10kV中心點不接地系統單相接地故障分析及處理

摘 要：文章結合寶鋼冷軋薄板廠的相關經驗，綜述了中性點不接地系統發生單相接地短路故障的原因、影響，從管理及技術兩方面總結了預防、處理小電流接地系統發生單相接地短路故障的措施、步驟和辦法。

關鍵詞：不接地系統；單相接地；小電流接地

寶鋼冷軋薄板廠10kV系統屬于中性點不接地的系統，也成為小電流接地的系統。這種系統的最大的優點是：采用中性點不接地的，“三相三線”的供電方式，大大地提高了供電的可靠性，減少了線路損耗，降低了跳閘發生率，增強了線路的絕緣。當電網發生單相接地故障時，暫時不會影響用戶的用電，電網可以帶故障運行1-2小時。然而當發生單相接地故障后，非故障相對地電壓將抬升至接近線電壓，對地電容電流亦將增大。如此極易導致電網非故障相的絕緣的薄弱處發生對地絕緣的擊穿，造成兩相或者三相短路，事故范圍擴大。急劇增加的電容電流極容易造成接地弧光，而且難以自動熄滅，還會產生間隙弧光性過電壓，損壞設備，破壞電網的穩定性。因此，如果系統發生單相接地故障，必須在最短的時間內查到故障點，并及時處理。

1 中性點不接地系統單相接地原理

中性點不接地電網在正常運行時，三相對地電壓呈對稱性，中性點對地電壓為零，無零序電壓。由于各相對地電容均相同，故各相電容電流相等，并超前于各相電壓90度。可得出下列結論[1]：

（1）中性點不接地電網發生單相接地后，中性點電壓UN上升為相壓電（-EA），A、B、C三相對地電壓：

冷軋薄板廠發生此類故障后，讀取各相相電壓，故障相相電壓平均在0.6kV，其余兩相相電壓平均在9.8kV。各相相電壓情況也是我廠單相接地故障報警是否真是的最終判斷標準，即為電網線電壓。

同時電網出現零序電壓：

（2）所有線路都出現零序電流，故障線路的接地電容電流等于所有其他線路的接地電容電流的總和。根據歷史統計，冷軋薄板廠單相接地電流一般在40至60安培之間。

（3）故障線路零序電流相位滯后零序電壓90度，非故障線路的零序電流相位超前零序電壓90度兩者之間相差180度。

2 冷軋薄板廠單相接地短路的保護狀況

2.1 小電流接地選線裝置的工作原理

中性點不接地系統發生單相接地故障時，故障線路零序電流等于其他線路的對地電容電流和。線路對地電容電流的大小可通過線路對地電容和故障發生時的零序電壓計算出。將小電流系統所有出線引入裝置。當裝置檢測的三相不平衡電壓超過20V時，通過零序電流的方向來判斷線路，選取電流最大的3條線路，進行方向比較，從而判定故障線路[2]。

2.2 小電流接地選線裝置的工作現狀

冷軋薄板廠小電流接地選線裝置投運至今已10年有余，誤報警平均5.2次/年，報警準確率23%。總體評價效果不佳。由于供電網絡的復雜，目前理論上仍然不存在可靠地小電流接地選線裝置。任何選線報警裝置只能起到參考作用，過分地相信報警內容只會耽誤故障處理時間。因此，此類故障要根據現場情況判斷，如發現選線裝置出現無規則的亂報警現象，應對此裝置進行檢察，不能輕信。

3 單相接地故障的預防

（1）定期巡視配電線路，檢查導線與絕緣子的固定情況是否良好，螺栓和橫擔、拉線螺栓等否松脫。（2）對所有配電電纜、互感器、絕緣子、開關及避雷器等設備應按照周期進行絕緣測試試驗，絕緣不合格的應及時更換。（3）對線路上的變壓器按周期進行電氣試驗，及時維修或更換。

4 單相接地故障的處理

單相接地故障處理方法相當重要。處置不當會發生故障擴大，嚴重的還會發生人員傷害。通過對我廠近6次接地故障的總結，得出以下最優處理方法：

4.1 管理層面

由于我廠10kV電網十分龐大，共220多臺10kV開關柜。當查找單線接地故障點時十分困難，因此應急預案的得當與否以及執行情況對故障處理至關重要。當10kV網絡的任何一點發生單相接地故障時，均會影響到整個廠部各個部門的正常供電，且很難在第一時間查處故障線路。任何一個部門的配合不力都將會影響到整個網路的正常供電。接地故障的處理必須由各個部門緊密配合，協力完成。針對各部門如何配合，我廠結合之前經驗，專門制定了應急預案。預案中將各個負荷按照重要程度分為四個等級。第一等級5分鐘內停電；第二等級10分鐘內停電；第三等級20分鐘內停電；第四等級45分鐘內停電。當發生接地故障時，供電部門將負荷分類，并通知各個部門在對應的時間內做好停電準備。各部門啟動各自停電預案，并在規定時間內做好停電準備。到規定時間后，供電部門將介紹逐一拉閘停電，以便查詢故障。通過多次演練，驗證了此預案的重要性。當發生故障時，在保證各個部門的安全的基礎上，可以確保在2小時內切除故障線路，最小程度地影響其他負荷的設備與供電。

4.2 技術層面

（1）發生單相接地故障報警后，值班人員應馬上檢查故障母線各相相電壓，如果一相接近為零，其余兩相電壓上升至線電壓，確認發生故障。（2）檢查變電所內的電氣設備是否有明顯的故障，如異味、異音等。若無異常，再進行線路接地的查找。（3）將母線改為分段運行，將平時并列運行的變壓器改為分列運行，方便判定單相接地區域。（4）斷開補償電容器回路及空載的線路。（5）根據小電流選線裝置的報警指示，對相應的負荷線路進行拉閘。對多電源線路，可以轉移負荷，通過改變供電方式的方法來尋找故障點。（6）用“一拉、一合”的方式查找故障線路，當斷開某線路斷路器后接地現象相應消失，便可判斷此路為故障線路，接下來繼續對故障線路的斷路器、隔離開關及電纜等設備做進一步檢查。（7）確認故障線路后，在查找故障點過程中采排除法及絕緣搖測等辦法相結合。如果仍然找不到故障點，可以對故障線路試送電一次。送電后若正常，則可能是其它的不明的偶然原因造成；若仍然不正常，那么繼續用排除法查找故障，一直到找到并且消除故障為止[3]。（8）查找和處置單相接地故障時，應該做好安全措施，確保人身安全。當設備接地時，若在室內不得靠近故障點4m以內，若在室外不得靠近故障點8m以內。若要進入上述區域，工作人員必須穿絕緣靴，戴絕緣手套[4]。

5 結束語

10kV系統單相接地故障對供配電設備及電網的安全、經濟運行危害較大。為盡量減少危害，運行人員應在實踐中不停總結經驗，不斷改善規程，逐步提高處理問題的能力。除此之外，還應陸續消除設備隱患，提高設備的安全水平，積極預防單相接地故障的發生。同時還需做好緊急預案，以便故障后盡快查找和消除故障，盡快恢復供電，提高供電可靠性。

參考文獻

[1]何仰贊，等.電力系統分析[M].華中理工大學出版社，1996.

[2]劉衛華.小電流接地系統電壓異常處理[J].江蘇電機工程，2006，25（3）：44-45.

[3]李孟秋，王耀南，王輝，等.小電流接地系統單相接地故障點探測方法的研究[J].中國電機工程學報，2001，21（10）：6-9.

[4]王世禎.電網調度運行技術[M].沈陽：東北大學出版社，1997.

作者簡介：劉兆煉（1981，9-），2004年6月畢業于上海電力學院，學士學位，2013年起就讀上海交通大學機械與動力工程學院工程碩士，現就職于寶山鋼鐵股份有限公司，三電技術區域工程師，工程師。