浅析中性点非直接接地系统接地故障判断与处理方法

[摘要]中性点非直接接地方式主要可分为以下三种：不接地、经消弧线圈接地及经电阻接地。目前，我国中压（35kV及以下）电网多采用中性点经消弧线圈接地或经电阻接地。本文主要分析中性点经消弧线圈接地、中性点经小电阻接地、中性点经高电阻接地三种接地系统发生接地故障时的向量关系、产生的现象以及相对应的处理方法，对从事变电运行事故处理分析人员有很好的指导意义。

关键词： 接地方法指导

中图分类号：B026文献标识码： A

0前言

电力系统中性点接地方式是一个涉及到供电的可靠性、过电压与绝缘配合、通信干扰、继电保护等、系统稳定等诸方面的综合技术问题，这个问题在不同国家不同地区不同的发展水平有着不同的选择。目前，我国中压电网中性点接地方式多采用中性点非直接接地方式。中压电网以35kV、10kV、6kV三个电压电压应用较为普遍。

中压电网比较流行的是中性点经消弧线圈接地、中性点经小电阻接地、中性点经高电阻接地三种接地系统。三种接地系统各有优劣，由于是小电流接地系统，值班人员经常会遇到三相对地电压不平衡的情况，如果对此认识不足，不但找不到问题的所在，而且还会因寻找故障时间太长而造成事故扩大。

1中性点非直接接地系统几种接地方式特点分析

1)中性点经消弧线圈接地系统

采用中性点经消弧线圈接地的方式，在系统发生单相接地故障时，接地相相对地电压降为0，健全相相对地电压上升为原来的倍。未发生接地之前，各相相对地电压均为相电压，系统的电容电流达到平衡；发生单相接地故障时，非故障相对地电压突然增大为原来的倍，由于接地相对地电容被短接，另两相对地电容电流急剧增大潜供给系统，系统的电容电流失去平衡，消弧装置计算出系统接地电容并对消弧线圈进行调节，使其产生的电感电流和系统电容相平衡，消弧线圈补偿原理图如图1所示：

图1消弧线圈补偿原理图

设、、为各相相对地电容，理想情况下==，中性点电位为零，即。当C相发生单相接地故障时，中性点电位升至相电压，，健全相导线对地电位升为线电压、，如图2所示, 、中的电流、分别领先、 90度。 ，， ,,。

这时消弧线圈处于中性点电压下，则有一感性电流流过线圈：

中性点经消弧线圈接地系统C相金属性接地时的电压、电流向量图如图2所示。

通过已经知道的总对地电容电流，消弧系统将计算需要输出补偿的电感电流大小，然后根据各自结构特点自动调节某一参数使其输出电感电流自动跟踪上电容电流，实现补偿。

图2 中性点经消弧线圈接地单相接地时电压、电流向量图

2)中性点经小电阻接地系统

中性点经小电阻接地方式，该电阻与系统对地电容构成并联回路。因为电阻是消耗有功功率的元件，如图3所示，接地电阻与系统电容构成RC并联回路。正常时，系统电容电流可以经形成回路，很小，电容储存的能量被消耗掉；

图3中性点经小电阻接地系统图（曲折变式）

当发生接地故障时，当于RC并联回路之间加入了一条短接线（如图4所示），电源与电阻形成通路，，电源很大，电阻很小，所以接地电阻有很大的有功电流流过，所以中性点经小电阻接地系统是大电流接地系统，线路可以按条件装设零序保护，当系统有接地故障时零序保护可动作将故障线路切除。

图4中性点经小电阻接地系统发生接地故障等效电路图

3)中性点经高电阻接地系统

在接地系统中，通常有目的地用接入电阻来限制接地故障电流到10A以下，使系统电流继续流过一段时间而不致加重设备损坏。中性点经高电阻接地系统的特点是：允许带接地故障运行2h、能降低弧光接地过电压倍数、能降低铁磁谐振过电压和断线过电压的倍数、运行方式变化无需变更电阻值、无间隙氧化锌避雷器在电源侧可安全运行。

2中性点非直接接地系统不同接地方式故障查找及处理方法

1)中性点经消弧线圈接地系统

图5中性点经消弧线圈接地系统主接线图

以图5为典型例子，假设运行条件：

一次设备：主变变低、所有馈线、PT、接地变、电容器在运行中，1M-2M母联开关在运行中；

二次设备：

主变低压侧后备保护：投入复压过流I段、过负荷保护；

馈线保护：投入过流保护I、II段、重合闸、TV断线告警；

电容器保护：投入低电压保护、过电压保护、三段过流保护、不平衡电压保护、不平衡电流保护、零序过流保护；

母联保护：投入分段备自投；

接地变保护投入：三段定时限过流、三段零序定时限过电流、PT断线检测（发信）、过负荷告警（发信）。

系统运行过程中可能存在的故障点： f1、f2、f3、f4、f5、f6等，以下主要分析这些故障点的处理方法：

①故障点f1：系统运行中发生馈线线路单相瞬时性接地、单相永久性接地、两相及以上短路情况。

现象及处理方法：馈线发生单相瞬时性接地，消弧补偿装置自动补偿，接地选线装置有接地线路选出，直至故障点电弧完全熄灭，运行人员不必到站处理；当馈线发生单相永久性接地，系统有接地信号发出、接地相电压大幅度降低但不为零、健全相电压变为线电压，消弧补偿装置自动补偿，接地选线装置有接地线路选出，线路可持续运行2小时，在2小时内，调度会根据变电站上传接地信息首先断开电容器然后采用拉路法断开接地点，运行人员到站配合转换线路运行方式，待线路故障点消除恢复线路供电；当线路发生两相及以上短路时，过流II段保护动作、重合闸动作不成功，经调度远方试送一次仍然不成功，判断为永久性故障，运行人员到现场后将保护动作情况、重合闸动作情况、一次设备检查情况汇报给调度，配合调度将线路停运，待线路试漏完毕消除故障点后恢复线路供电。

②故障点f2：馈线开关与母线联络处发生单相永久性接地。

现象及处理方法：系统有接地信号发出，接地相电压大幅度降低但不为零、健全相电压变为线电压，消弧补偿装置自动补偿，选线装置存在误选的可能，调度此时首先会断开电容器，然后逐条馈线用瞬停法查找，均不能找到故障点，这时通知运行人员到站检查设备，若故障点明显，运行人员将现场检查情况汇报调度，倒换运行方式将故障点隔离；若故障点不明显，则应根据调度令先倒换站用电，然后将母线停电，接着尝试用变低或母联开关试充空载母线（不带PT），发现无故障后带PT试充电一次，发现无故障后将母线停电然后将某一馈线转成热备用状态，让变低带着热备用线路充电，如果没发现故障则按照上述方法继续查找，若找到故障点则汇报调度将故障点隔离，其他设备恢复供电。

③故障点f3：PT高压保险丝熔断。

现象及处理方法：PT熔断相电压降低至接近0位置，健全两相相电压不变，相间电压健全相与故障相之间由线电压降为相电压其余不变，系统有接地信号发出，消弧装置不补偿，选线装置无法选出接地线路，所有馈线保护均发“TV断线告警”信号。这时运行人员接到调度电话到站检查，将故障现象详细汇报给调度，根据调度令倒换站用电接着将母线停运（不能带故障拉PT刀闸），然后将PT转为检修状态，其余设备恢复送电，运行人员将情况上报专业专责通知专业班组进站对PT试验并做好抢修安全措施，若试验合格，运行人员跟换好PT高压保险即可通知调度将PT恢复运行，若试验不合格则将情况汇报给调度和上级领导等待进一步处理。

④故障点f4：PT低压保险丝熔断。

现象及处理方法：综自后台母线熔断相电压降低至0，系统无接地信号发出，消弧装置不补偿，所有馈线保护均发“TV断线告警”信号，这时运行人员应当用万用表交流档测量电压互感器低压侧保险上下两端，若上下两端均有电压并相差不大则为健全相，若上下两端有一端无电压，则应取出高压保险，用万用表电阻档测量保险电阻，若电阻无穷大则判定为保险熔断，更换保险丝后若系统电压恢复正常，保护“TV断线告警”信号复归，将处理结果汇报调度；若更换之后保险丝再次熔断，则二次侧必有故障，运行人员此时应将故障现象汇报给部门专责，由部门派出专业班组对二次回路排查一遍，根据排查结果做进一步处理。

⑤故障点f5：母线绝缘降低或接地。

现象及处理方法：系统有接地信号发出，接地相电压大幅度降低但不为零、健全相电压变为线电压，消弧补偿装置自动补偿，选线装置存在误选的可能。处理方法类同于故障点f2，对母线充电发现故障，则运行人员应将故障现象汇报给部门领导，通知专业班组对故障母线进行试漏和消缺，待消除缺陷和对母线充电正常后可以恢复其余设备的供电。

⑥故障点f6：电容器组某一相电容击穿。

现象及处理方法：系统有接地信号发出，接地相电压与健全相电压差别比较大，接地相电压大幅度降低但不为零，系统有接地信号发出，消弧装置工作，选线装置有误选的可能。若电容器低电压保护动作，则电容器不能继续投入运行，运行人员进站将电容器停运做进一步检查。若电容器保护拒动，调度开始将电容器切除，接地现象消失试合上又有接地信号发出，则判定为电容器故障，这时运行人员应将情况汇报部门领导通知专业班组进站检查，根据调度令转换电容器运行方式，同时做好安全措施等待进一步处理。

总而言之总体查找方法如下：

、断开无功补偿设备。避免无功设备对故障查找产生干扰和减少查找范围；

、分区域查找。将电网分成几个区域，分片判断单相接地区域；

、用拉路法逐条查找。

、母线全停法。将发生接地故障的母线停电，然后从空载充电到逐条试送，查找到故障点后将其隔离。

2)中性点经小电阻接地系统

中性点经过小电阻接地和中性点不接地系统对比，其优点主要是发生单相接地时，相电压升幅较小，对设备的绝缘要求可以降低。并且可以限制接地的电流，由于流过故障线路的电流比不接地系统较大，使得零序过流保护有较好的灵敏度，可以比较容易确定故障，解除接地线路。

对中性点经电阻接地的系统发生单相接地时，依靠零序保护能迅速切除故障。零序保护采用一段式过流或二段式速断和过流保护均可以准确判断出故障线路，实现有选择性地动作故障线路。在该系统上，运行人员不必花时间查找故障线路。

3)中性点经高电阻接地系统

高电阻接地方式主要应用于大型发电机组、发电厂厂用电和某些变电站6~10kV系统。它最大的特点是当系统发生单相接地时可以继续运行2小时，这与中、小电阻运行方式有着根本不同。由于电阻是耗能元件，所以在有接地故障时，运行人员应及时开启通风装置，避免散热不及时造成设备损坏，同时应查看接地选线和绝缘监测装置分析具体哪条线路、哪相发生接地，与调度配合查找，具体方法与中性点经消弧线圈接地系统类似，本文不做赘述。

3结束语

综上所述，三种中性点非直接接地系统的接地现象、处理方式各有其特点。纵观各电压等级电网，中低压中性点非直接接地系统发生故障的概率最高，其中中性点经消弧线圈接地系统故障排查最为复杂，这就要求运行人员必须熟悉电网结构和运行方式，了解不同接地系统发生接地故障时的接地现象，掌握各种接地系统事故处理方法，切实做到发生故障后迅速准确地排除故障，减少不必要的停电。

本文参考文献：

【1】.平绍勋 周玉芳.《电力系统中性点接地方式及运行方式》[M]，北京：中国电力出版社，2010年3月第一版；

【2】.姚春球.《发电厂电气部分》[M]，北京：中国电力出版社，2007年11月第一版；

【3】.卓乐友，董柏林等.《电力工程电气设计手册 电气二次部分》[M]，北京：中国电力出版社，1991年8月第一版；

【4】.中华人民共和国电力行业标准，DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》[Z]，1997-10-01实施.

【5】. 中国南方电网公司（2012-04-02）Q/CSG-GPG 2012 001-201，广东电力系统调度规程；

作者简历：张志华，1987年1月出生，男，汉族，广东韶关人，大学本科学历，助理工程师职称，研究方向电力系统变电运行及电力工程勘察设计

工作单位：广东电网公司韶关供电局