李 根

（國網(wǎng)陜西省電力有限公司 富縣供電公司，陜西 延安 727500）

0 引言

對(duì)于配電網(wǎng)而言，相較相間短路故障，單相接地故障是發(fā)生頻率最高的一種故障類型。當(dāng)前，小電流接地是配電網(wǎng)中比較常見的接地形式，針對(duì)小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的處理已經(jīng)取得相應(yīng)的成果，升級(jí)的自動(dòng)跟蹤型消弧線圈也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了應(yīng)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(shí)，由于使用方法不正確，并沒有取得良好的效果，進(jìn)而造成大面積停電或者是電纜溝起火。因此，需加強(qiáng)小電流接地選線技術(shù)的應(yīng)用，將此類接地故障產(chǎn)生的危害降到最低，保障電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

1 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障危害

一旦配電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障，雖然電力系統(tǒng)依舊可以向用戶進(jìn)行一段時(shí)間的供電，但是單相接地故障存在期間，會(huì)造成電氣設(shè)備的絕緣擊穿，從而引起相間短路，甚至火災(zāi)的發(fā)生，危及設(shè)備及工作人員。這種危害主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面。首先，系統(tǒng)中未發(fā)生故障的相所具備的對(duì)地電壓將會(huì)迅速增大，這會(huì)在很大程度上威脅系統(tǒng)中設(shè)備的絕緣性能。一般來說，系統(tǒng)中的中間頭和電纜連接頭等薄弱環(huán)節(jié)會(huì)受到直接的影響[1]。情節(jié)嚴(yán)重時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)擊穿爆炸、相間短路等情況，進(jìn)而出現(xiàn)線路跳閘的情況。其次，如果配電網(wǎng)絡(luò)本身存在較大的電容電流，一旦產(chǎn)生了接地故障，將會(huì)導(dǎo)致電弧進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)，造成電磁能量的強(qiáng)烈震蕩，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)將電壓互感器燒毀。一般來說，在判定故障接地狀態(tài)時(shí)，可以以單相接地故障時(shí)系統(tǒng)的表現(xiàn)特征作為依據(jù)，具體的表現(xiàn)特征對(duì)應(yīng)的接地狀態(tài)見表1。

表1 配電網(wǎng)系統(tǒng)單相接地故障接地狀態(tài)判斷依據(jù)對(duì)照表

2 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障暫態(tài)過程與消弧線圈動(dòng)作分析

當(dāng)小電流接地系統(tǒng)中出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，最為顯著的一項(xiàng)特征即故障電流數(shù)值相對(duì)較小，通常不會(huì)超過負(fù)荷電流，在這種情況下，系統(tǒng)中的三相電壓將仍然保持對(duì)稱的局面，不會(huì)對(duì)電力使用者的持續(xù)供電產(chǎn)生影響[1]。當(dāng)前，我國配電網(wǎng)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(wǎng)中的有關(guān)規(guī)定相符合。當(dāng)小電流接地系統(tǒng)單相接地故障發(fā)生之后，會(huì)涉及電壓抑制、故障快速隔離、人身觸電保護(hù)、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(fā)生后最常見的問題（如圖1）。此外，單相接地故障復(fù)雜程度較高，在故障發(fā)生之后，存在差異化的變化狀態(tài)，包括暫態(tài)過程和穩(wěn)態(tài)過程。對(duì)此，本文對(duì)小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的暫態(tài)過程和消弧線圈動(dòng)作進(jìn)行分析。

圖1 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障涉及問題

2.1 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障暫態(tài)過程

單相接地故障本身屬于一種發(fā)生頻率較高的故障類型。對(duì)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)而言，由于系統(tǒng)中存在的三相線路之間保持著平衡狀態(tài)，因此其所構(gòu)成的對(duì)地電容值也基本保持在一致的狀態(tài)。當(dāng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，三相線路能夠在同一時(shí)間向電容提供充電功能，線路自身的對(duì)地電壓也會(huì)保持在穩(wěn)定狀態(tài)[2]。三相平衡的存在，使得對(duì)地電容之間保持在平衡狀態(tài)，進(jìn)而促使電流處于平衡，所以此時(shí)電容流過的零序電流數(shù)值將為零。倘若系統(tǒng)出現(xiàn)單相對(duì)地短路故障，從消弧線圈產(chǎn)生的電流將會(huì)自動(dòng)補(bǔ)償電容電流，從而使得短時(shí)間內(nèi)熄滅接地電弧。

圖2表示的內(nèi)容為小電流接地系統(tǒng)出現(xiàn)單相對(duì)地短路故障時(shí)電網(wǎng)系統(tǒng)的等效電路。如果圖2中的A相出現(xiàn)對(duì)地短路的故障，那么在此時(shí)，大地的點(diǎn)位與A相的點(diǎn)位這兩項(xiàng)內(nèi)容是處于相同水平的，在這種情況下，A相和B相的電壓數(shù)值將會(huì)在短時(shí)間內(nèi)擴(kuò)大相應(yīng)的幅度，這也意味著系統(tǒng)對(duì)地充電電路進(jìn)入到不平衡的狀態(tài)，由此造成三相電壓原本的對(duì)稱格局被打破。一旦出現(xiàn)這種情況，將會(huì)造成零序電流分量和零序電壓分量的產(chǎn)生。按照三相電路零序電壓產(chǎn)生原理來看，此時(shí)系統(tǒng)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(tǒng)單相對(duì)地短路故障時(shí)電網(wǎng)等效電路示意圖

2.2 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障消弧線圈動(dòng)作

倘若小電流接地系統(tǒng)之中出現(xiàn)單相對(duì)地短路故障，并經(jīng)過消弧線圈接地系統(tǒng)之中，在這種情況下，消弧線圈將會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的動(dòng)作，這種動(dòng)作在此類情況下屬于一種正常動(dòng)作現(xiàn)象。一旦系統(tǒng)本身出現(xiàn)了單相對(duì)地短路故障時(shí)，消弧線圈卻沒有出現(xiàn)相應(yīng)的動(dòng)作，此時(shí)這種現(xiàn)象則屬于非正?，F(xiàn)象的一種。能夠促使消弧線圈動(dòng)作出現(xiàn)異常情況的原因來源于多個(gè)層面。例如電網(wǎng)電壓數(shù)值產(chǎn)生變化、過電壓現(xiàn)象、系統(tǒng)線路嚴(yán)重不對(duì)稱及電網(wǎng)頻率波動(dòng)等。除了上述原因，所設(shè)定的系統(tǒng)消弧線圈動(dòng)作值不恰當(dāng)、電網(wǎng)產(chǎn)生阻尼降低、中性點(diǎn)所接消弧線圈前端變壓器斷路等也會(huì)導(dǎo)致消弧線圈出現(xiàn)異常動(dòng)作[2]。無論致使消弧線圈產(chǎn)生異常動(dòng)作的原因?yàn)楹?，一旦出現(xiàn)了異常動(dòng)作，即具備相應(yīng)的危險(xiǎn)性。相關(guān)主體如果發(fā)現(xiàn)消弧線圈異常動(dòng)作，就應(yīng)當(dāng)在短時(shí)間內(nèi)查明導(dǎo)致問題產(chǎn)生的原因，并應(yīng)用恰當(dāng)?shù)拇胧┘皶r(shí)處理，防止更加嚴(yán)重的事故產(chǎn)生。

如果配電網(wǎng)絡(luò)在接地點(diǎn)采用了消弧線圈，在設(shè)定保護(hù)參數(shù)的過程中，通常需要把保護(hù)參數(shù)數(shù)值設(shè)置為電流五次諧波分量。在這種狀態(tài)下發(fā)生的單相對(duì)地故障電流問題，在實(shí)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(tǒng)上的故障電流所產(chǎn)生的有功分量更大，以便采用零序電流保護(hù)的方法，在最短時(shí)間內(nèi)確定故障點(diǎn)并進(jìn)行針對(duì)性解決。

3 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障處理技術(shù)

3.1 單相接地故障測(cè)距定位技術(shù)

如果配電網(wǎng)中的一條線路可以做到針對(duì)單相接地故障點(diǎn)的測(cè)距，即可以實(shí)現(xiàn)故障發(fā)生點(diǎn)位排查和故障處理的實(shí)際效率。立足于理論角度，小電流接地系統(tǒng)單相接地故障測(cè)距定位處理技術(shù)同樣屬于處理單相接地故障的技術(shù)之一。相關(guān)領(lǐng)域的研究人員研發(fā)了一種現(xiàn)代化單相接地故障測(cè)距定位技術(shù)，這種技術(shù)主要是由一套常規(guī)電壓互感器和高采樣率的電流互感器共同組成的，在實(shí)際應(yīng)用的過程中能夠在多饋線系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)故障發(fā)生線路的測(cè)距。在經(jīng)過相應(yīng)的試驗(yàn)與仿真之后，證明這種處理技術(shù)能夠?qū)⑾到y(tǒng)中發(fā)生單相接地故障的線路進(jìn)行正確的選取，同時(shí)對(duì)線路中發(fā)生故障的具體點(diǎn)位進(jìn)行更加精準(zhǔn)化的檢測(cè)。不僅如此，這種技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用期間并不會(huì)受到來源于系統(tǒng)運(yùn)行方式和過渡電阻的影響。但是，倘若配電網(wǎng)系統(tǒng)本身的線路分支較多，那么在信號(hào)噪聲的干擾之下，此種方法將難以是唄行波。當(dāng)前，能夠應(yīng)用到配電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)單相接地故障處理中的測(cè)距方法存在著多種多樣的形式，例如行波測(cè)距法、阻抗分析測(cè)距法等。后者在實(shí)際應(yīng)用期間會(huì)受到來源于配電網(wǎng)中一些因素的影響，因此行波測(cè)距法的實(shí)用性更加明顯[3]。行波測(cè)距法在實(shí)際應(yīng)用時(shí)對(duì)配電網(wǎng)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(xiàng)阻礙因素。因此，這項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)階段還處于試驗(yàn)與理論研究層面，未來需要進(jìn)一步探索。

3.2 人工拉路選線處理技術(shù)

現(xiàn)階段，相關(guān)主體在對(duì)配電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)中出現(xiàn)的單相接地故障進(jìn)行處理時(shí)，依舊在使用人工拉路選線處理技術(shù)，這是一種使用頻率較高的技術(shù)。如果系統(tǒng)中的母線出現(xiàn)了單相接地故障，在通過人工拉路選線處理技術(shù)進(jìn)行處理的過程中，基本需要經(jīng)歷如下流程：第一，使用電氣分割的形式，將系統(tǒng)本身的運(yùn)行方式作為基礎(chǔ)，將配電網(wǎng)分隔成在電氣層面上彼此不相連的若干個(gè)組成部分。第二，將處于空載狀態(tài)的線路和電容器組進(jìn)行關(guān)停處理。第三，嘗試將一些并不關(guān)鍵的、過去產(chǎn)生故障較頻繁的、負(fù)荷較輕的、分支較多的、長(zhǎng)度較大的線路進(jìn)行拉取。第四，嘗試將一些負(fù)荷較重的、分支較少的線路進(jìn)行拉取，同時(shí)通知一些關(guān)鍵的用電主體，將這些主體的供電線路進(jìn)行臨時(shí)關(guān)停。如果故障發(fā)生的情況較為緊急，不具備充足的時(shí)間告知給關(guān)鍵用戶，可先進(jìn)行線路的拉取，并在完成處理之后告知客戶服務(wù)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(guān)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(chǎn)生的原因，以便后續(xù)的處理。

倘若在經(jīng)過如上處理流程之后依舊存在單相接地故障，相關(guān)主體則需要考慮單相接地故障產(chǎn)生的原因是否為變壓站內(nèi)部主變壓器低壓側(cè)設(shè)備出現(xiàn)接地、母線設(shè)備接地或者是若干條線路同相接地等。一般來說，為了能夠?qū)崿F(xiàn)單相接地故障處理效率的提升，工作人員在實(shí)際處理時(shí)，通常會(huì)將《小電流接地系統(tǒng)單相接地選線順序表》作為拉路選線的主要參考依據(jù)，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(duì)該線路的正常供電狀態(tài)進(jìn)行恢復(fù)，直到最終確定出現(xiàn)接地故障的線路。盡管人工拉路選線處理技術(shù)本身有著便捷、直接、簡(jiǎn)單的故障處理特征，但是這種技術(shù)形式本身手段較為單一，并且在拉路選線的過程中還會(huì)導(dǎo)致非故障線路停電的情況，對(duì)一些重要用電主體的生產(chǎn)活動(dòng)造成損害。在現(xiàn)今的高供電可靠性發(fā)展趨勢(shì)下，這種故障處理技術(shù)已經(jīng)暴露出一定的不適應(yīng)性，相關(guān)主體需要對(duì)該技術(shù)形式進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化[3]。

3.3 借助接地選線裝置自主選線技術(shù)

從理論層面出發(fā)，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(wǎng)母線端的方式，并將零序TA設(shè)置于變電所的高壓配電網(wǎng)出線端。當(dāng)進(jìn)行上述設(shè)備的配合試驗(yàn)配置之后，如果配電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)發(fā)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(duì)故障信息進(jìn)行有效檢測(cè)。在其發(fā)揮作用時(shí)，能夠向相關(guān)主體給出一定的單相接地故障信息，但不會(huì)出現(xiàn)跳閘的現(xiàn)象。當(dāng)確認(rèn)發(fā)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(tài)下，如果此類裝置在確定接地故障發(fā)生線路的準(zhǔn)確性能夠達(dá)到100%，也意味著借助接地選線裝置自主選線技術(shù)對(duì)單相接地故障進(jìn)行處理時(shí)的準(zhǔn)確度也可以達(dá)到100%，并且該技術(shù)在應(yīng)用時(shí)無須停掉向用戶的供電，避免了一些問題的產(chǎn)生。

4 總結(jié)

單相接地故障是配電網(wǎng)中較為常見的故障之一，處理小電流接地系統(tǒng)單相接地故障本身屬于一種系統(tǒng)性較強(qiáng)的工程，在處理時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況選擇最恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)形式。與此同時(shí)，需要遵循國家所頒布的相關(guān)準(zhǔn)則和處理方針。在具體應(yīng)用單相接地故障處理技術(shù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分結(jié)合供電可靠性和供電區(qū)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(shí)施更加合理、更加適宜的處理技術(shù)。但該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中還存在缺陷，例如發(fā)生接地故障時(shí)，很難第一時(shí)間判斷哪條線路接地，尤其是線路復(fù)雜的電力系統(tǒng)，增加了查找難度，這些都需要相關(guān)工作人員進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，以便小電流接地選線系統(tǒng)更好地服務(wù)電力行業(yè)。