10kV线路单相接地故障的影响及处理对策

10kV线路单相接地故障的影响及处理对策

徐接强

(广东电网有限责任公司东莞供电局广东省东莞市523000)

摘要：线路单相接地就是最常见的故障之一,本文结合多年的运行实践经验，就10kV配电线路单相接地故障对供电系统的影响进行阐述，分析造成单相接地故障的主要原因，指出单相接地对配电线路及设备造成的危害，提出可有效防范配电线路出现单相接地故障的措施。

关键词：线路；故障；处理

一.单相接地故障原因分析

根据10kV配网线路运行统计，线路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、工程施工及产品质量原因、线路设备绝缘原因、外力破坏等原因。从多年的运行经验来看，发生单相接地最主要的原因有以下几种情况:①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；②由于外力破坏（如砍树、超高的车辆等）造成单相线路断落在地上或横担上，或开挖路面时挖伤电缆，造成线路单相接地；③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弛度下降引起线路的单相接地；④由于雷击或其他原因造成绝缘部件（悬瓶、棒瓶）和电气设备单相击穿造成单相接地。

二.单相接地故障的类型

中性点接地方式有中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点直接接地三种。目前，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方式（也称小电流接地系统）。在中性点不接地三相系统中，在正常运行时，电网各相地电压是对称的，其大小为相电压。当由于绝缘损坏等原因发生单相接地故障时，情况将发生明显变化。据接地情况不同可将其分为两类：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

图1中性点不接地系统单相完全接地

如图1、当A相发生完全单相接地时，A相对地电压为0，此时中性点出现偏移，电压不再为零，偏移电压为—Ua，中性点对地电压值为相电压。由此我们作出相电压向量图如图1（b）。发生单相接地后接地相的电压降为0，而未接地相的电压升高了倍。

图2中性点不接地系统单相完全接地线电压相量图此时电压的向量图

如图2、B、A相的线电压等于Ub＇，C、A相的线电压等于Ua＇,B、C相的线电压等于Ubc＇，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

图3中性点不接地系统单相不完全接地

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）。从向量图可以看出，接地相对地电压不一定总是最低，当中性点偏移到do点时但是不论A相在那里发生故障接地，C相对地电压都是最高的，在一定条件，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，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。

实践证明，在接地电流小于30A而大于5A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震荡回路所致。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，足以危及网络的绝缘。

三.单相接地故障对电网的危害

（1）对变电设备的危害

10kV配电线路发生单相接地故障后，变电站10kV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。

（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，也有可能发生电气火灾事故。

（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，造成更大电网事故。

（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。

（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修复，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。

（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。

四.单相接地故障的处理办法和预防措施

目前，根据我单位的实际运行情况，对单相接地故障查找有经验判断法和分段检测法两种方法。为了能及时隔离故障点，运行人员以经验判断法对故障线路进行故障点查找，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线段范围，依据可能性的大小顺序组织人员进行现场巡视确认。分段检测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，根据操作前后是否接地故障进行判断来确定接地点的范围。首先运行人员选取位置合适的固定地点对故障线路进行绝缘电阻遥测，另外选取部分运行人员对其他分支线进行开断操作，对线路分段开关合、分前后分别记录绝缘电阻值，按此方法逐级筛查确定接地范围，如果得知接地故障消除就可以断定接地点当前操作的分支线路后段。采取这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。

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，制定相应措施，以减少单相接地故障发生：

（1）加强对配电线路和设备的定期巡视，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，通过加强对配电线路的巡视，及时发现缺陷，把故障点消灭在萌芽状态；

（2）对配电变压器、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，不合格的应及时进行维修或更换；

（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；

（4）完善电网结构，合理分段，在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；

（5）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。

五.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，减少停电时间和停电范围，提高配电网的供电可靠性和运行的安全性。

（1）安装10千伏线路分段负荷开关（FFK看门狗）

在线路的分段点或是一些负荷大的用户分支线，特别是线路运行条件较差的分支线安装分段开关。这种开关最大的特点就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。分段开关的工作原理如下图所示：

图4K1、K2、K3—用户分界负荷开关

图中变电站的一条10kV线路带3个用户，用户支线和主干线电网用“FFK看门狗”连接，在正常的情况下，DL、K1、K2、K3均在正常合闸位置。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，即判断为区内接地故障，经延时后，K2分闸，切除故障。而此时，K1、K3检测到零序电流相对较小，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均维持在合闸位置，同时K2因检测并记忆故障电流，在线路失压状态下快速分闸，变电站DL重合后，除故障用户2外，其他用户全部恢复正常供电。因此可见，对单相接地故障和相间短路故障，“FFK看门狗”开关都能进行有效隔离，缩少了停电范围，减少了故障停电时户数，提高供电可靠性，同时还利于故障的排除。

（2）单相接地故障指示器

由于分段开关的价格比较高，不可能在每个用户或支线上都安装，所以可以采用单相接地故障指示器与其配合使用。可以在安装了分段开关的分支线上和其他分支线上加装单相接地故障指示器，指示故障区段。如果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，便于快速查找故障点。这种单相接地故障指示器价格便宜，已在一些区局得到广泛应用，有助于快速查找故障点，节省时间，提高供电可靠性，增加供电量，取得较好的效果。

参考文献：

[1]华智明、张瑞林，《电力系统》，重庆大学出版社，1996

[2]宗剑，牟龙华，张鑫，张茨梅，《配电网单相接地故障类型及程度的数据》

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[4]郝小丽，单相接地故障对电网安全运行的威胁及故障处理，新疆水利，2006