输电线路单相接地故障的特征、危害与定位技术分析

输电线路单相接地故障的特征、危害与定位技术分析

摘要：文章对输电线路单相接地故障的基本特征进行了分析，同时探讨了输电线路单相接地故障的发生所造成的危害，以及故障处理过程中所需的定位技术。

关键词：输电线路；单相接地故障；特征；危害；定位技术

随着我国社会经济的快速发展，我国的电力系统建设规模也实现了快速的扩展，小电流接地系统数量也在逐渐增加。因为小电流接地系统具有电压等级较低的基本特征，因而其单相接地故障的发生率也普遍偏高，非故障相对地电压升高，若输电线路出现间歇性弧光接地现象，会引发弧光过电压，进而威胁系统的绝缘性能，导致相间短路范围扩大，最终造成大面积的停电事故，以及严重的经济损失。

1 单相接地故障的基本特征

多雨、潮湿的气候条件下，输电线路单相接地故障的发生率通常偏高，其主要诱发原因包括：小动物危害、单相断线、单相击穿配电线路上绝缘子以及树障等。单相接地故障发生后，非故障两相的相电压会明显升高，而故障相对地的电压则会迅速降低，而线电压仍然保持对称状态，所以，不会对电力系统供电的连续性造成不良影响，电力系统能够持续运行1～2 h。

输电线路单相接地故障的基本特征主要表现为：第一，电弧接地。若A相发生完全接地，则故障相的电压会有所下降，但不会降低到零，非故障相的电压会迅速提高到线电压。第二，空载母线虚假接地问题。母线空载运行过程中，潜在三相电压不平衡的发生风险，且会产生接地信号现象。而这一接地现象会在送上一条线路后逐渐消失。第三，串联谐振。因为电力系统中由感性参数和容性的元件，尤其是存在带铁芯的铁磁电感元件，因而一旦参数组合出现匹配不当现象，就会导致继电器动作和铁磁谐振，并出现接地信号。这一问题可通过网络参数的改变进行解决，主要处理措施包括减少线路、增加临时线路、合上或断开母联断路器等。第四，高压侧发生熔断件熔断或是一相断线后，故障相电压会迅速下降，但不会降低到零，而非故障相的电压并不会明显升高，其主要原因在于，二次回路中该相电压表会与两相电压表及互感器线圈共同构成串联回路，指示电压数值也较小，而不是其真是的电压，非故障相仍为相压。第五，若出现A相完全接地现象，则故障相的电压会瞬间降低为零，而非故障相的电压会逐渐提高为线电压。第六，当发生一相（如A相）不完全接地时，也就是电弧接地或是电阻过高时，中性点电位会发生偏移，故障相的电压会迅速较低，但不会降低到零。非故障相的电压会逐渐提高至相电压以上，而不会达到线电压。

2 单相接地故障的危害

输电线路发生单相接地故障后，若电网仍然坚持运行，则会对整个电力系统产生如下损害：第一，电压互感器铁芯会严重饱和，进而造成电压互感器因负荷

过重而损坏。第二，在特定条件下，故障点会出现间歇性电弧，进而形成串联谐振过电压，其电压值会提高到相电压的2.5～3倍，进而对电力系统的安全运行产生破坏作用，并诱发相间短路问题。第三，故障点会出现电弧，进而导致设备烧毁，对电力系统的安全运行产生破坏作用。第四，因为完全接地时非故障相对地电压会快速提高，并达到线电压水平，可能会击穿电力系统中的绝缘薄弱部位，形成电力系统短路故障，扩大电力系统故障的影响范围，导致系统无法正常供电。

3 输电线路单相接地故障定位技术

3.1 阻抗测距法

阻抗测距法的主要原因在于，通过测量故障线路的电流和电压，对故障点的距离进行计算和分析，双端电源系统中的单端阻抗法测距的主要原理，如图1所示。

双端测距方法与单端测距方法是阻抗测距法最为常见的两种类型。其中，单端测距方法还能够进一步划分为工频电气量法和时域法两类，时域法的测量基础为点电压电流微分方程的满足，一般情况下需要设定测量点电流与故障点电流故障分量同相位，对测量点与故障点之间的电感进行计算和测量，进而计算出故障的发生距离。工频电气量法的主要原则在于，对稳态故障网络方程进行计算，进而测得故障的距离。因为测距方程中共有线路对端电流相量、过渡电阻和故障距离等四个未知量，而按照故障稳态网络，只有两个方程能够完整列出，因而不符合定解的基本要求。一般的做法为，按照电力系统运行的基本特征，将影响电气量的对端系统参数进行相应的设置，以减少未知数的数量，从而获得故障的发生距离。时域方法能够最大限度地消除对端系统阻抗所产生的影响，因而测距精度更高，然而，这一测量方法需要计算相应的倒数，所以具有较高的采样速率要求。双端算法能够在完全避免单端算法原理所存在缺陷的基础上，实现计算精确度的提高。

3.2 行波测距法

按照分类规则的不同，行波测距法通常可以划分为较多的种类，且不同的种类均具有各自的特征，主要包括：

第一，按照侧距方法和行波种类分类。行波法可以划分为：故障点反射波与测量点获得的故障开断初始行波浪涌之间的时延进行单端输电线路故障距离测试的方法，以及故障点与测量点之间通过重合闸形成的暂态行波的传播时间进行单端输电线路故障距离测试的方法。第二，按照所使用的电气量划分。按照所使用电气量的不同，可以将行波法划分为两类：一是通过双端线路的故障信息对故障距离进行测试，也可称为双端测距；二是通过单端线路的电流、电压等故障信息对故障距离进行测试，也可称为单端测距。第三，按照是否离线进行划分。通常可将行波法划分为在线测距和离线测距两种方法。第四，按照行波信号的来源进行划分。通常可将行波法划分为无源行波测距与有源行波测距两个种类。其中，无源行波测距指的是对故障点信号进行直接测量，而无需使用高频通道设备，以

及专门设置外加信号源，因而经济性更好，也更加简便。而有源行波测距则应使用外加信号源，使用专门的脉冲信号发生器发出信号，通过元件的启动以及与其连接的设备在故障发生线路加入信号源。

4 结语

双端测距法、单端测距法、阻抗法和行波法作为常用的输电线路单相接地故障定位技术，均具有各自的优势和不足，在输电线路单相接地故障的具体定位和处理过程中，应选择相应的处理方法，以提高故障处理的准确性和有效率。

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