小電流接地系統單相接地故障處理技術研究

李根

（國網陜西省電力有限公司 富縣供電公司，陜西 延安 727500）

0 引言

對于配電網而言，相較相間短路故障，單相接地故障是發生頻率最高的一種故障類型。當前，小電流接地是配電網中比較常見的接地形式，針對小電流接地系統單相接地故障的處理已經取得相應的成果，升級的自動跟蹤型消弧線圈也已經實現了應用范圍的不斷拓寬。但是，一些供電單位在處理單相接地故障時，由于使用方法不正確，并沒有取得良好的效果，進而造成大面積停電或者是電纜溝起火。因此，需加強小電流接地選線技術的應用，將此類接地故障產生的危害降到最低，保障電力系統的安全運行。

1 小電流接地系統單相接地故障危害

一旦配電網小電流接地系統出現單相接地故障，雖然電力系統依舊可以向用戶進行一段時間的供電，但是單相接地故障存在期間，會造成電氣設備的絕緣擊穿，從而引起相間短路，甚至火災的發生，危及設備及工作人員。這種危害主要表現在兩個方面。首先，系統中未發生故障的相所具備的對地電壓將會迅速增大，這會在很大程度上威脅系統中設備的絕緣性能。一般來說，系統中的中間頭和電纜連接頭等薄弱環節會受到直接的影響［1］。情節嚴重時，將會出現擊穿爆炸、相間短路等情況，進而出現線路跳閘的情況。其次，如果配電網絡本身存在較大的電容電流，一旦產生了接地故障，將會導致電弧進入不穩定狀態，造成電磁能量的強烈震蕩，嚴重時可能會將電壓互感器燒毀。一般來說，在判定故障接地狀態時，可以以單相接地故障時系統的表現特征作為依據，具體的表現特征對應的接地狀態見表1。

表1 配電網系統單相接地故障接地狀態判斷依據對照表

2 小電流接地系統單相接地故障暫態過程與消弧線圈動作分析

當小電流接地系統中出現單相接地故障時，最為顯著的一項特征即故障電流數值相對較小，通常不會超過負荷電流，在這種情況下，系統中的三相電壓將仍然保持對稱的局面，不會對電力使用者的持續供電產生影響［1］。當前，我國配電網中所使用的接地方式基本為小電流接地，其本身的供電可靠性較為良好，能夠與電網中的有關規定相符合。當小電流接地系統單相接地故障發生之后，會涉及電壓抑制、故障快速隔離、人身觸電保護、故障定位、選線及消弧等問題，以上問題也是單相接地故障發生后最常見的問題（如圖1）。此外，單相接地故障復雜程度較高，在故障發生之后，存在差異化的變化狀態，包括暫態過程和穩態過程。對此，本文對小電流接地系統單相接地故障的暫態過程和消弧線圈動作進行分析。

圖1 小電流接地系統單相接地故障涉及問題

2.1 小電流接地系統單相接地故障暫態過程

單相接地故障本身屬于一種發生頻率較高的故障類型。對于中性點不接地系統而言，由于系統中存在的三相線路之間保持著平衡狀態，因此其所構成的對地電容值也基本保持在一致的狀態。當中性點不接地系統處于正常運行狀態時，三相線路能夠在同一時間向電容提供充電功能，線路自身的對地電壓也會保持在穩定狀態［2］。三相平衡的存在，使得對地電容之間保持在平衡狀態，進而促使電流處于平衡，所以此時電容流過的零序電流數值將為零。倘若系統出現單相對地短路故障，從消弧線圈產生的電流將會自動補償電容電流，從而使得短時間內熄滅接地電弧。

圖2表示的內容為小電流接地系統出現單相對地短路故障時電網系統的等效電路。如果圖2中的A相出現對地短路的故障，那么在此時，大地的點位與A相的點位這兩項內容是處于相同水平的，在這種情況下，A相和B相的電壓數值將會在短時間內擴大相應的幅度，這也意味著系統對地充電電路進入到不平衡的狀態，由此造成三相電壓原本的對稱格局被打破。一旦出現這種情況，將會造成零序電流分量和零序電壓分量的產生。按照三相電路零序電壓產生原理來看，此時系統中形成的零序電壓向量可以使用公式（1）表示。

圖2 小電流接地系統單相對地短路故障時電網等效電路示意圖

2.2 小電流接地系統單相接地故障消弧線圈動作

倘若小電流接地系統之中出現單相對地短路故障，并經過消弧線圈接地系統之中，在這種情況下，消弧線圈將會出現相應的動作，這種動作在此類情況下屬于一種正常動作現象。一旦系統本身出現了單相對地短路故障時，消弧線圈卻沒有出現相應的動作，此時這種現象則屬于非正常現象的一種。能夠促使消弧線圈動作出現異常情況的原因來源于多個層面。例如電網電壓數值產生變化、過電壓現象、系統線路嚴重不對稱及電網頻率波動等。除了上述原因，所設定的系統消弧線圈動作值不恰當、電網產生阻尼降低、中性點所接消弧線圈前端變壓器斷路等也會導致消弧線圈出現異常動作［2］。無論致使消弧線圈產生異常動作的原因為何，一旦出現了異常動作，即具備相應的危險性。相關主體如果發現消弧線圈異常動作，就應當在短時間內查明導致問題產生的原因，并應用恰當的措施及時處理，防止更加嚴重的事故產生。

如果配電網絡在接地點采用了消弧線圈，在設定保護參數的過程中，通常需要把保護參數數值設置為電流五次諧波分量。在這種狀態下發生的單相對地故障電流問題，在實際解決的過程中可采用將有效電阻接入的方式，這樣就能夠使得接地系統上的故障電流所產生的有功分量更大，以便采用零序電流保護的方法，在最短時間內確定故障點并進行針對性解決。

3 小電流接地系統單相接地故障處理技術

3.1 單相接地故障測距定位技術

如果配電網中的一條線路可以做到針對單相接地故障點的測距，即可以實現故障發生點位排查和故障處理的實際效率。立足于理論角度，小電流接地系統單相接地故障測距定位處理技術同樣屬于處理單相接地故障的技術之一。相關領域的研究人員研發了一種現代化單相接地故障測距定位技術，這種技術主要是由一套常規電壓互感器和高采樣率的電流互感器共同組成的，在實際應用的過程中能夠在多饋線系統中實現故障發生線路的測距。在經過相應的試驗與仿真之后，證明這種處理技術能夠將系統中發生單相接地故障的線路進行正確的選取，同時對線路中發生故障的具體點位進行更加精準化的檢測。不僅如此，這種技術在實際應用期間并不會受到來源于系統運行方式和過渡電阻的影響。但是，倘若配電網系統本身的線路分支較多，那么在信號噪聲的干擾之下，此種方法將難以是唄行波。當前，能夠應用到配電網小電流接地系統單相接地故障處理中的測距方法存在著多種多樣的形式，例如行波測距法、阻抗分析測距法等。后者在實際應用期間會受到來源于配電網中一些因素的影響，因此行波測距法的實用性更加明顯［3］。行波測距法在實際應用時對配電網之中終端硬件采樣頻率配置提出了較高的要求，這是其大面積推廣所面臨的一項阻礙因素。因此，這項技術現階段還處于試驗與理論研究層面，未來需要進一步探索。

3.2 人工拉路選線處理技術

現階段，相關主體在對配電網小電流接地系統中出現的單相接地故障進行處理時，依舊在使用人工拉路選線處理技術，這是一種使用頻率較高的技術。如果系統中的母線出現了單相接地故障，在通過人工拉路選線處理技術進行處理的過程中，基本需要經歷如下流程：第一，使用電氣分割的形式，將系統本身的運行方式作為基礎，將配電網分隔成在電氣層面上彼此不相連的若干個組成部分。第二，將處于空載狀態的線路和電容器組進行關停處理。第三，嘗試將一些并不關鍵的、過去產生故障較頻繁的、負荷較輕的、分支較多的、長度較大的線路進行拉取。第四，嘗試將一些負荷較重的、分支較少的線路進行拉取，同時通知一些關鍵的用電主體，將這些主體的供電線路進行臨時關停。如果故障發生的情況較為緊急，不具備充足的時間告知給關鍵用戶，可先進行線路的拉取，并在完成處理之后告知客戶服務中心，向用戶表明緣由。第五，如果變電站本身擁有兩條母線，并且不能停掉關鍵用電主體的供電，即可以通過倒換母線的手段查找單相接地故障產生的原因，以便后續的處理。

倘若在經過如上處理流程之后依舊存在單相接地故障，相關主體則需要考慮單相接地故障產生的原因是否為變壓站內部主變壓器低壓側設備出現接地、母線設備接地或者是若干條線路同相接地等。一般來說，為了能夠實現單相接地故障處理效率的提升，工作人員在實際處理時，通常會將《小電流接地系統單相接地選線順序表》作為拉路選線的主要參考依據，一旦在拉線路的過程中遇到非故障路選線，在拉取之后需要立即對該線路的正常供電狀態進行恢復，直到最終確定出現接地故障的線路。盡管人工拉路選線處理技術本身有著便捷、直接、簡單的故障處理特征，但是這種技術形式本身手段較為單一，并且在拉路選線的過程中還會導致非故障線路停電的情況，對一些重要用電主體的生產活動造成損害。在現今的高供電可靠性發展趨勢下，這種故障處理技術已經暴露出一定的不適應性，相關主體需要對該技術形式進行進一步優化［3］。

3.3 借助接地選線裝置自主選線技術

從理論層面出發，借助接地選線裝置自主選線方式一般是采用將專用的小電流接地選線裝置固定在變電所高壓配電網母線端的方式，并將零序TA設置于變電所的高壓配電網出線端。當進行上述設備的配合試驗配置之后，如果配電網小電流接地系統發生了單相接地問題，小電流接地選線裝置則能夠利用判別算法對故障信息進行有效檢測。在其發揮作用時，能夠向相關主體給出一定的單相接地故障信息，但不會出現跳閘的現象。當確認發生接地問題的線路以后，工作人員可以通過查線的形式排除故障問題。在理想狀態下，如果此類裝置在確定接地故障發生線路的準確性能夠達到100%，也意味著借助接地選線裝置自主選線技術對單相接地故障進行處理時的準確度也可以達到100%，并且該技術在應用時無須停掉向用戶的供電，避免了一些問題的產生。

4 總結

單相接地故障是配電網中較為常見的故障之一，處理小電流接地系統單相接地故障本身屬于一種系統性較強的工程，在處理時應當根據實際情況選擇最恰當的技術形式。與此同時，需要遵循國家所頒布的相關準則和處理方針。在具體應用單相接地故障處理技術時，應當充分結合供電可靠性和供電區域的用電需求，基于保證故障處理安全性、迅速性和可靠性的前提，實施更加合理、更加適宜的處理技術。但該技術在實際應用過程中還存在缺陷，例如發生接地故障時，很難第一時間判斷哪條線路接地，尤其是線路復雜的電力系統，增加了查找難度，這些都需要相關工作人員進行優化升級，以便小電流接地選線系統更好地服務電力行業。