220 kV 線路中的接地故障分析

李 敏

（國能（泉州）熱電有限公司，福建 泉州 362804）

220 kV線路作為電廠和新能源電站的送出線路，其安全穩定運行起著非常重要的作用。在電力系統的實踐中，220kV 輸電線路雙重保護配置已得到推廣，現場采用雙組主保護相互配合，保護動作的正確率也越來越高，然而卻不能杜絕線路故障率的增長。尤其是當電力系統出現局部故障時，例如常見的線路接地故障，如果不能快速的恢復故障，可能會危及電力系統的穩定和一次設備的正常使用。因此，如何預防線路接地故障，如何快速有效地處理線路接地故障是現階段的研究目標。

1 220 kV 線路接地故障分析的意義

現階段，我國220 kV 及其以上的高壓輸電線路為大電流接地系統，其中性點直接接入地面，接地線路在短路時會產生很大的電流，較易發生單相接地保護故障，此故障產生的具體原因非常多，比如瓷瓶閃落、雷擊、山火、斷線等，分為永久性故障和瞬時性故障兩種形式，當故障發生之后，技術人員很難迅速分析出故障點形成的具體原因，搶修不及時就會影響整個輸電線路的運行效果。鑒于此，需要查找220 kV 線路中接地保護故障的起因，并研究解決方案，對電力發展具有很好的現實推動意義。作C 相26 ms、重合閘動作759 ms、電流差動保護ABC 相838 ms、距離加速ABC 相851 ms，故障測距為0 km，故障相別C，故障相電流值40.36 A，故障零序電流30.24 A，故障差動電流86.91 A（線路CT 變比：1 200/5 A）。

RCS-902C 保護動作報告：工頻變化量阻抗C相8 ms、縱聯距離動作C 相16 ms、縱聯零序方向C 相16 ms、距離I 段動作C 相27 ms、重合閘動作760 ms、距離加速ABC 相848 ms、縱聯距離動作ABC 相858 ms，故障測距為0 km，故障相別C，故障相電流值38.02 A，故障零序電流44.4 A（線路CT 變比：1 200/5 A）。

變電站側PRC02C-21 保護：FOX41 A 收發信機C 相“收信”燈亮。錄波顯示，在強送時，線路C相電流達到12 000 A 左右，A、B 兩相均未出現故障電流。

檢查線路避雷器，線路A、B、C 相避雷器計數器均未增加，電廠220 kV I 母線、電廠220 kV II 母線C 相避雷器計數器由0 變1 增加一次，＃1 主變、＃01 啟備變的高壓側C 相避雷器計數器均增加一次。后續檢查C 相線路避雷器上下節合格，具體數據見表1 中所試驗數據。

表1 線路A、B、C 相避雷器檢測數據

2 案例分析

某電廠220 kV 線路開關跳閘，經檢查開關跳閘原因為C 相受雷擊造成單相接地短路。

RCS-931A 保護動作報告：工頻變化量阻抗C相8 ms、電流差動保護C 相14 ms、距離I 段動線路避雷器型號：YH10W-200/496，持續運行電壓：156 kV，額定電壓：200 kV，10 kA 下殘壓：496 kV。

在龍門架線路架空地線光纜與龍門架鋼梁接近處4 根鋁線斷股，光纜表面有灼燒痕跡（見圖1），桿塔連接金具及均壓環雷擊燒傷，下部絕緣子變色，絕緣子球頭處燒傷（見圖2、圖3），線路間隔C 相分支母線出墻轉角初支持絕緣子（象牙白色）表面有貫穿性放電痕跡，筒壁內側由于放電發黑（正常為白色），并有白色的粉末（見圖4）。

圖1 架空地線光纜表面灼燒痕跡

圖2 絕緣子球頭處燒傷痕跡

圖3 桿塔連接金具及均壓環雷擊燒傷

圖4 C 相分支母線支撐絕緣子放電痕跡

該電廠RCS-931A 及RCS-902C 兩套線路保護均瞬時動作，C 相跳閘并在0.7 S 后重合，重合后C相仍有故障電流，距離保護后加速三跳動作。廠站值班人員在故障發生30 min 后又送電，故障處絕緣薄弱點又一次被擊穿，造成接地故障，變電站側保護瞬時跳閘。變電站側保護柜內收發信機C 相“收信”燈亮，保護啟動，說明變電站側保護測得正方向故障，而電廠側保護為反方向故障，保護啟動，不發信，兩側保護裝置正確動作。該電廠出線段位于沿海地區，為平原地形，此次故障為雷直擊于該線路OPGW 光纜以及線路C 相，C 相絕緣子發生閃絡，線路開關跳閘。另一方面，雷電波沿桿塔和OPGW 入地，造成桿塔接地引下線連接處和站內構架處OPGW 光纜燒傷。由于連環雷擊，導致線路避雷器動作后的能量特性無法恢復，第二次雷擊發生后，殘壓上升，導致GIS 裝置中絕緣水平較薄弱的支持絕緣子被擊穿，保護動作正確跳閘。

根據案例分析，這起故障事件的主要原因有：一是線路避雷器失效。連環雷擊后避雷器無法恢復正常工作，無法有效抑制和分流雷電，導致雷電進一步作用于線路和GIS，造成嚴重損壞。這表明線路避雷器本身存在問題，或維護不善導致其失去正常功能。二是GIS 支撐絕緣子質量不足。GIS 支撐絕緣子作為重要隔離元件，其絕緣強度應充分考慮雷電沖擊等情況，但在本案例中首次故障后殘余電壓即可導致其擊穿，這顯示其絕緣水平可能過低，不符合使用要求。三是值班人員故障處理不當。30 min 內未徹底檢查和修復故障，便急于送電，這直接導致故障再次發生，屬嚴重失誤。這需要加強人員培訓，制定詳細的故障處理流程，杜絕此類失誤再次發生。四是OPGW 光纜與桿塔之間的距離太近。正常情況下其間距不應小于20 mm，距離太近除了可能導致光纜與桿塔發生摩擦外，還可能會發生間隙放電，電弧灼傷光纜外層預絞絲的風險。綜上，這起故障事件的發生，實屬多方面原因造成，需要電力企業從避雷、絕緣、故障處置等方面全面檢查與改進，消除系統薄弱環節，提高設備抗雷能力和人員專業水平，確保系統安全高效運行。

3 220 kV 線路中接地故障的預防及應對措施

針對上述分析的220 kV 線路中的接地保護故障，提出以下幾點預防及應對措施，以提高接地保護的可靠性和安全性。

3.1 加強接地保護的設計和設置

接地保護的設計和設置是保證接地保護正確動作的基礎和前提，是預防接地保護故障的重要措施。上述案例中繼電保護裝置動作正確，避免了更大的損失。因此，在設計時需要根據線路的具體參數和運行條件，合理選擇接地保護的類型、方式、參數、范圍等，使之能夠準確判斷故障區域和性質，及時切除故障分段，避免誤動或拒動。對于特定的絕緣裝置，可以安裝電壓等級為高一電壓等級的絕緣體，這降低了接地故障的可能性。

3.2 加強接地保護的運行和維護

接地保護的運行和維護是保證接地保護正常工作的重要保障，是應對接地保護故障的重要手段。因此，需要建立健全接地保護的運行和維護制度，明確各級各部門的職責和權限，規范各項操作和流程，加強監督和管理。同時，在預防和糾正接地錯誤時，應考慮以下兩個方面：一方面，應根據法規要求定期檢查和校驗接地保護的裝置、電路和元件，特別是避雷器和線路上的電力元件，如熔斷器、絕緣子等，應評估其性能和狀態，確保其完好無損，靈敏可靠，符合規范要求。如果發現問題，應及時進行測試并更換損壞的部件，消除隱患。另一方面，應對配電線路進行大修，并定期安排能源人員進行維護或更換，以消除故障風險。此外，在日常工作中，還需要定期檢查配電線路的總體運行情況，如及時清理鳥巢、檢查絕緣子的固定狀態等。

3.3 加強接地保護的教育和培訓

接地保護的教育和培訓是提高接地保護人員素質和能力的重要途徑，是防范和消除人為因素導致的接地保護故障的重要措施。因此，需要加強對接地保護人員的理論知識和實踐技能的教育和培訓，使其熟悉并掌握接地保護的原理、功能、特點、操作、維修等方面的內容，提高其分析判斷、處理應急、解決問題等方面的能力。同時，需要加強對接地保護人員的職業道德和安全意識的教育和培訓，使其遵守規章制度，嚴格執行操作規程，杜絕違章作業，防止事故發生。

3.4 加強接地保護的研究和創新

接地保護的研究和創新是提高接地保護水平和效果的重要途徑，是適應電力系統發展變化和需求變化的必要條件。因此，需要加強對接地保護相關領域的研究和創新，如在理論模型、算法優化、設備改進、技術應用等方面進行探索和嘗試，以解決現有接地保護存在的問題和不足，提升現有接地保護的性能和效率。同時，需要關注國內外最新的研究成果和技術動態，在借鑒經驗和引進技術的基礎上進行消化吸收和創新改造，以形成具有自主知識產權和核心競爭力的接地保護技術體系。

4 220 kV 線路接地故障的查找方法

4.1 傳統查找方法

配電線路中最常見的故障檢測方法是人工巡線法和分段選線法等傳統方法。然而，傳統的接地故障檢測方法技術水平低，存在盲目應用的問題，難以及時檢測和排除故障。例如，人工巡線法的搜索精度和穩定性低，搜索過程花費時間較長。此外，由于配電線路的復雜性，傳統的配電線路接地缺陷檢測方法已不再有效快捷。必須改進傳統的搜索方法，以確保配電網的安全、穩定和可靠運行。

4.2 配電線路絕緣遙測法

目前，我國對接地設備的檢測主要采用人工監測模式，這種模式不僅耗時耗力，而且容易產生誤差。因此，可以使用基于絕緣遙測的配電網接地故障檢測方法。與傳統的接地故障排除方法一樣，隔離遙測也有發現故障絕緣體效率低的缺點，增加了接地誤差的實際處理時間。可以廣泛用于地面故障排除的隔離現場遙感設備。首先拆除配電線，將有一定水分的配電線放在沙子中，在3～4 cm 的沙子下翻轉，然后連接針狀瓷避雷針。在振動計絕緣線末端的沙子上，以絕緣線末端為接觸點，可以進行絕緣檢查和現場測試，該方法可用于配電線路單個和多個絕緣子的高性能測試。通過遙測和配電線路兩端絕緣值的參數比較，可以確定絕緣值降低的區域是接地故障端，以減少故障檢測。

5 結束語

總之，隨著我國經濟的快速發展和電力系統的建設，對電力系統運行效率的要求不斷提高。作為電力系統的重要組成部分，為了提高電力系統的高效運行，有必要引入更多的自動化設備和繼電保護。220 kV智能電站繼電保護的運行和維護對整個電力系統的正常運行有著重大影響。因此，發電廠必須對220 kV線路的接地故障采取有效的維護策略。在處理接地故障時，應注意工作人員的手段的應用，同時也應加強先進技術和設備的應用，此外，應定期開展故障預防和線路維護工作，及時消除潛在故障。