刍议配电线路单相接地故障及故障的防范

摘要：本文通过对单相接地故障分析，指出单相故障对电网的危害，提出故障的查找方法和防范措施，并提出如何通过新技术、新设备的应用来提高单相接地故障的查找效率，提高供电可靠性，减少故障损失。

关键词：单相接地；故障诊断；输电和配电

1、前言

通过10kV配电网的事故分析，我们不难知道，其主要故障集中在单相接地。特别是10kV农网线路，地理环境和线路通道较差，在潮湿、多雨天气容易发生单相接地。单相接地故障会造成非故障相相电压的升高，长时间接地运行会造成配电设备的损坏，更严重的是可能造成人身事故，是影响配网线路安全、可靠运行重要因素。造成单相接地的原因有很多，且故障点的查找相对也比较困难，如何减少线路的单相接地故障，提高供电可靠性，一直是配网运行的研究课题。本文结合多年的运行实践，通过对10kV单相接地故障原因、故障特点的分析，指出单相接地对配电设备造成的危害和防范措施，介绍了单相接地的常用查找方法，并对如何通过新技术和新设备的应用来提高单相接地故障的查找效率，减少因故障引起的电量损失等方面进行简单的阐述。

2、单相接地故障原因和防范措施

根据我国农网配电线路运行统计，单相接地故障要占总故障的70％以上，造成10kV线路单相接地的原因有很多，归纳来说主要有气候的原因、线路通道原因、交跨原因、绝缘原因、外力破坏等原因。从多年的运行来看，发生单相接地最主要的原因有以下几种情况。

由于线路通道较差，树枝、毛竹等由于大风或大雪碰到线路，引起单相接地。

由于外力破坏(如放炮、农民砍树、超高的车辆)造成单相线路断落在地上或横担上，造成线路单相接地。

由于与其他线路(主要是通讯线路)交叉跨越距离不够，在夏季或重负荷的时候线路驰度下降引起线路的单相接地。由于雷击或其他原因造成绝缘部件(如悬瓶、棒瓶)和电气设备单相击穿造成单相接地。在现实当中还有其他一些原因，但是以上四点是单相接地的主要原因，防范线路单相接地故障也必须从以上四个方面着手研究，制定相应措施。

在现实当中还有其他一些原因，但是以上四点是单相接地的主要原因，防范线路单相接地故障也必须从以上四个方面着手研究，制定相应措施。

(1)加强对配电线路和设备的定期巡视，及时发现缺陷，把故障点消灭在萌芽阶段。

(2)加强对配电线路和设备的定期绝缘测试，不合格及时更换。

(3)加强宣传和保护力度，避免外力对电网破坏和其他线路的违规搭挂、交叉跨越。

(41完善电网结构，合理分段，缩小故障范围，减少停电面积和停电时间，提高故障查找效率。

3、单相接地故障对电网的影响和危害

目前，我国10kV配电网中性点的运行方式普遍采用不接地或经消弧线圈接地接地方式(也称小电流接地系统)。在中性点不接地三相系统中，当由于绝缘损坏等原因发生单性接地故障时，情况将发生明显变化。根据接地情况不同我们可以将其分为两类：一类是完全接地(也称为金属性接地，即认为接地处的电阻近似于零)；另一类是不完全接地(即通过一定的电阻接地)。

(1) 完全接地故障

如图1，当A相发生完全单相接地时，A相对地电压为O，此时中性点出现偏移，电压不再为零，偏移电压为-Ua，由此我们作出相电压相量图如图1(b)。发生单相接地后接地相的相电压降为0，而未接地相的相电压升高了 倍。

此时线电压的相量图如图2，B、A相的线电压等于 b′，C、A相的线电压等于 a′，B、C相的线电压等于 bc′，相当于正常运行时的线电压三角形平移了一个位置，三相的线电压保持对称且大小不变。

(2) 不完全接地故障

当发生不完全接地时(通过一定电阻接地)，当C相经过渡电阻Rf接地时，忽略线路自身阻抗，并假设各相对地电容相等如图3(a)，则各相对地导纳为

当系统的运行方式一定时，电容C值不变，因此中性点的偏移电压只和过渡电阻Rf有关。

由式(2)可以证明 d0的变化轨迹是以故障相电压的幅值 a为直径的右半圆，如图3(b)所示。

从向量图可以看出，接地相的对地电压不一定总是最低，当中性点偏移到d0点时但是不论A相在哪里发生故障接地，C相对地电压都是最高的，在一定条件下 dc> db= da，其电压幅值有可能超过线电压幅值。由此我们也可以推理根据电压值判断接地相，一般接地相为最大电压相向下推一相。如：UA=9．7kV，Ub=5．6kV，Uc=4．5kV，此时接地相并不是电压最低相C相，而是B相。

由此可以看出不管发生的是完全接地还是不完全接地，非故障相电压将会升高 倍，虽然实际我们的电网和设备是按照线电压设计，理论上满足绝缘要求，同时运行的变压器采用星形连接，未接地相电流通过中性点形成回路，对变压器低压侧的用电设备没有太大影响。但是发生单相接地故障时某些情况下有可能超过线电压值，必然对在这个电压等级上运行的电气设备造成一定的损害。

单相接地会产生接地电流，当接地电流不大时，接地电流过零值电弧自行熄灭。如果接地电流大于30A，将产生稳定电弧，此电弧的大小与接地电流成正比，从而形成持续的电弧接地。高温的电弧可能损坏设备，甚至导致相间短路，尤其在电机或电器内部发生单相接地出现电弧时最危险，如果单相接地发生在森林还有可能引发火灾。

实践证明，在接地电流小于30A而大于5A～10A时，可能产生一种周期性熄灭与复燃的间歇性电弧，这是由于网络中的电感和电容形成的振荡回路所致。随着间歇性电弧的产生将出现网络电压不应有的升高，产生过电压，其幅值可达2．5～3倍的相电压，足以危及整个网络的绝缘。

所以，当发生单相接地故障时，虽然允许继续向用户供电，但是必须要在较短的时间内(一般允许继续运行两小时)消除接地故障。而目前由于考虑到接地线路可能对人身造成的伤害，一般要求停运线路进行故障查找处理。

4、单相接地故障处理

当10kV配电线路发生单相接地故障时，变电站检测到10kV母线电压不平衡，发出接地信号，提示值班员进行处理。值班员经过选线，最终确定发生单相接地故障的相别和配电线路，并通知配电线路的运行维护人员处理故障。目前有许多农网35kV变电所都没有安装选线装置，即使安装了选线装置，但从运行的经验来看，准确率不高，大约在50％以下。所以还是需要采取试跳人工选线方法，这样还是会造成对非故障线路不必要的停电，影响供电可靠性。

目前，运行单位对单相接地故障查找有经验判断法和推送判断法两种方法。所谓经验判断法就是运行人员根据各线段的通道环境、线路质量、历史运行情况等多年线路运行积累的经验，判断可能引起接地点的范围，依据可能性的大小顺序组织人员进行现场巡视确认。所谓推送判断法是指运行人员利用线路分段点进行开断操作，并同时采取通讯与调度联系，根据操作前后是否存在接地故障进行判断来确定接地点的范围。

为了能及时隔离故障点。运行人员可以采用两种方法配合使用进行巡线。当运行单位在接到调度故障巡线通知后，可以根据经验判断法判断线路前段是否存在接地的可能性，如果判断没有问题，可以采取试送判断法将后段线路分段开关断开，并通知调度对前段进行送电，如果得知接地故障消除就可以断定接地点在线路后段。然后继续采取经验判断法判断可能存在接地点的线段，并将其与线路断开隔离，进行试送判断。通过逐级判断，逐级试送确定接地范围。采取这种两种方法配合使用能够最大限度地减少停电范围，隔离故障线段，提高供电可靠性。

但是也需要运行人员要有丰富的运行经验，掌握线路各线段的设备质量和历史运行情况，以便能准确作出判断。

接地故障点范围确定后，对接地点的查找可以采取线路巡视，如果巡视后没有发现断线等明显的接地情况，可以采取蹬杆检查的方法进行检查，重点对绝缘子进行检查，必要时对绝缘子进行绝缘摇测(根据运行经验，部分绝缘子击穿具有隐蔽性，肉眼无法辨别，必须拆开导线或进行绝缘摇测后才能发现)。由于考虑到单相接地可能导致人身伤害事故，一般要停电巡视，此时接地现象表现不明显，这给巡线也带来了一定的难度。如果是在晚上发生非金属性接地，线路地形较好，建议进行带电巡视，接地现象表现(弧光放电，有放电声音)较为明显。

5、新技术、新设备应用

随着新技术和新设备的不断推出，目前我们可以通过采用一些新产品、新技术来提高单相接地故障的查找效率，减少停电范围，提高配电网供电可靠性和运行的安全性。

(1)安装10千伏线路用户分界负荷开关(FFK看门狗)

在线路的分段点或是一些大支线，特别是线路运行条件较差的支线安装FFK(看门狗)开关。这种开关最大的特点是不仅能够与变电站配合实现相间短路故障的切除，还能在线路发生单相接地故障时自动断开。将故障自动隔离。分界开关(看门狗)工作原理：如图4所示，变电所的一条10kV线路，带3个用户，用户电网和大电网用“看门狗”连接，正常时候，DL、K1、K2、K3均在合位。当用户2界内发生单相接地故障时，K2通过自身的测控装置检出零序电流趋近全网的零序电流，即判为区内接地故障，经延时后，K2分闸，切除故障。而此时，K1、K3检到的零序电流相对较小，达不到动作值，不会分闸，DL在接地故障时不会分

闸。当用户2发生相间短路故障时，变电站出线开关DL跳闸，线路停电。K1、K2、K3均维持在合位，同时K2因检测并记忆故障电流，在线路失电状态下快速分闸，变电站DL重合后，除事故用户2外，其它用户全部恢复供电。由此可见，对单相接地故障和相问短路故障，“开门狗”都能进行有效隔离，收缩了停电区域，减少了故障停电时户数，同时还利于故障的排查。

这种开关的工作原理是对接地点零序电流进行采集，并与整定值比较判断。设计原理较为简单，摈弃了如故障电流方向判断，谐波分析等复杂的程序运算，所以设备的性价比较高，较为实用。目前这种开关已由珠海许继电气有限公司开发完成推向市场，在一些大支线和用户线路中使用效果较为理想。

但是从运行情况来看，当发生相间短路故障时，由于看门狗控制器是在站内出线断路器第一次跳闸时，就已经完成了对相应终端负荷故障的检测及判定，同时也完成了对相应保护开关的闭锁控制处理。 因此，无论此次故障是属于什么性质(临时性故障或永久性故障)，看门狗控制器均不加判别、一律视为故障而将保护开关予以闭锁。故此，对出现瞬时性故障需要迅速恢复供电的用户端(或支路)，不宜配置看门狗装置。特别是对一些山区或多雷地区，线路容易造成瞬间故障，不宜安装“看门狗”开关。

(2)单相接地故障指示器

由于分界开关(看门狗)的价格较高，不可能在每个用户或支线都安装，所以可以采用单相接地故障指示器与其配合使用。可以在安装了分界开关(看门狗)的支线上和其分支线上加装单相接地故障指示器，指示故障区段。配电线路发生单相接地故障后，可以在隔离范围内根据指示器的颜色变化可快速确定故障范围，快速查到故障点。这种单相接地故障指示器价格便宜，已在一些县局得到应用，有助予陕速查找故障点，节省时间，提高供电可靠性，增加供电量，取得了较好效果。

从实际应用情况来看，为了考虑投资经济性，我们普遍选用接地和短路二合一故障指示器，在小电流接地系统中单相接地的选线和定位一直是当前困扰配电网运行的技术难点，目前国内开发的一些低价故障指示器检测单相接地的原理基本还是沿用小电流接地系统单相接地选线的原理，其检测单相接地故障的原理主要有下面几种：5次谐波法、电流突变法、首半波法、零序电流法。以上检测原理都是被动检测，是依赖于发生单相接地故障前后配电网参数的变化。鉴于小电流接地系统的自身特点，发生单相接地故障时，所产生的故障信号本身较弱，并且受到电磁干扰和谐波污染，导致获得的信号失真，这些都直接影响了故障指示器的选择性和准确性。另外为判断单相接地故障，一般都需要在故障指示器设定动作定值，大于定值则认为是有单相接地，小于定值则认为不是接地。由于配电网拓扑结构的复杂性，运行方式的变化的多变性，具体设置定值作为单相接地的门槛值在实际工程的实施中是很困难的。所以在使用中，接地故障的判断正确率不高，有时在故障查找中会误导运行人员。

6、结束语

在配电系统中，我们应与时俱进，积极应用新设备和新技术，用科学的管理和高新的技术武装一个坚强的配电网。在故障发生后能及时隔离故障点，最大限度减少停电范围，提高供电可靠性，保证人身和设备的安全。

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