10 kV電力系統單相接地故障分析與處理方法

吳文麗

（陜西省地方電力（集團）有限公司漢中市供電分公司，陜西 漢中 723000）

0 引 言

城市的不斷擴張給供電網絡帶來了巨大壓力，特別是在10 kV配電以及供電的過程中，經常發生單項接地事故。本文采用分析綜合法詳細解析了電力系統中單項接地故障發生的原因以及種類，并根據故障發生原因選擇不同的解決辦法，以保證城市電力供應的平穩與高效。以陜西省地方電力集團進行供電網絡架設時選用的電力運行方式為例，按照實際的需求，主要分為中性點不接地以及中性點經小電阻接地兩種。

1 中性點不接地系統

1.1 優 點

中性點不接地系統也被稱之為小電流接地系統，其最重要的優勢在于一旦發生單項接地的事故，對整個供電系統電壓的對稱性并不會造成實質性的影響。同時，運用這種方式，即便發生了單項接地事故，產生的電流也比較小。理想情況下，整個供電網絡還可以平穩運行大約2 h，即帶故障運行。因此，中性點不接地系統被廣泛應用于配電網點多、居民用電需求量大的區域。

1.2 問 題

但是，這種接地系統也存在著比較嚴重的問題。長期使用過程中，電路中絕緣設施中的薄弱環節存在被電弧擊穿的風險。這是由于非故障兩端相對的電壓在短時間內急速升高，而電壓的升高很可能會造成設備的短路，使事故進一步惡化，最終影響到整個供電網絡。如果產生了弧光接地現象，則有可能對供電設備內部元器件產生嚴重的損害，使得整個供電網絡陷入癱瘓。針對此問題，需要在發生單項接地時第一時間對供電線路進行維修，快速找到故障線路的具體位置，并進行去除工作。

1.3 處理單項接地事故的選線方式

傳統選線方式中，對于常規變電站處理10 kV單項接地事故，通常選擇絕緣監測裝置。工作原理是當發生單項接地事故時，開口的二次端會出現零序的電壓，此時利用公用線的三項五柱電壓互感器向監測中心發出接地故障的信號，信號輸送完畢后，絕緣監測裝置開始對故障線路進行排查，通過逐次排查，最終確定發生單項接地故障的線路，從而完成事故的反饋工作[1]。

1.4 中性點不接地系統的選線功能

陜西省地方電力集團架設的10 kV電力系統以架空線與電纜混合為主。這種線存在一定的弊端，突出表現是出現單項接地故障的概率較高，整個供電系統的電容電量較小，因此選擇中性點不接地的方式較為穩妥。通常采用的是集中式的微機小電流線裝置，其工作原理是一旦小電流系統（主要指中性點不接地系統）發生了單項接地事故，發生故障的線路的零序電流等于沒有發生故障的路線的零序電流之和[2]。一般對于零序電流數據的采樣分析，首選是發生了單項接地故障的電流，所以采用該選線方式可以快速判斷出故障線路，方便后續維修工作的開展。

需注意，實際的電力供應系統中，影響線路零序電流數值的因素有很多，如信號的干擾、采樣出現誤差及線路長度過長等。發生單項接地事故的線路的零序電流在樣本中可能不是第一個值，也可能是第二個或者第三個值。因此，選線工作首先就是要找出所有線路中零序電流值前三的線路，然后對線路反饋上來的數值進行分析，利用電流之間的方向以及電壓與電流之間的滯后有著相位超前的關系來判斷發生故障的線路。

2 中性點經小電阻接地系統

2.1 優 勢

當配電網中的電容電量較大時，需采用中性點經小電阻接地系統。當電流大的供電電路出現單項接地事故時，故障電流會非常大，單項接地事故會轉化為非常危險的相間短路事故。這是因為陜西省地方電力集團的電力網絡建設常用的是架空線與電纜混合出線方式，接地事故所產生的電弧無法自行消失，會對周圍電路上的絕緣設施產生強大的沖擊，最終燒毀絕緣裝置，并發展為相間事故。因此，一旦大電流線路發生單項接地故障，需要在第一時間對故障線路進行移除，以防事故的影響進一步擴大[3]。如果采用中性點不接地系統，其發生故障也能保證正常運行的優點就會變為非常危險的缺點。需要采用經小電阻接地的方式，消除諧振過電壓，穩定供電網絡。

我國城市化進程不斷加快，對電力的需求也越來越高。例如，陜西省地方電力集團負責的陜西66個縣，不僅對電纜線路的需求量逐年增加，而且10 kV供電系統的電容容量也在不斷攀升，早已超過了我國出臺的相關規定中對于不接地系統運行安全值的上限。因此，需采用經小電阻接地系統。

2.2 作用原理以及作用

采用小電阻接地系統后，一旦發生單項接地事故，以直接跳閘的方式來起到斷電的作用，既保證了地面人員的生命安全，又保護了其他配電設施不受損害。分析實際跳閘案例發現，90%以上的跳閘事故都屬于瞬時故障，對出現故障的線路進行檢查并沒有發現明顯的故障點，因此可以考慮采用三相一次重合閘功能。此功能可以大大提高電力供應的連續性，在處理瞬時故障方面具有很大的優勢。采取三相一次重合閘功能時，需注意以下三點。首先，為了確保10 kV饋電線路的主變線圈和斷路器不受破壞，需要設置電流速斷保護，考慮到10 kV饋電線的實際情況，可以采用閉鎖重合閘作為電流速斷保護的主要方式。其次，對于采用架空線與電纜混合出線的電力線路，為了保證其供電的連續性，可以選擇單項接地故障三相一次重合閘。最后，實際運用中，對于三相一次重合閘方案的運用要根據現場的具體情況來靈活對待[4]。例如，一些距離變電站比較遠的開閉所，由于輸電線路非常長，發生短路事故時，故障電路的電流比較小，可以考慮采用開關位置不對應重合閘啟動方案。該方案的優點在于工作原理簡單，安全可靠。但是該方案的缺點也很明顯，在繼電器接點異常、斷路器輔助觸點接觸不良等情況下，容易無法啟動，因此要根據閉合所實際的情況來酌情使用。

觀察10 kV中性點經過16 Ω電阻接地的運行情況后，對于電力系統新建站的10 kV電路保護重合閘簡化方面又提出了新的要求。首先，對于不經電流閉鎖啟動重合閘，可以考慮采用經常使用的“不對應啟動重合閘”方式，利用其簡單安全的特點保證電力供應的持續性。其次，對于經電流閉鎖啟動重合閘，其電流值的控制應該根據具體情況進行不同操作。如果動作電流大于額定流值，需要保護不重合；如果動作電流小于額定流值，應該進行重合。最后，在重合閘功能投退時需要增設硬壓板，使工作人員能夠更加方便、快速地進行重合閘的投退工作。

3 結 論

近年來，人們的生活水平顯著提高，對于電力能源的需求也在不斷攀升，城市和鄉鎮都需要架設大面積的配電網絡。隨著配電網絡的大力架設，輸電線路的電容電流也在不斷增加。為了確保人們的用電安全以及電力的平穩供應，要對單項接地事故進行快速處理，根據不同的情況采用不同的接地系統，保證電力的穩定輸送。