路對端電流相量、過渡電阻和故障距離等四個未知量，而按照故障穩態網絡，只有兩個方程能夠完整列出，因而不符合定解的基本要求。一般的做法為，按照電力系統運行的基本特征，將影響電氣量的對端系統參數進行相應的設置，以減少未知數的數量，從而獲得故障的發生距離。時域方法能夠最大限度地消除對端系統阻抗所產生的影響，因而測距精度更高，然而，這一測量方法需要計算相應的倒數，所以具有較高的采樣速率要求。雙端算法能夠在完全避免單端算法原理所存在缺陷的基礎上，實現計算精確度的提高。

3.2 行波測距法

按照分類規則的不同，行波測距法通常可以劃分為較多的種類，且不同的種類均具有各自的特征，主要包括：

第一，按照側距方法和行波種類分類。行波法可以劃分為：故障點反射波與測量點獲得的故障開斷初始行波浪涌之間的時延進行單端輸電線路故障距離測試的方法，以及故障點與測量點之間通過重合閘形成的暫態行波的傳播時間進行單端輸電線路故障距離測試的方法。第二，按照所使用的電氣量劃分。按照所使用電氣量的不同，可以將行波法劃分為兩類：一是通過雙端線路的故障信息對故障距離進行測試，也可稱為雙端測距；二是通過單端線路的電流、電壓等故障信息對故障距離進行測試，也可稱為單端測距。第三，按照是否離線進行劃分。通常可將行波法劃分為在線測距和離線測距兩種方法。第四，按照行波信號的來源進行劃分。通常可將行波法劃分為無源行波測距與有源行波測距兩個種類。其中，無源行波測距指的是對故障點信號進行直接測量，而無需使用高頻通道設備，以及專門設置外加信號源，因而經濟性更好，也更加簡便。而有源行波測距則應使用外加信號源，使用專門的脈沖信號發生器發出信號，通過元件的啟動以及與其連接的設備在故障發生線路加入信號源。

4 結 語

雙端測距法、單端測距法、阻抗法和行波法作為常用的輸電線路單相接地故障定位技術，均具有各自的優勢和不足，在輸電線路單相接地故障的具體定位和處理過程中，應選擇相應的處理方法，以提高故障處理的準確性和有效率。

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