10kV母線客戶端接地故障排除分析

贛州八五一臺 朱友林

我國電力系統接地最常見的解決方法主要是分割電網法、短時間阻斷法，基于這兩種最主要的接地故障處理方法。但是更棘手的問題在于如果有系統同名接地并且相繼發生問題，單是采用上述兩種方式是排除不了系統接地故障的。

1 客戶端接地故障概念

1.1 客戶端接地故障原因分析

接地故障主要是指相線、中性線等帶電導體與地間的短路，“地”是指電氣裝置設備內與大地以及與大地有連接的外露導電的部分和裝置外導電部分。接地故障所引起的間接接觸電擊事故是最常見的電擊事故。接地故障所引起的對地電弧和電火花則是最常見的電氣短路的起火源頭。就引起的電氣災害而言，接地故障遠遠比一般的電力短路更加危險，而對接地故障所引起的間接接觸電擊的防范措施遠比直接接觸電擊防范措施要復雜一些。

根據10kV 母線配網線路運行統計，線路單相接地故障要占總故障的70%以上，而造成10kV 母線線路單線接地的原因有很多，歸納來說主要包含氣候原因、線路通道、交跨原因、工程施工以及產品質量、線路設備絕緣原因、外部因素破壞等。從我國多年的系統運行經驗來看，發生單相接地最主要的原因是以下幾點：首先是線路通道破壞，如樹枝、毛竹或者遇到大風大雪天氣使得單線接地；其次就是由于外力的破壞如砍樹、維修線路讓單相線掉落在地面上，從而導致了單線接地。還有就是與其他線路的交叉跨越距離不夠，在夏季或重負荷的時候線路馳度下降也會引起單相接地；最后就是因為暴雨天氣所造成的雷擊或者其他原因造成的絕緣部件或電氣設備單相接地。

中性點接地方式有中性點不接地、中性點經消弧線圈接地、中性點直接接地三種單相接地類型。目前，10kV 母線配電網中性點的運行方式普遍采用的是不接地或經消弧線圈接地方式（也被稱為小電流接地系統）[1]。中性點不接地三相系統中，在正常運行過程中電網各相對地電壓是對稱的，其大小為相電壓。當由于其絕緣受到一定的損壞時發生單相接地故障時，情況將發生明顯的變化。據接地情況不同可將其分為兩類：一類是完全接地（也被稱為金屬性接地，認為接地處的電阻近似于零），另一類是不完全接地[2]。

1.2 10kV 母線出線客戶端接地故障的危害

我國因為電氣故障所引發的火災次數和電氣火災造成的經濟損失居于各種火災的首位。另外根據世界各國不完全統計，我國因為電擊死亡的人數與用電量相比名列前茅。根據調查得出因為接地故障所引發的火災和電擊死亡人數，高壓系統只占據10%左右，而低壓系統占60%以上[3]。主要原因是低壓配電系統問題較多、涉及面廣泛，操作使用一般都是缺乏用電安全知識的人們。而且因為目前建筑市場的魚龍混雜，相關部門的風氣不正出現一些二次裝修無證設計，市場監督管理不善，未經過原設計單位許可就隨意的進行修改，使得一些賓館、俱樂部、飯店、家庭、學校、公寓等電氣火災和電擊死人的現象不斷發生[4]。

配電線路單相接地故障所引起的危害，可能會使得系統在經過長時間的運行時，燒毀電壓互感器，使得電力設備受到大量損壞，導致大范圍的停電。在單相接地故障發生時，還可能發生間歇性弧光接地，也可能造成諧振過電壓，使線路上的絕緣薄弱點擊穿，造成嚴重的短路事故，也可能發生嚴重的電氣火災事故。如果發生導線落地這一單相接地故障，對于來往的人群和車輛都有很大的危害，還會發生跨步電壓所引起的人身傷亡事故[5]。

2 電力系統概念

電力系統故障中產生后果較為嚴重的類型有短路、故障、損傷等。而其中短路故障對電力系統的危害是最大的。電力系統容易發生故障和短路的原因是因為在電力系統正常運行狀態下，不同之間的相產生了短接，影響到正常的工作程序，使得電力系統紊亂所以才被稱為短路。造成電力短路最重要的原因就是因為不同性質的電力材料破損、老化、故障才導致的，還有一部分是因為維修人員的操作不當或者線路接線不良等操作行為才會使得電力系統受到影響，從而導致電力系統狀態的不良運行[6]。

在生活中最常見的電力系統故障，一是水平電力所造成的故障，二是因為線路短路所造成的。水平電力所造成的故障一般包括了單線短路、多線短路等。這是因為不同線路之間的電壓和電流有時候并不相同，所以一旦產生幾條線路相交就會引起電力反應造成了電力系統短路。根據研究調查發現繼電保護故障均為三個相位電路，而且其中可以進行任意分組且最多能分為三類，在相關專業上被稱為“三相相量對稱法”。其實“三相相量對稱法”主要是將不對稱的電流和電壓分別分成三組分量。分別為：正序分量主要是是指三相之間的分量大小都相同，但是彼此之間的相位卻不同。負階分量主要是指三相之間的負階之間的大小都相同，但是相位卻存在一定差距。零階分量主要是指三相零階分量之間的大小均為相等，且彼此相位相同。

3 解決客戶端接地故障方法

3.1 保護10kV 母線出線客戶端接地安全

與短路故障不同的是電導體與金屬管、設備外殼、金屬機械等大地短路都被稱為接地故障，所以它們在意義上是與短路故障是不相同的。由于接地故障發生的環境比較隱蔽不易被發掘和檢查，這也提高了維修人員的工作難度。電力系統在給世界帶來便捷的同時，也制造了很多與電氣火災相關的災難。為了能夠更好維護電力系統客戶端的良好運行，同時減輕電氣火災對人們所造成的影響保護人們的財產生命安全。相關部門需要制定一系列完善的保護措施和維修流程，才能有效的將接地故障的電流、電壓控制到合理的范圍內以減少故障所產生的危險事故。常見的電擊一般分為兩種，第一種是屬于直接接觸式，然而直接接觸僅僅是作為保護器的后部防護，具體作用較小。第二種則是間接接觸式，在物體與物體之間受到傷害的時候一定是通過另外一個載體才造成的事故或故障。

1類電氣設備在接地時可以自動的進行切斷故障，而且電氣裝置的外露會導致導電部分必須與pe線相互連接才能實現接地。2類、3類則是通過電氣設備的加強絕緣體和特低電壓來進行的電氣隔離來防止接地故障的發生。在日常生活中使用1類方法的較多，但是在使用過程中當高度一旦超過2.5米及以上時就不能接地，因此對于人體可接觸范圍內的電氣裝置外露的部分一定要接地，不然會使人遭受到電擊的傷害。總等電位聯結使得裸露的導電部分處于一個該電位，用這種方式可以消除被電擊的危險，減少因為電氣動作不可靠所帶來的傷害。當電源干線中的PEN 線被折斷時，三相負荷并不平衡時，負荷的中性點電位進行漂移，PEN 線和金屬設備外殼對地帶電位，如果一般的室內設置有總等電位聯結，即使發生了客戶端接地故障或者是電擊現象也會因為其接觸的電壓較低，使得危險系數相應降低。總等電位的聯結有利于消除電磁場引起的干擾，從而對于弱電系統是十分重要而不可忽視的一項保障措施。

3.2 完善消弧線圈專業管理

健全消弧線圈的驗收、巡視、檢修等各個技術環節上的管理機制。根據我國2017年國家電網公司所發布的“五通”規定，開展消弧線圈常態化管理，嚴格把控生產安裝環節。其次形成系統的消弧線圈的控制器檢驗操作流程，并歸入到例行檢查工作內容之中。還可以開展小電流接地系統電容電流周期性的測試工作，并開展所轄變電站小電流的系統母線電容電流理論計算，對比測試值和理論值。對于不同的廠家的選線裝置開展實際調研，挑選出最優最合適的裝置進行試點應用。我們會使選線裝置采集相關模擬量并上傳到總系統中，為維護和排除故障提供必要條件。

對于低勵磁阻抗變壓器接地裝置，各個試點可以進行大力宣傳和投入，加大對低勵磁阻抗變壓器接地裝置的應用，解決目前接地電流系統故障排除緩慢、排除正確率低這些可能存在的隱患。同時還對10kV 間隔零序TA 的設計、開發、研制、安裝等規定工作系統，完善了零序TA 檢查機制，實現了定期檢修和維護零序TA 電路系統，進一步建立科學系統的安裝維修流程。

3.3 短時間切斷法

利用短時間切斷法對10kV 1類母線各處線路分別試拉查找故障線路。拉開10kV A 線1101開關，接地末消失，再合上10kV A 線1101開關恢復供電；拉開10kV B 線1102開關，接地末消失，再合上10kV B 線1102開關恢復供電；通過對各個線路的試拉，并沒有找到接地故障出現的線路。指令變電維修人員將10kV 1101A 線與10kV 1101B 線分別進行熱備用轉檢修，通知線路運檢單位處理并向上級匯報以上情況。因此真正適用10kV 母線出線客戶端接地故障不停電的排除方法主要有分割電網法、短時間切割法和逐一試送線路法。

綜上，經過對送線路法不斷的試驗能夠得出，送線路法能夠在單母線發生多條或者是單條線路同名相接地故障時，能夠快速的排查到發生接地故障的電力線路，進行及時處理，能夠極大程度保障系統正常運行和人們的生命安全。送線路法改變了傳統的單線接地查找方法，更加快捷高效的找到接地故障的線路。通過排查出接地故障線路從安全角度上能夠極大程度的避免單線接地對設備的損傷。