一起6kV线路的单相接地故障分析处理

一起6kV线路的单相接地故障分析处理

张鑫

云南三环中化化肥有限公司 云南昆明 650113

摘要:本文论述了6kV不接地系统单相接地故障的危害，并以一起发生的6kV线路单相接地故障为例。结合故障排查处理过程，本文针对6kV不接地系统仅发出“6kV某段母线接地”信号，无法具体指出故障支路的不足之处。考虑到6kV配电系统的实际情况，我们提出了一种能够有效准确判断单相接地性质、及时查找处理单相接地故障的方法以及相关注意事项的解决方案。这些措施旨在提高诊断单相接地故障的准确性和处理效率。

关键词:单相接地故障，故障排查，用电设备，电力电缆。

引言：某化工厂具有高温、腐蚀、有毒和连续自动化生产等特殊特点，因此供电的可靠性和安全性显得尤为重要。在6kV电力系统中，单相接地故障的发生频率较高，这不仅会影响6kV系统的供电可靠性、稳定性和供电量，而且长时间的接地故障有可能烧毁电压互感器，进而导致电气设备的损坏或报废，甚至引发大面积停电。电网的波动或电气故障所引起的停电都会给工厂带来巨大的经济和效益损失，甚至存在发生安全环保事故的风险。因此，当电力系统发生单相接地故障时，要及时排查接地原因，并对电力系统进行及时修复，以缩短停电时间，降低对企业生产的影响。该化工厂内设有一座110kV的总降压站，两台主变将110kV两段进线变压为两段6kV和两段35kV，以供应厂内电力使用。供电线路中有部分为架空线路。此外，下级6kV开关站配电室共有9个，其中的供配电系统由6kV电动机和6kV/0.4kV变压器组成，规模庞大且复杂。在110kV总降压站的值班人员监控过程中，发现有接地报警故障，并且6kV一段线路电压异常，其中A相电压为0.86kV，B相电压为5.61kV，C相电压为5.31kV，线电压为线电压为,接到通知后，检修维护人员立即展开故障排查工作。他们分别前往9个下级6kV配电室查看情况，并发现所有下级开关站的6kV一段线路电压都存在异常，同时消弧和过电压保护装置都出现了A相弧光接地报警现象。

一、故障排查情况简介

根据总降压站发出的报警信息以及异常电压信息，检修人员初步判断发生了6kV一段A相接地故障。然而，无法具体确定是哪个分支供电线路发生了故障，只能采取“人工拉线”的方式来确定故障线路。检修人员分别对分支供电线路6kVI段进行停电排查，通过排查发现，在一台6kV电动机停运后，6kV一段电压恢复正常，接地故障现象消失，从而确定故障点位于该电动机回路上。随后，对电动机和电缆进行随机分离并监测绝缘电阻，结果发现电动机绕组的绝缘电阻过低（3.07千欧）。

二、分析故障原因

经消弧线圈接地系统在单相接地故障时，能够限制接地电流达到较小数值，使得非故障相对地的稳态电压接近于线电压。常见的接地故障有金属性接地和非金属性接地（通过电阻或电弧导致）。当发生金属性接地时，故障相的电压为零，而其他两相（或一相）的电压则较高，近似于线电压。当发生非金属性接地时，一相或两相的电压较低，但不为零，而其他两相（或一相）的电压则较高，也近似于线电压。根据异常相电压的测量（A相0.86kV、B相5.61kV、C相5.31kV）来看，可以判断公司的6kV一段电网系统存在A相的非金属性接地故障。非金属性接地特点:线路的某一相不是直接与接地极的金属连接,而是通过其他非金属具有半导体性质的物体与接地极连接或线路的某一相直接与大地接触。根据对电动机的拆卸检查情况分析，本次故障是由于电动机定子绕组绝缘击穿引起的单相非金属性接地故障。

图1：总降6kVI段电压异常

图2：消弧及过电压保护装置报警

图3：电机定子绕组绝缘击穿痕迹

三、经消弧线圈接地系统的优劣分析

在经消弧线圈接地系统中，单相接地故障是一种常见的暂时性故障。据统计，单相接地故障占配电线路总故障的80%以上。当发生单相短路故障时，由于不能形成回路，故故障点处的电流很小，三相之间的线路电压仍是对称的，对负载设备的供电没有影响，因此允许系统中的设备短时间运行。一般可运行1-2小时，所以供电的可靠性比较高。提高了供电的可靠性，这也是小电流接地系统的优点。然而，当电网长期以单相接地故障运行时，故障相电压降至零，而非故障相电压上升至线路电压，这将对电气设备的绝缘构成严重威胁，着配电网分支线路的增多，系统发生单相故障后各故障分量更容易发生变化，进而导致绝缘击穿或相间短路和电弧放电。因此，在单相接地故障发生时，快速选择故障线路对电网的安全运行有很大的作用。在经消弧线圈接地系统中，如何快速发现接地故障线路并及时排除故障是值得研究的问题。

四、“人工拉线”的方法确定故障线路弊端

在这次工作中，我们采用了"人工拉线"的方法来确定故障线路。然而，面对一个包含有9个下级6kV配电室的庞大电力系统，我们必须断开各站的6kVI段进线电源，来确定哪个配电室的馈线出现了故障。进一步地，我们再检查该配电室的各个馈线绝缘情况，以最终确定故障线路。这是一个非常困难的过程。

（1）为了做好停电准备，工厂必须制定临时计划来停止生产。有些生产装置的停车和重新启动非常复杂，这大大增加了调度运营人员和生产操作人员的工作量。生产装置运行状态的变化也对装置的安全稳定运行构成了威胁。

（2）人工拉线倒闸选线的操作需要变电站操作人员进行运行方式的切换和操作，这延长了故障排除时间，并增加了由于操作引起事故的概率，从而极大地降低了供电可靠性。

（3）每次开关和断路器的断开和闭合都会对电网产生冲击，容易产生操作过电压和谐振过电压。频繁的操作还会减少开关的使用寿命。

由此可见，人工倒闸选线的方法已经无法满足当前生产自动化运行的需求。

五、快速查找故障点采取的改进措施

现阶段，配电网故障选线技术仍采用单选线方法、瞬态选线法如前半波法、稳态选线如：零序电流法、零序电流比幅值比相位法、零序导纳法等。这些接地保护原理都有各自的适用范围和缺点，在应用中常常出现选择性。因此，故障选线是根据自身的使用范围和适应条件来进行的。该工厂6kV电力系统为经消弧线圈接地的电力系统，投产时间较早，早期设计安装时所有6kV开关站均未安装选线装置，导致了此次故障处置起来非常麻烦。且工厂电力系统庞大，站内部分由有两条35kV馈线、20余条馈线，站外有9个6kV子站。因此采取变电站选线装置和配电自动化进行选站很有必要，在站外故障时通过电站自动化系统快速隔离并提示到站外线路故障点，做到保障站内稳定运行的同时快速切除站外故障。线路单相接地定位分析完成后，根据系统拓扑关系，主站系统在无故障区域进行故障隔离和恢复供电。故障隔离：系统根据接地故障定位结果，给出故障隔离操作辅助决策，提示调度员操作道岔。无故障区域恢复：系统根据整个网络、线路负载和主变压器容量的拓扑关系进行综合分析，自动生成最佳恢复策略。

六、具体实施方案

该方案适用于，不进行零序电压测量、进行零序电流测量的现场三相电流测量，也可转换为进行三相电流测量的电缆线路现场。

设备参数配置范围：

（1） 二次精确测量范围：0.002~5In。

（2） 过电流保护，定值范围：0.1~4In，0.02~100s。

（3）单相接地线保护，定值范围：0.002In~1In，0.02~100s。设备硬件接口配置

选线装置具有8个开口通道和4个开口通道，在所有馈线的每一相安装开口电流互感器采集每相电流信息，装置设置2路485接口，支持串口103或104协议。支持标准导轨安装。

配电终端硬件改造方案：

（1）当需要高电阻接地时，为了确保准确选线，三相CT比需要小于或等于300/1，建议CT比为50/1~200/1。如果现有的CT比率和容量满足要求，则可以串联连接该设备。如果原始CT不能满足要求，可以同时安装可选设备。CT为开放式CT，便于带电安装。

（2）选线装置作为传感器设备，设备使用串行端口访问配电终端，配电终端为设备分配预留的远程信号点号。当发生单相接地故障时，设备通过远程信号主动传递单相接地监测和判断结果。将其发送到分发终端。

收集的数据处理步骤如下：

（1）配电自动化主站系统根据前端装置转发的单相接地选线结果信号和配电网故障信息采集装置发送的单相接地点故障信号，启动故障诊断过程，并进行故障分析。

（2）系统检索相关线路上终端的记录信息，根据配电终端的暂态记录信息判断和分析接地故障，包括：故障录波数据采集与处理，主动呼叫，接收并保存故障录波信息；读取选线装置记录数据。故障记录信息的分析和显示，以及故障记录中收集的三相电压、三相电流、零序电压、零序电流等电量波形的显示。多曲线信息可以以所选设备为单位进行叠加和显示。

（3）线路单相接地定位分析：主站系统根据记录信息对单点零序电压和零序电流的幅值和相位角进行分析；它可以在同一线路的多条线路和同一总线线路的多个线路之间。故障记录信息的比较与分析；通过综合线路10kV母线电压、厂站接地选线信息、配电终端故障录波、选线分析、单相接地故障段定位分析判断等多源信息。

（4）故障点的上游开关根据时间差值跳闸。配置级别差异策略：每个插座开关（用户边界）都受到一级保护，时间设置为∆T。环网柜出线开关保护为一级，时间设置为2∆T。变电站出口开关保护为一级，时间设置为3∆T。变电站选线开关，如果配置了电平差模式，则应用作馈线接地跳闸备份。

（5）主站接收各终端的单相接地故障信号，实现故障定位；同时线路单相接地定位分析完成后，根据系统拓扑关系，主站系统在无故障区域进行故障隔离和恢复供电。故障隔离：系统根据接地故障定位结果，给出故障隔离操作辅助决策，提示调度员操作道岔。无故障区域恢复：系统根据整个网络、线路负载和主变压器容量的拓扑关系进行综合分析，自动生成最佳恢复策略。

七、单相接地故障的预防措施

在加装单项接地选线装置提高故障查找切除的同时，还需要在日常运维中采取以下措施来降低单相接地事故的发生。

（1）变压器在运行过程中，避雷器、熔断器烧毁或被盗后应及时更换。高压和低压保险配置合理。此外，还定期对配电变压器进行耐压试验和绝缘试验，对不合格的配电变压器进行修理或更换。

（2）加强线路改造，严格控制设计和施工质量，对旧线路进行改造，对不合格的线路进行更换，对不符合设计和施工要求的线路进行返工。线路上使用的绝缘子在安装前必须进行耐压试验和绝缘。

（3）加强配电线路的测量和检查，主要检查电线与树木、建筑物和通信线路之间的距离，电线是否系在或固定在绝缘子中，绝缘子固定螺栓是否松动，横担和拉线是否松动，电缆是否断裂，电线弧垂是否过大或过小。

（4）定期对配电线上的绝缘子、熔断器、避雷器等设备进行绝缘，不合格的及时更换。

（5）配电线路采用高压级绝缘子，增加绝缘子数量，替代普通绝缘子，合成硅橡胶绝缘子，提高配电网绝缘强度。

结语

6kV配电线路的单相接地故障对变电设备和配电网的安全稳定运行有很大影响，应在实践中总结经验，积极应用新技术和新设备，防止单相接地事故的发生，尽快发现并消除故障点，提高供电可靠性，减少对人体和设备的危害，从而保证电网的安全稳定运行，确保生产装置的安全稳定运行。

参考文献

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