接地故障分析

浅论35kV变电站接地故障判断及处理
摘要：单相接地故障是变电运行中常见故障之一。

35kV系统多采用中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式，这种运行方式在系统发生单相接地时，由于线电压的大小和相位不变（仍对称），故允许一定的时间内带故障运行（不超过2小时），大大提高了系统的供电可靠性。

但发生单相接地故障时，由于非故障相对地电压升高，系统中的绝缘薄弱点可能击穿，形成接地短路故障，同时，在故障点产生电弧，引发设备事故，甚至造成人身伤亡等致使事故扩大。

如何通过接地信号以及电压变化等现象，做到快速、准确判断和处理，提升供电可靠性，有必要进行一些分析探讨。

关键词： 35kV变电站接地故障判断处理
一、引言
35kV系统多采用中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式，属于小电流接地系统。

在小电流接地系统中，正常情况下，零序电压很小，绝缘监察继电器不会动作。

当系统因某些原因发生单相接地故障时，接地相电压降低，而非故障相对地电压升高，造成三相电压不平衡，中性点位移，从而产生零序电压，感应到电压互感器二次线圈，使开口三角形处产生零序电压，电压继电器动作，接地光字牌亮，发出报警信号，警示值班员进行处理。

频繁出现的接地故障报警信号，令值班员最为困惑的是：有时因某种原因，绝缘监察继电器发出接地信号，而配电系统并非发生真正的接地故障，电压表输出也不平衡，这就是虚幻接地现象。

如果值班员对这方面认识不足，不能鉴别接地故障的虚实而造成误判断，从而进行停电查找，虽可能是短时间的停电，但却会造成很大的经济损失和社会影响。

另一方面也可能因错误判断，未能及时发现、处理真正的接地故障点，造成事故扩大。

因此，必须了解电压不平衡现象和虚幻接地产生原因、单相接地特征及其判断，以便及时判断接地故障的虚与实，并迅速处理，确保安全、稳定运行。

二、电压不平衡的分析
1、高压熔断器熔丝熔断
中性点不接地系统电压不平衡，可能是由于高压熔断器熔丝熔断。

目前，35kV变电站很多主变高压侧采用负荷开关与高压跌落熔断器配合代替断路器。

当高压熔断器熔丝熔断后，在10kV侧，熔断相电压降低，但不为零，这是由于还存在一定的感应电压，从而造成10kV三相电压不平衡，故在10kV 电压互感器开口三角形处会产生不平衡电压，即有零序电压，从而有可能启动接地信号装置，发出接地信号。

2、线路开断点断线
35kV变电站有很多建在山区，而馈路的特点是线路长，分支多，所以线路的开断点也较多。

而开断点若采用跌落式熔断器，由于熔断器的熔丝熔断可能导致线路单相或两相断线，从而造成三相电压不平衡，同时断线处距离变电站的远近不同，三相电压的不平衡程度也有所不同。

3、谐振过电压
谐振过电压会出现三相电压均升高，其过电压数值会因谐振的类型不同而有所不同，同时此类现象会伴有
接地信号发出，也会导致系统电压互感器高压保险熔丝烧毁，更有甚者可能会烧毁电压互感器。

4、三相负载严重不平衡
电网运行中线路某相断线,调峰时人为拉开一相，以“缺相”运行降低负荷，电力供应不足，为保照明用户而采用的单相配变运行等。

均会造成三相电压不平衡，从而引起中性点位移产生零序电压，发出接地信号。

三、电网产生虚幻接地的原因
1、电网三相对地电容不对称
变电站母线或架空电力线路的不对称排列,线路中使用跌落式熔断器一相熔断；用跌落式开关控制长线路，由于拉、合操作的不同时性等，均会造成三相对地电容的不对称。

从而产生零序电压，导致绝缘监察继电器动作，发出“接地”报警信号，而电网并非真实发生接地故障。

2、电压互感器铁芯磁饱和
在中性点不接地的电网中，电压互感器一次侧励磁感抗和线路对地容抗，在电网运行正常时，感抗大于容抗，故各相对地导纳相等，零序电压也等于零。

当回路受到“激发”（电压和电流的突然增大）后,电压互感器健全相电压突然升高，线圈流过极大的励磁涌流而使铁芯饱和，线圈电感急剧减少，感抗降低。

当感抗小于容抗，中性点位移，电压升高，导致绝缘监察继电器动作，发出“接地”信号，而非真实接地。

3、电压互感器高压熔丝熔断
10kV电网运行中因雷击或系统故障，均可使电压互感器高压熔丝一相或两相熔断，此时高压侧对地电压不再相等。

熔断相对地电压大幅度降低或接近于零，未熔断相对地电压接近正常相电压。

为此发生高压熔丝熔断时会产生各相电压不平衡，造成中性点位移出现零序电压，导致绝缘监察继电器动作，发出“接地”信号，而电网并非发生真实接地。

4、雷击感应过电压
10kV线路遭受雷击时，导线上产生感应过电压，其冲击电压高于避雷器放电电压时，间隙击穿，避雷器放电电压受到限制。

但由于避雷器的放电间隙的伏安特性不一致，阀片的非线性系数不同以及制造工艺等的影响，使各相避雷器的放电电压、残压、灭弧电压不等，造成各相避雷器的放电不一样，出现三相电压不平衡，从而产生中性点位移出现零序电压，导致绝缘监察继电器动作，发出“接地”信号，而电网并非发生真实接地。

5、耦合电容传递零序电压
35kV侧电网发生单相接地故障时，其中性点位移产生零序电压，通过线圈耦合电容传递到10kV电网，使10kV绝缘监察装置发出“接地”信号，而10kV电网并非发生真实接地。

此外，两个不同电源的线路，若存在平行走向的路段时，若某线路发生接地故障，会通过平行线路的耦合电容传递给另一条线路，使该线路的绝缘监察装置发出“接地”信号，其实该线路并非发生真正的实接地。

四、单相接地故障的判断
10kV电网发生单相接地故障，应如何正确判断，从而避免对系统造成危害。

1、单相接地特征
电网发生真实单相接地故障时，常常伴有如下特征：
（1）警铃响，“××kV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。

（2）发生完全接地故障时，绝缘监察电压表三相指示不同，接地相电压为零或接近零，非故障相电压升高√3倍，且持久不变。

完全金属性接地，电压互感器开口三角形两端电压为100V。

非金属性接地，电压互感器开口三角形两端电压小于100V。

（3）发生间隙接地故障时，接地相电压时减时增，非故障相电压时增时减，有时正常，电压互感器开口三角形两端电压亦时减时增，在0—100 V之间变动。

（4）发生弧光接地故障时，非故障相电压有可能升高到额定电压的2—3倍。

电压互感器开口三角形两端电压可大于100V。

2、单相接地的判断
在某些情况下，电网并非发生单相接地故障，系统的绝缘没有损坏，只是产生一些不对称状态，绝缘监察装置可能发出“接地”信号，容易产生误判断，而延误送电时间。

如何正确判断接地故障，从以下三个方面来区分：
第一，绝缘监察装置发出接地信号，如一相电压降低，另两相电压升高，而线电压不变，此情况为单相接地；如一相电压降低，另两相电压不变，与电压降低相有关的线电压为相电压值，与电压降低相无关的线电压值不变，此情况为电压互感器二次回路断线或熔断器熔断。

第二，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，从而使中性点位移产生零序电压发出接地信号。

此情况多发生在倒闸操作时，检查母线及连接设备无异常，即可判断为虚幻接地。

第三，空投母线时，可能激发铁磁谐振过电压，绝缘监察装置发出接地信号。

此情况大多发生在倒闸操作时，检查母线及设备无异常，即可判断为虚幻接地。

若线路发生断线、间歇性电弧接地故障，也会引起铁磁谐振过电压，而电网并非发生单相接地故障。

说明：K为接地系数，它表示接地的程度，K值可在0—1.0之间。

五、处理接地故障的对策
35kV电网的绝缘水平相对比较薄弱，发生接地故障较多，而又夹杂着虚幻接地。

绝缘监察装置又无选择地发出信号，不能鉴别接地故障的虚与实，从而困惑了值班人员的判断。

为提高35kV电网供电的可靠性，减少因虚幻接地信号造成的误判断而停电，值班人员一定要善于学习专业技术知识，提高对接地信号虚实的鉴别能力，并不断总结运行经验，以避免造成误判断的停电损失。

在电网运行中值班人员如遇绝缘监察装置发出接地信号，应根据有关现象及仪表指示，鉴别接地信号的虚实，作出正确操作的抉择，正确迅速处理，确保电网安全、经济运行。

值班人员经鉴别判断，发出接地信号实属虚幻接地，应根据产生虚幻接地原因进行处理。

如属导线排列，应对相关线路进行整改；如属开关合闸不同期，应检修、更换开关；如属铁磁谐振引起过电压，可调整电网对地容抗与互感器励磁感抗的参数比，在电压互感器开口三角处接入适宜的阻尼电阻耗能消振；如属三相负载不平衡，即可从负荷指示仪表作判断，并及时调整三相负载使之趋于平衡。

六、结束语
总之，值班人员若遇接地信号应沉着冷静，认真鉴别判断信号的虚实，作出正确操作的抉择，即可避免因虚幻接地的误判断，而造成停电损失，若出现接地故障，应正确对接地故障进行查找和处
理，确保电网安全可靠运行。