王智睿 周建偉 朱春濤 國網(wǎng)江蘇省電力有限公司鎮(zhèn)江供電分公司

近些年，隨著我國能源全球化發(fā)展，配電網(wǎng)的建設(shè)與安全運(yùn)行也越來越受到人們的關(guān)注，尤其是在35kV 電力供電或配電系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障的概率較高，且當(dāng)中性點(diǎn)發(fā)生單相接地故障時(shí)，相電壓升高，可能引起線路絕緣破壞甚至被擊穿，出現(xiàn)短路故障；如果故障點(diǎn)產(chǎn)生間歇性電弧，會(huì)引起諧振過電壓，損壞或者燒毀電力系統(tǒng)設(shè)備，嚴(yán)重危及設(shè)備和人身安全，給配電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來重大影響。因此，電力系統(tǒng)工作或運(yùn)行維護(hù)人員，必須掌握35kV 電力系統(tǒng)單相接地故障分析與處理方法，系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)需及時(shí)準(zhǔn)確的找到故障點(diǎn)并予以切除，從而保證和維護(hù)電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和生產(chǎn)。一般地，單相接地故障可能出現(xiàn)的原因主要有：①線路或設(shè)備絕緣發(fā)生破壞，引起絕緣擊穿接地，如配電變壓器繞組絕緣破損、接地等；②線路遭外力破壞導(dǎo)致斷線，如大風(fēng)、覆冰舞動(dòng)災(zāi)害天氣；③惡劣復(fù)雜的外界自然環(huán)境，如雷擊、鳥害、漂浮物、動(dòng)物搭接、樹枝等；④工作人員誤操作。因此，針對不同的引起單相接地故障的原因需要采取相對應(yīng)的措施，才能及時(shí)恢復(fù)系統(tǒng)的供電。

一、接地系統(tǒng)的分類

電力系統(tǒng)采用星形連接的發(fā)電機(jī)或變壓器的中性點(diǎn)（一般認(rèn)為發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)不接地，通常指變壓器的中性點(diǎn)）按照接地方式的不同，可以分為有效接地（大電流接地）和非有效接地（小電流接地）2 種，而我國電力系統(tǒng)中性點(diǎn)常見的接地方式有6 種，其中，大電流接地系統(tǒng)主要可以分為中性點(diǎn)有效接地和中性點(diǎn)全接地，以及中性點(diǎn)經(jīng)小阻抗接地；小電流接地系統(tǒng)主要可以分為中性點(diǎn)不接地和中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地，以及中性點(diǎn)經(jīng)高阻抗接地。

（一）大電流接地系統(tǒng)

在中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)低阻抗接地的三相電力系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地短路電流很大，所以稱為大電流接地系統(tǒng)。在電力系統(tǒng)中性點(diǎn)直接接地的三相電力系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，可快速切除故障，安全性好，可靠性較差，中性點(diǎn)不發(fā)生漂移，中性點(diǎn)電壓不變，絕緣按相電壓考慮，絕緣成本低。一般在135kV 及以上系統(tǒng)或380/220V 的三相四線制系統(tǒng)，在大電流接地系統(tǒng)中則有X0/X1 ≤4～5，其中，X0 為系統(tǒng)零序電抗，X1 為系統(tǒng)正序電抗。

（二）小電流接地系統(tǒng)

在中性點(diǎn)不接地或經(jīng)過消弧線圈或高阻抗接地的三相電力系統(tǒng)中，又可以稱為中性點(diǎn)間接接地系統(tǒng)。當(dāng)某一相發(fā)生接地故障時(shí)，由于接地相對地不能構(gòu)成短路回路，故接地故障電流與負(fù)荷電流相比較小，所以把這種系統(tǒng)稱為小電流接地系統(tǒng)。小電流接地系統(tǒng)可靠性高、經(jīng)濟(jì)性差，發(fā)生單相接地故障時(shí)，中性點(diǎn)會(huì)發(fā)生漂移，非故障相電壓升高為線電壓，可繼續(xù)帶電運(yùn)行1～2h，絕緣按線電壓考慮，絕緣成本高，并且在小電流接地系統(tǒng)中一般可以認(rèn)為X0/X1＞4～5。

二、35kV 單芯電纜線路接地短路事故原因

（一）電壓互感器二次輔助繞組接線錯(cuò)誤損壞

電壓互感器二次帶有保險(xiǎn)或者空氣斷路器短路保護(hù)，二次一般接用電壓表、微機(jī)保護(hù)繼電器等。如果接線錯(cuò)誤會(huì)發(fā)生短路保險(xiǎn)熔斷或者開關(guān)跳閘，或者電壓表及微機(jī)保護(hù)器電壓顯示異常，可以及時(shí)被發(fā)現(xiàn)改正。在DL/T516-2012《火力發(fā)電廠、變電站二次接線設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》中7.2.6 條，要求電壓互感器二次輔助繞組接成開口三角的二次繞組不應(yīng)裝設(shè)熔斷器或自動(dòng)開關(guān)。對于開口三角一般接用零序電壓表、XDL 或者XXQ 裝置，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)電壓平衡開口三角電壓為0，即使接線錯(cuò)誤短路也不容易被發(fā)現(xiàn)，當(dāng)開口三角出現(xiàn)電壓時(shí)就容易燒壞電壓互感器。

（二）角吳線故障原因分析

角吳線發(fā)生短路故障后，經(jīng)巡線排查對懷疑故障點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，于22：00 發(fā)現(xiàn)吳橋分支02T1 開關(guān)處有大塊鐵皮壓住，即發(fā)生了單相金屬性接地短路故障。緊急處理后，合閘送電成功。該線路目前自動(dòng)化裝置均為三遙功能，開關(guān)為負(fù)荷開關(guān)，主要用于運(yùn)行監(jiān)控，主站型自愈策略尚未投入運(yùn)行。在故障發(fā)生時(shí)故障點(diǎn)前自動(dòng)化開關(guān)均檢測到故障電流，發(fā)出零序1 段告警信號并上送主站，其中角吳線角吳段#2 環(huán)網(wǎng)柜601、605 開關(guān)、角吳線角吳段#3 環(huán)網(wǎng)柜602 開關(guān)動(dòng)作電流均在370A 左右，與變電站35kV 角吳線開關(guān)動(dòng)作電流352A 基本吻合，由此表明應(yīng)該沒有問題。重合閘在故障后動(dòng)作并未恢復(fù)供電，所以判斷角吳線為永久性故障。經(jīng)錄波儀的數(shù)據(jù)顯示，在發(fā)生金屬性接地短路故障后，非故障相的電壓最大被抬升至原電壓的1.5 倍，這也證實(shí)了本文的理論猜想和故障原因分析的正確性。

三、35kV 單芯電纜線路接地短路故障處理措施

（一）單相接地故障排查

1）當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)某一相對地電壓明顯降低，另外兩相對地電壓升高為線電壓，則這種情況視為單相接地故障。如果變電站母線出現(xiàn)排列不對稱、跌落式熔斷器發(fā)生熔斷、倒閘操作出現(xiàn)不同期等，都會(huì)使得中性點(diǎn)電壓因三相對地電容不平衡而升高，此時(shí)實(shí)際線路并未發(fā)生接地故障。2）在合閘空母線時(shí)，由于勵(lì)磁感抗與對地電抗形成不利組合而產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓；當(dāng)35kV 線路因受雷擊而出現(xiàn)間歇性接地時(shí)，可能會(huì)引起互感器電壓升高?；蛘弋?dāng)35kV 線路遭受雷擊時(shí)，導(dǎo)線附近電場發(fā)生畸變、雷電波沿線路入侵等，而實(shí)際系統(tǒng)并沒有發(fā)生接地故障。針對單相接地故障的排查和處理，尤其是在中性點(diǎn)不直接接地小電流系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障，且起絕緣監(jiān)視和繼電保護(hù)的裝置出現(xiàn)接地信號時(shí)，運(yùn)行值班或調(diào)度人員應(yīng)及時(shí)采取措施進(jìn)行處理。并根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行綜合分析，作出決策，向上級調(diào)度部門和領(lǐng)導(dǎo)請示，做好相關(guān)調(diào)度處理的記錄。電網(wǎng)調(diào)度部門最初可以根據(jù)接地性質(zhì)或類型和接地時(shí)的故障特征進(jìn)行識(shí)別，找到對應(yīng)的分網(wǎng)運(yùn)行部分，縮小停電范圍，在作出判斷與決策時(shí)，需考慮各分網(wǎng)之間的功率平衡和保護(hù)動(dòng)作的配合等因素的影響。通過確定設(shè)備是否完好、有無放電痕跡、有無斷線脫落等，在沒有問題的前提下，可以采取瞬停依次拉閘查找法。針對35kV 出線處已經(jīng)安裝有微機(jī)保護(hù)選線裝置或者接地信號裝置的，在裝置正常運(yùn)行條件下，當(dāng)系統(tǒng)有接地故障時(shí)，其故障線路是比較容易找到和區(qū)分的。針對35kV 出線處未安裝微機(jī)保護(hù)選線裝置或者接地信號裝置的，則可以通過依次斷開35kV 線路母線側(cè)的開關(guān)，如果出現(xiàn)斷開某路開關(guān)其接地信號消失，裝置絕緣監(jiān)視的電壓表立即恢復(fù)正常值，則表明該停電線路帶有接地故障，可安排工作人員消除故障。如果對線路采用瞬停分路開關(guān)法后，接地信號仍然存在，則說明故障沒有發(fā)生在此線路，可以對其進(jìn)行恢復(fù)供電，以此類推，依次進(jìn)行其他線路的排查，但絕不允許將所有出線側(cè)都斷開，假如將出線側(cè)所有分路開關(guān)切斷，極易使得系統(tǒng)的電容電流出現(xiàn)較大程度的下降，導(dǎo)致殘余電流增幅過大，可能引起消弧線圈失效，從而在接地點(diǎn)因過電壓而產(chǎn)生間歇性弧光放電，嚴(yán)重威脅線路和設(shè)備的絕緣安全。因此，在采用瞬停依次拉閘查找法時(shí)，嚴(yán)禁將出線側(cè)全部斷開并進(jìn)行查找，可以考慮采取停一路查一路的方式，當(dāng)恢復(fù)供電后再停另外一路。

（二）正常運(yùn)行時(shí)護(hù)層感應(yīng)電壓計(jì)算

護(hù)層感應(yīng)電壓的計(jì)算以《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50217-2007）附錄F 中的相關(guān)要求為準(zhǔn)，同時(shí)參考文獻(xiàn)計(jì)算結(jié)果可以看出：1）不同排列方式對電纜護(hù)層感應(yīng)電壓有一定影響，采取多根并聯(lián)方式，可有效降低護(hù)層感應(yīng)電壓。2）多回電纜同溝或相鄰敷設(shè)時(shí)，其對電纜護(hù)層感應(yīng)電壓的增助作用比較明顯，此時(shí)如果能采用逆相序排列方式，可有效改善邊相的感應(yīng)電壓。3）護(hù)層感應(yīng)電壓與電纜敷設(shè)長度及電纜負(fù)荷電流密切相關(guān)，在電纜負(fù)荷電流較大時(shí)，為控制電路護(hù)層感應(yīng)電壓，一側(cè)單點(diǎn)接地方式應(yīng)將電纜長度控制在600m 以下。如存在多回共溝敷設(shè)情況，則控制長度還應(yīng)縮小，或者應(yīng)采取中點(diǎn)一點(diǎn)接地，兩側(cè)保護(hù)接地的方式，以縮短感應(yīng)電壓的計(jì)算長度。4）單電纜外徑增大時(shí)，護(hù)層感應(yīng)電壓明顯呈現(xiàn)下降趨勢，根據(jù)計(jì)算，等三角排列時(shí)，當(dāng)電纜外徑為80mm 時(shí)，其護(hù)層感應(yīng)電壓比50mm 時(shí)下降約20%，其它排列方式也均有下降。中的相應(yīng)公式計(jì)算，計(jì)算結(jié)果可以看出：1）不同排列方式對電纜護(hù)層感應(yīng)電壓有一定影響，采取多根并聯(lián)方式，可有效降低護(hù)層感應(yīng)電壓。2）多回電纜同溝或相鄰敷設(shè)時(shí)，其對電纜護(hù)層感應(yīng)電壓的增助作用比較明顯，此時(shí)如果能采用逆相序排列方式，可有效改善邊相的感應(yīng)電壓。3）護(hù)層感應(yīng)電壓與電纜敷設(shè)長度及電纜負(fù)荷電流密切相關(guān)，在電纜負(fù)荷電流較大時(shí)，為控制電路護(hù)層感應(yīng)電壓，一側(cè)單點(diǎn)接地方式應(yīng)將電纜長度控制在600m 以下。如存在多回共溝敷設(shè)情況，則控制長度還應(yīng)縮小，或者應(yīng)采取中點(diǎn)一點(diǎn)接地，兩側(cè)保護(hù)接地的方式，以縮短感應(yīng)電壓的計(jì)算長度。4）單電纜外徑增大時(shí)，護(hù)層感應(yīng)電壓明顯呈現(xiàn)下降趨勢，根據(jù)計(jì)算，等三角排列時(shí)，當(dāng)電纜外徑為80mm 時(shí)，其護(hù)層感應(yīng)電壓比50mm時(shí)下降約20%，其它排列方式也均有下降。

（三）常規(guī)保護(hù)的相位補(bǔ)償

三相變壓器的接線組別不同時(shí)，其兩側(cè)的電流相位關(guān)系也不同。以常用的Yd11 接線的變壓器為例，它們兩側(cè)的電流之間就存在著300°的相位差。這時(shí)，即使變壓器兩側(cè)電流互感器二次電流的大小相等，也會(huì)在差動(dòng)回路中產(chǎn)生不平衡電流Ibp。為了消除這種不平衡電流的影響，就必須消除縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)兩臂電流的相位差。通常采用相位補(bǔ)償?shù)姆绞剑磳⒆儔浩餍切谓泳€一側(cè)電流互感器的二次繞組接成三角形，而將變壓器的三角形側(cè)電流互感器的二次繞組接成星形，以便將電流互感器二次電流的相位矯正過來，從而有效地消除因兩側(cè)電流相位不同而引起的不平衡電流。若僅從相位補(bǔ)償角度出發(fā)，也可將變壓器三角形側(cè)電流互感器二次繞組接成三角形。如果采用這種補(bǔ)償方式，若變壓器高壓側(cè)采用中性點(diǎn)接地的工作方式，則當(dāng)差動(dòng)回路外部發(fā)生單相接地短路故障時(shí)，變壓器高壓側(cè)差動(dòng)回路將有零序電流，而變壓器三角形側(cè)無零序分量，使不平衡電流增大。因此，對于常規(guī)變壓器而言，差動(dòng)保護(hù)是不允許采用變壓器低壓側(cè)進(jìn)行相位補(bǔ)償?shù)慕泳€方式。

四、結(jié)語

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相金屬性接地，接地相對地電壓為0V，接地短路電流為接地相正序、負(fù)序、零序電流矢量和，當(dāng)系統(tǒng)饋出線較多、對地容抗很大時(shí)，忽略系統(tǒng)線路、元件阻抗，系統(tǒng)單相接地電流變?yōu)槿繉Φ仉娙蓦娏魇噶亢?。并且在接地電容電流大?0A 時(shí)，要求采取限制接地短路電流措施，安裝消弧線圈。