10KV配电线路单相接地故障分析和检测.

10KV 配电线路单相接地故障分析和检测
包泗强
电力系统可分为大电流接地系统（包括直接接地、经电抗接地和低阻接地、小电流接地系统（包括高阻接地,消弧线圈接地和不接地。

我国3~66 kV 电力系统大多数采用中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式,即为小电流接地系统。

在小电流接地系统中,单相接地是一种常见故障。

10 kV 配电线路在实际运行中经常发生单相接地故障,特别是在雨季、大风和雪等恶劣天气条件下,单相接地故障
更是频繁发生。

黑龙江省龙沙供电局, 2005年的24次异常中,单相接地故障占了7 次,2006年的31 次异常中,单相接地故障占8 次。

发生单相接地后,故障相对地电压
降低,非故障两相的相电压升高,但线电压却依然对称,因而不影响对用户的连续供电系统可运行1~2 h,这也是小电流接地系统的最大优点；但是，若发生单相接地故障后电网长时间运行,会严重影响变电设备和配电网的安全经济运行。

1 单相接地故障的特征及检测装置
1.1 单相接地故障的特征
中央信号:警铃响, “某千伏某段母线接地”光字牌亮,中性点经消弧线圈接地系统还有“消弧线圈动作”光字牌亮；
绝缘监察电压表指示:故障相电压降低（不完全接地或为零（完全接地,另两相电压升高,大于相电压（不完全接地或等于线电压（完全接地,稳定性接地时电压表指针无摆动,若电压表不停地摆动,则为间歇性接地；
中性点经消弧线圈接地系统,装有中性点位移电压表时,可看到有一定指示（不完全接地或指示为相电压值（完全接地时消弧线圈的接地报警灯亮；
发生弧光接地时,产生过电压,非故障相电压很高,电压互感器高压保险可能熔断
甚至可能烧坏电压互感器。

1.2 真假接地的判断
电压互感器一相高压熔断器熔断,发出接地信号。

发生接地故障时,故障相对地电压降低,另两相升高,线电压不变。

而高压熔断器一相熔断时,对地电压一相降低,另两相不会升高,线电压则会降低。

用变压器对空载母线充电时,断路器三相合闸不同期,三相对地电容不平衡,使中
性点位移,三相电压不对称,发出接地信号。

这种情况只在操作时发生,只要检查母线及连接设备无异常,即可以判定,投入一条线路或投入一台所用变压器,即可消失。

系统中三相参数不对称,消弧线圈的补偿度调整不当,倒运行方式时,会发出接地
信号。

此情况多发生在系统中倒运行方式操作时,经汇报调度,在相互联系时,了解到可先恢复原运行方式,消弧线圈停电,调整分接开关,然后重新投入,倒运行方式;
在合空载母线时,可能激发铁磁谐振过电压,发出接地信号。

此情况也发生在倒闸操作时,可立即送
上一条线路,破坏谐振条件,消除谐振。

1.3 检测装置
对于绝缘监察装置,通常采用三相五柱式电压互感器加上电压继电器、信号继电器及监视仪表构成。

它由五个铁芯柱组成,有一组原绕组和二组副绕组,均绕在三个中间柱上，其接线方式为Ynynd。

这种接线的优点是：第一副绕组不仅能测量线电压,而且还能测相电压;第二副绕组接成开口三角形,能反映零序电压。

当网络在正常情况下,第一副绕组的三相电压是对称的,开口三角形开口端理论上无电压,当网络中发生单相金属性接地时（假设 A 相,网络中就出现了零序电压。

网络中发生非金属性单相接地时,开口两端点间同样感应出电压,因此,当开口端达到电压继电器的动作电压时,电压继电器和信号继电器均动作,发出音响及灯光信号。

值班人员根据信号和电压表指示,便可以知道发生了接地故障,并判定接地相别,然后向调度值班员汇报。

但必须指出,绝缘监察装置是与母线共用的。

2 发生单相接地故障的原因
导线断线落地或搭在横担上;导线在绝缘子中绑扎或固定不牢,脱落到横担或地
上;导线因风力过大,与建筑物距离过近;配电变压器高压引下线断线;配电变压器台上的10 kV避雷器或10 kV熔断器绝缘击穿；配电变压器高压绕组单相绝缘击穿或接地;绝缘子击穿;线路上的分支熔断器绝缘击穿;同杆架设导线上层横担的拉线一端脱落,搭在下排导线上；线路落雷；树木短接；鸟害；飘浮物（如塑料布、树枝等；其它偶然或不明原因。

3 对单相接地故障的危害和影响分析
3.1 对变电设备的危害
10 kV配电线路发生单相接地故障后，变电站10 kV母线上的电压互感器检测到零序电流,在开口三角形上产生零序电压,电压互感器铁芯饱和,励磁电流增加,如果长时间运行,将烧毁电压互感器。

在实际运行中,近几年来,已发生变电站电压互感器烧毁情况,造成设备损坏、大面积停电事故。

单相接地故障发生后,也可能产生谐振过电压。

几倍于正常电压的谐振过电压,危及变电设备的绝缘,严重时使变电设备绝缘击穿,造成更大事故。

3.2 对配电设备的危害
单相接地故障发生后,可能发生间歇性弧光接地,造成谐振过电压,产生几倍于正
常电压的过电压,将进一步使线路上的绝缘子击穿,造成严重的短路事故,同时可能烧毁部分配电变压器,使线路上的避雷器、熔断器绝缘击穿、烧毁,也可能发生电气火灾事故。

3.3 对区域电网的危害
严重的单相接地故障,可能破坏区域电网的稳定,造成更大事故。

3.4 对人畜危害
对于导线落地这一类单相接地故障,如果配电线路未停运,对于行人和线路巡视人
员（特别是夜间,可能发生跨步电压引起的人身电击事故,也可能发生牲畜电击伤亡事故。

3.5 对供电可靠性的影响
发生单相接地故障后,一方面要进行人工选线,对未发生单相接地故障的配电线路要进行停电,中断正常供电,影响供电可靠性;另一方面发生单相接地的配电线路将停运,在查找故障点和消除故障中,不能保障用户正常用电,特别是在庄稼生长期、大风、雨、雪等恶劣气候条件,和在山区、林区等复杂地区,以及夜间、不利于查找和消除故障,将造成长时间、大面积停电,对供电可靠性产生较大影响。

3.6 对供电量的影响
发生单相接地故障后,由于要查找和消除故障,必然要停运故障线路,从而将造成
长时间、大面积停电,减少供电量。

据不完全统计,每年由于配电线路发生的单相接地故障,将少供电十几万千瓦时,影响供电企业的供电量指标和经济效益。

4 对单相接地故障的预防和处理办法
4.1 预防办法
对于配电线路单相接地故障,可以采取以下几种方法进行预防,以减少单相接地故障发生。

对配电线路定期进行巡视,主要检查导线与树木、建筑物的距离,电杆顶端是否有鸟窝,导线在绝缘子中的绑扎或固定是否牢固,绝缘子固定螺栓是否松脱,横担、拉线螺栓是否松脱,拉线是否断裂或破股,导线弧垂是否过大或过小等。

对配电线路上的绝缘子、分支熔断器、避雷器等设备应定期进行绝缘测试,不
合格的应及时更换。

对配电变压器定期进行试验,对不合格的配电变压器进行维修或更换
在农村配电线路上加装分支熔断器,缩小故障范围,减少停电面积和停电时间,有
利于快速查找故障点。

在配电线路上使用高一电压等级的绝缘子,提高配电网绝缘强度。

4.2 发生单相接地故障后的处理办法
当配电线路发生单相接地后,变电所值班人员应马上作好记录,迅速报告当值调度和有关负责人员,并按当值调度员的命令寻找接地故障,当拉开某条线路的断路器, 接地现象消失,便可判断它为故障线路。

5 新技术新设备的应用
5.1 小电流接地自动选线装置
在变电所加装小电流接地自动选线装置,此装置能够自动选择出发生单相接地故障线路,时间短,准确率高,改变传统人工选线方法,对非故障线路减少不必要的停电提高供电可靠性,防止故障扩大。

目前,已有部分变电站加装了这套装置,取得了良好效果。

在实际应用中,应注意此装置与各配出线间隔上的零序电流互感器配合使用, 否则不能发挥任何作用。

5.2 单相接地故障检测系统
在变电所的配出线出口处加装信号源,在配电线路始端、中部和各分支处,三相导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,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。