10 kV線路高阻接地故障的分析及處理

凌 青

廣東電網有限責任公司 湛江供電局 廣東湛江 524000

我國電力系統快速發展，城市供電負荷日益增大。10kV線路具有出線長、走向復雜、電容電流大等特點，加之在設計、施工和驗收過程中可能出現的失誤，導致在變電運行中發生線路接地故障的概率大大增大，特別是沿海地區遭遇臺風、雷雨等災害性天氣時，接地故障數量大大增加。單相接地是電網的主要故障形式，其故障數量占全電網故障總量的60%以上，其中，弧光接地[1]對系統和電網的影響最大，而高阻接地則是最復雜的故障，部分弧光接地故障就是從高阻接地故障發展而來的。由此可見，對10kV線路高阻接地故障進行分析和處理具有重要意義。

1 現行10kV系統運行方式的特點

目前我國10kV電網系統采用小電流接地運行方式，常見的接地方式主要有三種： 中性點不接地[2-4]、中性點經消弧線圈接地[5-7]、中性點經小電阻接地[8-10]。

中性點不接地，即中性點對地絕緣，系統結構簡單，運行方便，多用于以10kV架空線路為主的供電系統。當發生單相接地故障時，流經故障點的穩態電流可近似看作電網中非故障相電纜、架空線路及所有電氣設備的對地耦合電容電流。如果是瞬時故障，一般能自動熄弧，恢復正常運行。當發生單相接地故障時，非故障相對地電壓升高，而相電壓和線電壓維持不變，規程規定允許運行1～2h，一般不影響用戶的供電可靠性。

中性點經消弧線圈接地是在變壓器10kV側中性點接一個消弧線圈，然后接地，用消弧線圈的感性電流對非故障相容性電流進行補償，進而自行熄弧。目前，以架空線為主的地區多采用消弧線圈串聯電阻方式，這種方式兼備消弧線圈和小電阻的優點，是10kV系統較為理想的一種接地方式。目前許多變電站都配置了自動跟蹤補償消弧裝置，可以通過調節電感值對接地線路進行有效補償。當發生單相接地故障時，能有效抑制故障點的殘壓，減小故障電流。

中性點經小電阻接地是指在變壓器中性點經一個小電阻接地，該電阻在單相接地時產生短路電流，且與故障相耦合電容構成并聯回路，是電容電荷的釋放元件和諧振的阻壓元件。在系統單相接地、短路電流小于定值時，可通過接地電流啟動零序保護直接動作于跳閘。當發生單相接地故障時，線路的繼電保護動作可靠性高，能迅速有效切除故障[11]。

2 10kV線路高阻接地的現象及特點

10kV線路發生的接地故障，一般可分為弧光接地、金屬性接地和高阻接地?；」饨拥匚：ψ畲螅拥貢r若不能及時熄弧，將產生高于3Um(電源相電壓)的過電壓，容易發展為相間短路。高阻接地是最復雜和最難發現的，多數高阻接地主要由架空線路斷線、樹枝掛碰、絕緣子或避雷器老化及被擊穿、電纜絕緣受潮等原因造成，特別是在雷雨、潮濕天氣時會經常遇到。此外也有許多10kV 線路在發生瞬時單相接地故障后，由于外界環境影響而逐步發展為高阻接地。當10kV線路發生高阻接地時，接地故障點的電流小，故障相與非故障相電壓變化不大，電壓互感器的零序電壓比正常運行值略微增大，與常見的10kV電壓互感器熔斷器熔斷有類似之處。此外，受到10kV線路零序電流計算復雜、保護裝置采樣精度、互感器參數誤差等因素影響，變電站運行人員對線路接地的判斷會受到一定干擾。高阻接地若不及時發現和處理，將會逐步發展為弧光接地，破壞系統的穩定，嚴重影響供電的安全可靠性。

3 10kV系統運行方式對線路高阻接地判斷的影響

隨著電網科技的進步，許多變電站內都裝設了智能化單相接地保護裝置，其原理是在10kV線路發生接地故障時，系統零序電壓升高(正常運行時零序電壓接近于零，接地后將產生零序電壓)，非接地線路零序電流為容性電流，相位超前零序電壓近90°，而接地線路零序電流為所有非接地線路零序電流之和，相位滯后零序電壓近90°。保護裝置根據以上特征進行選線，對瞬時性故障可以實現在線消除而不使系統跳閘，從而提高供電可靠性；對永久性故障則可準確選線，及時切除故障線路。10kV的接地方式及饋線配置差異決定了發生接地故障時處理方式的不同，也造成了保護裝置的動作情況有所不同。消弧線圈接地方式雖然可在線消除瞬時性單相接地故障，但是測控復雜、選線準確率低、包容性差。小電阻接地方式選線準確率高，但供電連續性差，在發生高阻接地故障時，存在一定的盲區[12]?？偨Y設備長期運行經驗，10kV線路發生高阻接地故障時，受到系統運行方式多變、保護裝置定值復雜、接地故障不明顯等因素影響，容易導致誤選接地線路，誤報甚至是誤動作，給變電站安全運行帶來極大的危害。

4 10kV線路高阻接地的分析及處理

高阻接地故障狀態復雜，接地電阻變化范圍大且不穩定。當接地電阻大到一定程度時，故障信息微弱，故障特征不同于常規，即三相電壓和零序電壓的偏移量都很小，零序電流也很小，一般的監控系統和保護裝置所采集到的變化量都不明顯，且只有在接地電阻小于某臨界值時，接地相才是三相電壓幅值中最小的一相。

圖1為高阻接地故障保護動作錄波圖，C相高阻接地，接地電阻為7325Ω，接地電流為0.8A，A相電壓為 5420V， B相電壓為6610V， C相電壓為5860V， 零序電壓為1500V。

基于以上分析，可以采取以下方法進行判斷和處理。

(1) 根據高阻接地的特點，可以采取零序電壓和零序電流變化量的多重判據，零序電壓大于整定值時，可以對所有饋線的零序電流幅值由大到小排序，取幅值大的前幾條饋線，若某電流與其它電流方向相反，并滯后零序電壓相位90°，那么判定該線路接地，否則為母線接地。這樣可以避免系統運行方式、接地電阻變化的影響，大大提高高阻接地故障選線的準確性。

(2) 加強變電站內值班監視，尤其是雷雨災害天氣時，根據10kV線路保護裝置、消弧裝置、故障錄波器等微機保護發出的異常信息進行綜合判斷。當10kV線路發生高阻接地時，10kV線路保護裝置和故障錄波裝置會記錄零序電壓、電流突變量，裝置發出異常告警信號，為變電站值班人員提供了重要的判斷依據。

(3) 提高調度進行選線判斷的效率。調度部門應制定10kV線路接地試流順序表。在10kV線路發生高阻接地時，優先選擇負荷較輕、出線較長、發生接地故障概率較大的線路進行試流，無人值班站可通過監控中心進行輪換試流，降低接地故障對線路和用戶的影響，大大提高供電可靠性。

圖1 高阻接地故障保護動作錄波圖

(4) 根據10kV系統的運行方式，推廣應用多功能新型接地選線裝置。結合10kV系統的接地方式，制定適應性判據和可靠動作條件，提高裝置監測和判斷的精度，縮短故障處理的時間。

5 結束語

通過對10kV線路高阻接地故障進行分析，可以提高對10kV線路高阻接地故障的判斷和處理能力，縮短10kV線路高阻接地的處理時間，降低發生概率，對電網設備快速恢復正常運行而言有著非常積極的意義。

[1] 孫昌穩，田娜.弧光接地過電壓的分析及限制措施[J].上海電氣技術，2015，8(2)： 60-61.

[2] 鄭顧平，張利，姜超，等.中性點不接地系統單相接地故障區段在線定位[J].電力系統自動化，2013，37(3)： 110-115.

[3] 林莉，何月，王軍兵，等.中性點不接地電網單相接地時電壓互感器損壞機理[J].高電壓技術，2013，39(5)： 1114-1120.

[4] 張利，楊鵬，司冬梅，等.基于零序功率方向的中性點不接地系統在線故障定位[J].電力系統自動化，2008，32(17)： 79-82.

[5] 薛永端，李娟，徐丙垠.中性點經消弧線圈接地系統小電流接地故障暫態等值電路及暫態分析[J].中國電機工程學報，2015，35(22)： 5703-5714.

[6] 王吉慶，沈其英.中性點經消弧線圈接地系統的單相接地故障選線[J].電網技術，2003，27(9)： 78-79.

[7] 王恒山，楊文陵，王門鴻，等.中性點經消弧線圈接地系統虛幻接地故障分析[J].供用電，2012，29(5)： 49-51，55.

[8] 高亞棟，杜斌，趙峰，等.中性點經小電阻接地配電網中弧光接地過電壓的研究[J].高壓電器，2004，40(5)： 345-348.

[9] 蔣心澤，徐永生.中性點經小電阻接地系統接地保護方案探討[J].上海電力學院學報，1998，14(2)： 6-10.

[10] 高立平.中性點經小電阻接地方式的研究與應用[J].電氣應用，2011，30(11)： 24-26.

[11] 湯榮.10kV 系統中性點接地方式的探討[J]. 廣東輸電與變電技術, 2004(4)： 68-70.

[12] 于吉云.淺析10kV線路接地信號動作原因[J].農村電工, 2009(9)： 33.