章義軍，丁海華

（安吉縣供電局，浙江安吉313300）

小電流接地系統(tǒng)虛實接地故障的判斷與處理＊

章義軍，丁海華

（安吉縣供電局，浙江安吉313300）

通過對小電流接地系統(tǒng)虛實接地故障的分析與計算，系統(tǒng)地介紹了各類虛實接地故障的判斷與處理方法，并提出了一些建議.

接地；分析；處理

目前在安吉縣供電局35k V及以下中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，大都采用電磁式電壓互感器的另序PT或經(jīng)開口三角構(gòu)成的小電流接地選線軟件來監(jiān)視系統(tǒng)的絕緣狀況.當系統(tǒng)發(fā)生單相接地，電壓互感器的另序PT或開口三角兩端的零序電壓大于整定值時，則使小電流接地選線軟件發(fā)出接地信號.而實際在電網(wǎng)運行中除單相接地外，還有多種原因如鐵磁諧振、高壓熔絲熔斷、電壓互感器二次接線錯誤等都會使另序PT或開口三角兩端出現(xiàn)零序電壓，并可能導致小電流接地選線軟件動作，出現(xiàn)“虛接地”現(xiàn)象，給運行人員在故障判斷、原因分析及迅速處理時帶來一定的困難，所以研究此類異?，F(xiàn)象具有十分重要的實際意義.

1 中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障分析

1.1 單相完全接地故障

當不接地系統(tǒng)發(fā)生單相完全接地故障時（若C相接地），情況將發(fā)生顯著的變化.分析如下：

因為U′N＝－UC則各相對地電壓及電容電流為：

所以接地相對地電壓為0，對地電容電流也為0，非接地相A、B兩相對地電壓升高了倍，對地電容電流也升高了倍.

I′CA和I′CB分別超前U′Ad和U′Bd 90°，I′CA和I′CB夾角為60°，此時三相對地電容電流之和不再為零，其有效值為：

可見，單相完全接地故障時的接地電流，等于正常運行的一相對地電容電流的3倍.

1.2 不完全接地故障

當不接地系統(tǒng)發(fā)生單相不完全接地故障時，即通過一定的電阻Rj接地，則接地相對地電壓大于零而小于相電壓，未接地相對地電壓大于相電壓而小于線電壓，中性點對地電壓大于零而小于相電壓，線電壓仍保持不變，接地電流較完全接地時要小一些，但接地相的判別較復雜，即：①如果一相電壓指示較低，另外兩相較高，則電壓指示較低的一相不一定是接地相.②如果一相電壓指示接近線電壓，另外兩相電壓相等，則這兩相電壓指示中稍微偏小的那一相也不一定是接地相.

單相接地故障時，由于線電壓保持不變，電力用戶雖然可以繼續(xù)工作，但當接地電流小于30A而大于5～10A時，由于電網(wǎng)中的電感和電容形成震蕩回路，可能產(chǎn)生一種周期性熄滅與復燃的間隙性電弧，形成過電壓，其幅值可達2.5～3倍的相電壓，將危及整個網(wǎng)絡的絕緣，電網(wǎng)電壓越高，間隙性電弧引起的過電壓的危險性就越大.當接地電流大于30A時，將產(chǎn)生穩(wěn)定電弧，此電弧的大小與接地電流成正比，從而形成持續(xù)的電弧接地.高溫的電弧可能損壞設(shè)備，甚至導致相間短路.因此當中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，雖然線電壓保持不變，仍可繼續(xù)運行一段時間（不超過2小時），但是必須正確迅速地處理，消除接地故障.

2 中性點不接地系統(tǒng)“虛接地”故障分析

2.1 由壓互感器高壓熔絲熔斷引起的“虛接地”現(xiàn)象

當不接地系統(tǒng)發(fā)生電壓互感器高壓熔絲熔斷時，小電流接地選線軟件也可能發(fā)出接地信號，并且遙測電壓表的指示都有變化，往往容易造成運行人員的誤判斷.但只要切換各相電壓、線電壓，并仔細分析，是可以區(qū)別判斷的.如：以A相高壓熔絲熔斷為例，具體原因分析如下：

（1）互感器高壓熔絲熔斷時小電流接地選線軟件動作情況。當A相高壓熔絲熔斷時，加在電壓互感器一次線圈上的A相電壓就沒有了，剩下的B、C相電壓UB、UC為正常相電壓，開口三角出現(xiàn)了3倍的零序電壓，接在開口三角的電壓繼電器就有可能動作并發(fā)出接地信號，造成“虛接地”現(xiàn)象.

（2）電壓互感器高壓熔絲熔斷時的電壓變化情況.當電壓互感器A相高壓熔絲熔斷時，在很小的電網(wǎng)，各相對地電容可不考慮的前提下，A相的相電壓為零，另兩相線圈所加的是系統(tǒng)的線電壓，即每個線圈所加的電壓只是1/2線電壓.但是，由于各相對地電容的實際存在，并與電壓互感器的感抗XL并聯(lián)，而電容的容抗XC又遠遠小于電壓互感器的感抗XL.所以，中心點電位的變化，就主要決定于容抗XC的大小，而容抗XC在高壓熔絲熔斷后并未變化，即三相電壓仍近于對稱，近于相電壓.所以說高壓熔絲未熔斷的B、C兩相電壓仍接近于正常的相電壓值.

而高壓熔絲熔斷的A相，雖然二次線圈沒有從本相一次線圈感應的電勢，但是，由于B、C兩相電壓仍接近于正常的相電壓，它們的向量和不等于零，在B、C相的鐵芯內(nèi)產(chǎn)生磁通，并通過A相鐵芯，使A相的一次線圈和二次線圈產(chǎn)生感應電勢，這個電勢的大小比正常的相電壓降低很多，如帶另序PT的電壓互感器一般只有1/3相電壓左右，所以AB、CA電壓也有所降低.

結(jié)論：①高壓熔絲熔斷相的電壓明顯低于相電壓，非熔斷相的電壓仍為相電壓.②熔斷相的線電壓明顯下降（兩熔斷相間的線電壓為0），非熔斷相間的線電壓仍正常.

因而，在高壓熔絲熔斷時，只要檢查各相電壓、線電壓的變化情況，并仔細分析，是完全可以正確判斷是單相接地故障還是高壓熔絲熔斷.

2.2 電壓互感器接線錯誤引起的“虛接地”現(xiàn)象

接線錯誤引起的“虛幻接地”現(xiàn)象時有發(fā)生，如：開口三角一相繞組極性接錯、絕緣監(jiān)視電壓表中性點經(jīng)開口三角的某一相繞組接地等，給運行人員迅速處理故障帶來很大的困難.

（1）開口三角某相繞組極性接錯.小電流接地選線軟件的正確接線是開口三角繞組每一相首尾依次相接串聯(lián)成開口三角，正常情況下相量圖是個閉合的三角形，因此開口三角繞組兩端電壓為0.若一相極性接反，則在系統(tǒng)正常情況下，開口三角繞組兩端出現(xiàn)Uac＝2Uφ的電壓.因而導致小電流接地選線軟件動作而發(fā)出接地信號，出現(xiàn)“虛幻接地”現(xiàn)象.

（2）開口三角繞組接地點接錯.如中性點沒有直接接地，而是經(jīng)過開口三角繞組的某一相接地正常運行時，電壓互感器二次側(cè)三相電壓對稱，開口三角繞組兩端電壓為0，每相為正常相電壓.當電壓表中性點經(jīng)過開口三角C相繞組接地后，二次側(cè)三相電壓中性點就出現(xiàn)了－Uc的位移電壓，造成了“虛幻接地”現(xiàn)象，而此時遙測電壓的讀數(shù)也不再是正常的相電壓，在系統(tǒng)沒有發(fā)生單相接地故障時，A、B兩相電壓升高，C相電壓降低，容易被誤認為是C相接地.

2.3 鐵磁諧振引起的“虛接地”現(xiàn)象

電網(wǎng)中許多非線性電感元件如變壓器、電壓互感器、消弧線圈等，它們和系統(tǒng)的電容元件組成許多復雜的震蕩回路，如滿足一定條件時，就可能激起鐵磁諧振，并發(fā)出“系統(tǒng)接地”信號.如：①空載母線充電時，電磁式電壓互感器各相與網(wǎng)絡的對地電容組成獨立的震蕩回路，產(chǎn)生鐵磁諧振后可能使兩相電壓升高，一相電壓降低或相反的相電壓不平衡.這種鐵磁諧振，只有在另外電壓等級的電源，經(jīng)變壓器對空載母線充電時，在這僅有的一個電源母線上出現(xiàn).在一個電壓等級的系統(tǒng)里，不存在這一問題，②線路單相斷線、系統(tǒng)中發(fā)生不對稱斷開時，也會產(chǎn)生鐵磁諧振.③用電磁式電壓互感器在兩高壓電源間核相時，也會引起系統(tǒng)電壓不平衡的鐵磁諧振.

下面就由充電操作引起的三相電壓不對稱而產(chǎn)生鐵磁諧振的原因及現(xiàn)象分析如下：

在不接地系統(tǒng)中，當在合空載母線或切除部分線路時而引起的三相電壓不對稱時，電壓互感器的非線性電感往往與該系統(tǒng)的對地電容構(gòu)成鐵磁諧振，使系統(tǒng)中性點位移產(chǎn)生零序電壓，導致小電流接地選線軟件動作而發(fā)出“虛幻接地”信號.這是因為：在正常情況下，電壓互感器的三相負載應該是基本上對稱的，當充電操作時：三相開關(guān)不同期；合閘瞬間三相電壓不一樣造成電壓互感器激磁涌流的沖擊值不一樣大等.如，A相電壓為零或正好過零，而B、C相電壓較大時，則電壓互感器A相線圈通過的激磁涌流大，有可能使其鐵芯飽和，線圈電感變小，而B、C相線圈通過的激磁涌流小，鐵芯不飽和，線圈電感大，可能產(chǎn)生諧振，使三相負載變得不對稱，電源中性點就會產(chǎn)生位移電壓U 0，

由上式可以看出，當容性負載和感性負載相補償，即YA、YB、YC的符號不一致，YA＋YB＋YC接近于零，使U 0變得很大，中性點嚴重位移，使電壓互感器開口三角的繼電器發(fā)出接地信號，造成“虛幻接地”現(xiàn)象.

在操作時發(fā)生鐵磁諧振，如果是拉開斷路器后出現(xiàn)，則應立即合上斷路器，如是在合斷路器后出現(xiàn)，則應立即拉開斷路器.①在合空載母線時發(fā)生鐵磁諧振，應立即斷電或送出線路，破壞諧振條件.②在操作消弧線圈時發(fā)生鐵磁諧振，應立即調(diào)整消弧線圈或投切線路.③系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振時，除進行有關(guān)消諧的必要操作外，一般不進行其它操作和有關(guān)工作.

3 故障的判斷

3.1 虛實接地故障的判斷

（1）實接地故障的現(xiàn)象.當?shù)乇O(jiān)控和遠動報“XX段母線接地”完全接地故障時，接地相電壓為0，非接地相電壓升高倍，線電壓仍保持不變.發(fā)展為間隙性弧光接地故障時，遙測電壓不定地擺動，非接地相電壓可能升高為額定相電壓的2.5～3倍.不完全接地故障時，接地相對地電壓大于零而小于相電壓，未接地相對地電壓大于相電壓而小于線電壓，線電壓仍保持不變.

（2）虛接地故障的現(xiàn)象.虛接地故障時，雖然小電流接地選線軟件也發(fā)出接地信號，但遙測電壓的指示與實接地故障時有明顯的區(qū)別，只要查看遙測相電壓、線電壓的變化，并仔細分析，是不難判斷的：

若：報“XX段母線接地”同時報“電壓回路斷線”，則可能是高壓熔絲熔斷.是否還有接地現(xiàn)象，則要看電壓變化情況，按表所示的電壓，來判斷是高壓熔絲熔斷，還是既有接地，又有高壓熔絲熔斷的情況.

當一相電壓升高，兩相電壓降低且相等，則可能是電壓升高相斷線，當電壓升高的一相達到1.5U時，可能是系統(tǒng)不完全接地，因為斷線相電容不可能完全為0，所以斷線相電壓也不可能達到1.5U.

當二相電壓同時升高，且兩相相等，一相電壓降低時，則可能是電壓升高兩相斷線.

3.2 接地相別的判斷

如果一相電壓指示為零，另兩相電壓指示為線電壓，那么指示為零的一相為接地相.

如果一相電壓指示較低，另外兩相電壓指示較高，或者一相電壓指示接近線電壓，另外兩相電壓相等，則電壓指示最高相的下一相（按A、B、C相序往下推）為接地相，即“電壓高，下相糟”原則（非經(jīng)消弧線圈接地的不接地系統(tǒng)）.

當經(jīng)消弧線圈接地的不接地系統(tǒng)出現(xiàn)一相電壓指示較低，另外兩相電壓指示較高，或者：一相電壓指示接近線電壓，另外兩相電壓相等，則電壓指示最高相的上一相（按A、B、C相序往下推）為接地相.

表1 虛實接地故障時各電壓變化情況對照表

4 接地故障的處理方法及注意事項

系統(tǒng)接地后，由于未接地相產(chǎn)生過電壓，可能使其中一相的絕緣被擊穿發(fā)生第二相接地，出現(xiàn)兩點接地短路.對于這種短路有選擇地切斷是不太成功的，因為第二點接地可能離第一個接地點很遠，也可能在另一個供電線上或其他配電設(shè)備上.因此，在小電流接地系統(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)有接地時，應迅速尋找故障點，爭取在未發(fā)展成兩相接地短路故障前將其切除.

4.1 不接地系統(tǒng)尋找接地故障點的方法

不接地系統(tǒng)尋找接地故障點的方法：①裝有接地自動尋找裝置的變電所，在發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)接地故障后應盡快檢查裝置動作情況，并判斷接地線路，匯報調(diào)度，聯(lián)系用戶停電，通知有關(guān)人員處理.②對未裝有接地自動尋找裝置或裝置失靈的變電所，在發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)接地故障時，應首先檢查變電所內(nèi)設(shè)備是否有接地現(xiàn)象.③盡快停用可疑的用電設(shè)備.如：剛投入運行就出現(xiàn)接地信號的設(shè)備、新投產(chǎn)的線路、有明顯故障的設(shè)備等.④用短時逐路試拉法拉出線開關(guān)，并觀察儀表和信號的變化情況，若發(fā)現(xiàn)電壓指示恢復正常及接地光字牌消失，則說明該線路為接地線路.

試拉順序：①空載線路；②雙回路或有其它電源的線路；③線路最長、分支最多、負荷最輕和不太重要的線路；④線路較短、分支較少、負荷較重的線路.如果全部線路試拉后還未查出故障，則可將所有線路開關(guān)拉開，如接地現(xiàn)象消失，則逐路試送，試送到故障線路后將其拉開，再試送其它線路，防止多條線路同名相多點接地故障.如果全部出線開關(guān)拉開后還有接地現(xiàn)象，則可能是母線或母線設(shè)備接地，或者是主變低壓側(cè)至母線之間設(shè)備有接地現(xiàn)象.如試拉母線壓變（避雷器）必須在無電情況下進行，防止帶故障電流拉閘刀.

4.2 尋找接地故障的注意事項

處理時不管是虛接地還是實接地，均應在調(diào)度的命令下進行，巡視設(shè)備時應由二人同時進行，并戴好絕緣手套，穿上絕緣靴，并不得接觸接地金屬物，發(fā)現(xiàn)明顯接地時，應注意與接地點的安全距離.嚴禁用隔離開關(guān)斷開接地點.應嚴密監(jiān)視電壓互感器的發(fā)熱情況，以防過熱引起爆炸.試拉聯(lián)絡線路或環(huán)環(huán)線路時，兩側(cè)斷路器均應斷開，斷開之前應考慮負荷分配.嚴禁拉合消弧線圈的隔離開關(guān).電網(wǎng)允許帶接地故障運行時間不得超過2小時.

5 結(jié)語

我們在實際運行過程中，經(jīng)常會碰到小電流接地系統(tǒng)接地故障或虛接地現(xiàn)象，只要仔細分析、謹慎判斷就能正確處理各種接地故障.對不同的系統(tǒng)接線方式，有不同的故障現(xiàn)象，如母線壓變帶另序PT與不帶另序PT時，所反映的各電壓指示也就不同；在判斷不完全接地故障相時，系統(tǒng)經(jīng)消弧線圈接地與不經(jīng)消弧線圈接地時其方法完全不同.

TM713

A

1009－1734（2011）S0－0151－04

2011－09－10

章義軍，工程師，從事電力系統(tǒng)生產(chǎn)管理研究.