学习笔记-中压配电网单相接地故障-选线及定位技术

中压配电网单相接地故障

——选线及定位技术

杨以涵齐郑编著（中国电力出版社2014.07）

第一章中压配电网中性点接地方式

在这一章中主要介绍了配电网的中性点接地的方式，以及各种接地方式对电网的影响。中性点接地方式

中性点接地方式主要有以下几种：

中性点直接接地方式，即将中性点直接接入大地

中性点不接地方式，即中性点对地绝缘

中性点经消弧线圈接地方式，即在中性点和大地之间接入一个电感线圈。

中性点经电阻接地方式，即在中性点和大地之间接入一个电阻。分为中性点经高阻抗接地，中性点经小电阻接地和中性点经中阻抗接地三种方式。

中性点经消弧线圈接地方式，与不接地方式相比，需要更多的投资，但是能够保障系统的安全性，提高供电可靠性。抑制单相接地故障的短路电流，利于电弧的熄灭，避免系统的过电压。但是面临新的问题，1、单相接地故障选线困难，抑制了故障线路的零序电流；2、造成中性点的位移电压过高，随着经济的发展，在馈电的线路中电缆所占的比重越来越大，中性点经消弧线圈接地方式的弊端逐渐暴露，1）只能补偿电容的基频无功分量，谐波分量无法补偿；2）配电网的电容电流大，导致消弧线圈的价格高；3）以电缆为主的配电网单相故障多为永久性故障（外力破坏的故障），消弧线圈的优势不明显；4）当接地点为电缆内部的时候，接地电弧为封闭性电弧，消弧线圈就不具备优势了。

中性点经电阻接地，为了限制配电网的过电压的幅值，解决消弧线圈容量无法满足电容电流的需求的问题，可以采用中性点经电阻接地方式。优点是当电容电流在一定范围波动的时，能有效地限制间歇性电弧接地过电压和铁磁谐振过电压，同时不必像消弧线圈那样严格匹配电容电流。适用的情况是采用绝缘水平低的设备，对电压要求比较严的配电网或存在大量电缆的配电网。根据我国具体情况，主要采用经小电阻接地方式。

中性点接地方式的影响

中性点接地方式的影响的内容主要有：

安全隐患，由接地故障引起的电弧会对环境造成危害，引发火灾。单相接地故障会对接地点附近产生较大的跨步电压和接触电压，对人畜造成危害。经消弧线圈接地方式的电网由于接地电流小，很多故障可以瞬间消除，减少触电的概率，对于永久性的单相接地故障，因接地电流小，接处电压和跨步电压都比较小，一般没有危险。

通信隐患，当电力线路与电缆通讯线路平行走向时，会由于耦合产生感应电压，对通讯造成干扰，轻则影响通话的质量，重则危害通讯设备和人身安全。

电力设备绝缘隐患，不同的接地方式对系统中的设备的绝缘水平有不同的要求。中性点直接接地的系统，对设备的绝缘水平要求低，可以减少绝缘的投资，提高建设和运行的经济性，但是不能提高系统的可靠性，当发生单相接地故障时，必须要切断故障。中性点不接地系统，对设备的绝缘水平要求高，单相接地故障电流小，主要是线路的对地电容电流，发生故障时，系统的线电压依旧对称，不影响对负荷的供电，可带故障运行两个小时，提高的供电的可靠性。但是非故障相的对地电压升高为线电压。

电网的隐患，当接地电弧不稳定的时候，会产生间歇性电弧，电弧在不断的熄灭与重燃的过程中，会在非故障的两相中，产生间歇性电弧接地过电压（俗称电弧过电压）。过电压幅值高、持续时间长、遍及全网，冲击全网绝缘薄弱的环节。诱发TV铁磁谐振过电压，TV 铁磁谐振的机理是电磁式电压互感器的励磁感抗在一定的激发条件之下有可能出现的饱和情况。使得感抗值降低并与线路的对地电容容抗值匹配产生谐振过电压。单相接地故障就是诱发TV铁磁谐振的激发因素之一，TV铁磁谐振很可能会导致TV爆炸，氧化锌避雷器击穿、电缆头爆炸等绝缘故障。

我国中压配电网中性点接地方式

我国中压配电网中性点接地方式随着发展而逐渐变化，我国从新中国成立至20世纪80年代中期，中压配电网中性点逐步改造为采用不接地或者经手动消弧线圈接地方式两种。进入20世纪80年代末，随着自动调谐线圈的出现，于是很多配电网逐步更换为中性点经自动调谐消弧线圈接地方式，进入90年代后，特别是城市配电网中显现了小电流接地系统存在的很多问题，随着电缆的出线增多，配电网中单相接地电容电流将急剧增加，中性点经小电阻接地方式逐渐得到广泛应用。

我国现在3-60kV中压配电网的现状是：绝大多数系统采用中性点经小电流接地方式，其中60kV和35kV电网主要采用中性点经消弧线圈接地方式；3-10kV电网部分采用中性点不接地方式，部分采用中性点经消弧线圈接地方式，少数地区如北、上、广等城市的部分电网采用中性点经小电阻接地方式。

国外中压配电网中性点接地方式国外

在世界电力系统发展初期，电力设备的中性点都采用中性点直接接地的方式，随着电力系统的扩大，单相接地故障的增多，为了提高电网的可靠性，逐渐改为中性点不接地方式。后来由于工业化进程加快，电力传输容量不断增大，距离不断延长，电压的等级逐渐升高，在这种情况下，发生单相接地故障时，接地电容电流在故障点处形成的电弧不能自行熄灭，同时间歇性电弧产生的过电压使得接地事故不断扩大，显著降低电力系统的运行可靠性。为了解决系统出现的这些问题当时比较发达的两个工业国家分别采用不同的解决途径，德国为了避免对通讯线路的干扰和保障线路的持续供电，采用中性点经消弧线圈接地方式，自动消除瞬间的单相接地故障。在美国，中性点经消弧线圈接地方式存在引起过电压的风险且单相

接地保护被认为是难以实现，最终采用了中性点直接接地和中性点经小电阻接地方式，并配合快速继电保护装置和开关装置，瞬间跳开故障线路。

以下是几个国家的中压配电网中性点接地方式情况的现状：

1）德国、俄罗斯多采用经消弧线圈接地方式，但是在城市电网中开始逐步推广经小电阻接地方式。

2）美国大多依然采用将中性点直接接地或经小电阻接地方式。

3）英国60kV 电网中性点采用经小电阻接地方式，而对于33kV 及以下由架空线组成的配电网，中性点逐步由直接接地方式改为经消弧线圈接地；由电缆组成的配电网，仍采用经小电阻接地方式。

4）日本东京电力公司60kV 配电网采用中性点电阻接地或经消弧线圈接地；6.3kV 电网采用不接地方式。

小结

我国配电网中性点接地方式主要采用中性点经小电流接地方式，关于我国配电网中性点接地方式的发展方向，目前存在两种观点：其一是继续采用中性点经消弧线圈接地方式为主的小电流接地方式；其二是推广采用中性点经小电阻接地方式。到目前为止，如何确定配电网中中性点接地方式尚没有统一标准，普遍的共识是中性点接地方式的选择必须充分考虑地区特点、电网结构、供电可靠性、继电保护技术要求、电气设备的绝缘水平、过电压水平、人身安全、对通讯的影响以及运行经验、历史因素等，通过技术经济比较加以确定。

第二章 小电流接地系统单相接地故障特征

线路单相接地故障是指线路中某点由于内部或者外部原因，如绝缘损坏、树木塔接等，与大地相接形成接地，是电网最常见的故障。单相接地故障会对电网运行的安全性、可靠性和经济性造成很大的影响。单相接地故障可能会产生过电压、烧坏设备，甚至引起人身伤亡。因此发生单相接地故障之后，需要快速准确确定故障位置，并排除故障。小电流接地系统在发生单相接地故障之后的故障特征主要表现在以下几个方面：

1、发生接地故障之后，系统三个线电压AB U 、BC U 、CA U 幅值和相位差仍维持不变，即对称性不变，由于配电变压器通常为0Y/Y 接线或者0Δ/Y 接线，因此在0.4kV 低压配电网上的用电设备仍然能够正常运行。

2、发生单相接地故障后，由于零序回路阻抗值很大，因此单相接地电流很小，往往小于负荷电流，更远小于相间（包含三相）短路故障，因此继电保护装置不会动作切除故障。

3、系统的三个相电压A U 、B U 、C U 出现不对称运行状态，如果发生单相金属性接地故障，则故障相的电压降为零，非故障相的电压上升为线电压。此时电压互感器开口三角处测量出100V 电压。如果发生单相非金属性接地（接地电阻大于零），则故障相的电压降低但不为零，非故障相的电压降低或者升高，但是达不到线电压。电压互感器开口三角处的电