小电流接地系统单相接地故障处理技术研究

李 根

（国网陕西省电力有限公司 富县供电公司，陕西 延安 727500）

0 引言

对于配电网而言，相较相间短路故障，单相接地故障是发生频率最高的一种故障类型。当前，小电流接地是配电网中比较常见的接地形式，针对小电流接地系统单相接地故障的处理已经取得相应的成果，升级的自动跟踪型消弧线圈也已经实现了应用范围的不断拓宽。但是，一些供电单位在处理单相接地故障时，由于使用方法不正确，并没有取得良好的效果，进而造成大面积停电或者是电缆沟起火。因此，需加强小电流接地选线技术的应用，将此类接地故障产生的危害降到最低，保障电力系统的安全运行。

1 小电流接地系统单相接地故障危害

一旦配电网小电流接地系统出现单相接地故障，虽然电力系统依旧可以向用户进行一段时间的供电，但是单相接地故障存在期间，会造成电气设备的绝缘击穿，从而引起相间短路，甚至火灾的发生，危及设备及工作人员。这种危害主要表现在两个方面。首先，系统中未发生故障的相所具备的对地电压将会迅速增大，这会在很大程度上威胁系统中设备的绝缘性能。一般来说，系统中的中间头和电缆连接头等薄弱环节会受到直接的影响[1]。情节严重时，将会出现击穿爆炸、相间短路等情况，进而出现线路跳闸的情况。其次，如果配电网络本身存在较大的电容电流，一旦产生了接地故障，将会导致电弧进入不稳定状态，造成电磁能量的强烈震荡，严重时可能会将电压互感器烧毁。一般来说，在判定故障接地状态时，可以以单相接地故障时系统的表现特征作为依据，具体的表现特征对应的接地状态见表1。

表1 配电网系统单相接地故障接地状态判断依据对照表

2 小电流接地系统单相接地故障暂态过程与消弧线圈动作分析

当小电流接地系统中出现单相接地故障时，最为显著的一项特征即故障电流数值相对较小，通常不会超过负荷电流，在这种情况下，系统中的三相电压将仍然保持对称的局面，不会对电力使用者的持续供电产生影响[1]。当前，我国配电网中所使用的接地方式基本为小电流接地，其本身的供电可靠性较为良好，能够与电网中的有关规定相符合。当小电流接地系统单相接地故障发生之后，会涉及电压抑制、故障快速隔离、人身触电保护、故障定位、选线及消弧等问题，以上问题也是单相接地故障发生后最常见的问题（如图1）。此外，单相接地故障复杂程度较高，在故障发生之后，存在差异化的变化状态，包括暂态过程和稳态过程。对此，本文对小电流接地系统单相接地故障的暂态过程和消弧线圈动作进行分析。

图1 小电流接地系统单相接地故障涉及问题

2.1 小电流接地系统单相接地故障暂态过程

单相接地故障本身属于一种发生频率较高的故障类型。对于中性点不接地系统而言，由于系统中存在的三相线路之间保持着平衡状态，因此其所构成的对地电容值也基本保持在一致的状态。当中性点不接地系统处于正常运行状态时，三相线路能够在同一时间向电容提供充电功能，线路自身的对地电压也会保持在稳定状态[2]。三相平衡的存在，使得对地电容之间保持在平衡状态，进而促使电流处于平衡，所以此时电容流过的零序电流数值将为零。倘若系统出现单相对地短路故障，从消弧线圈产生的电流将会自动补偿电容电流，从而使得短时间内熄灭接地电弧。

图2表示的内容为小电流接地系统出现单相对地短路故障时电网系统的等效电路。如果图2中的A相出现对地短路的故障，那么在此时，大地的点位与A相的点位这两项内容是处于相同水平的，在这种情况下，A相和B相的电压数值将会在短时间内扩大相应的幅度，这也意味着系统对地充电电路进入到不平衡的状态，由此造成三相电压原本的对称格局被打破。一旦出现这种情况，将会造成零序电流分量和零序电压分量的产生。按照三相电路零序电压产生原理来看，此时系统中形成的零序电压向量可以使用公式（1）表示。

图2 小电流接地系统单相对地短路故障时电网等效电路示意图

2.2 小电流接地系统单相接地故障消弧线圈动作

倘若小电流接地系统之中出现单相对地短路故障，并经过消弧线圈接地系统之中，在这种情况下，消弧线圈将会出现相应的动作，这种动作在此类情况下属于一种正常动作现象。一旦系统本身出现了单相对地短路故障时，消弧线圈却没有出现相应的动作，此时这种现象则属于非正常现象的一种。能够促使消弧线圈动作出现异常情况的原因来源于多个层面。例如电网电压数值产生变化、过电压现象、系统线路严重不对称及电网频率波动等。除了上述原因，所设定的系统消弧线圈动作值不恰当、电网产生阻尼降低、中性点所接消弧线圈前端变压器断路等也会导致消弧线圈出现异常动作[2]。无论致使消弧线圈产生异常动作的原因为何，一旦出现了异常动作，即具备相应的危险性。相关主体如果发现消弧线圈异常动作，就应当在短时间内查明导致问题产生的原因，并应用恰当的措施及时处理，防止更加严重的事故产生。

如果配电网络在接地点采用了消弧线圈，在设定保护参数的过程中，通常需要把保护参数数值设置为电流五次谐波分量。在这种状态下发生的单相对地故障电流问题，在实际解决的过程中可采用将有效电阻接入的方式，这样就能够使得接地系统上的故障电流所产生的有功分量更大，以便采用零序电流保护的方法，在最短时间内确定故障点并进行针对性解决。

3 小电流接地系统单相接地故障处理技术

3.1 单相接地故障测距定位技术

如果配电网中的一条线路可以做到针对单相接地故障点的测距，即可以实现故障发生点位排查和故障处理的实际效率。立足于理论角度，小电流接地系统单相接地故障测距定位处理技术同样属于处理单相接地故障的技术之一。相关领域的研究人员研发了一种现代化单相接地故障测距定位技术，这种技术主要是由一套常规电压互感器和高采样率的电流互感器共同组成的，在实际应用的过程中能够在多馈线系统中实现故障发生线路的测距。在经过相应的试验与仿真之后，证明这种处理技术能够将系统中发生单相接地故障的线路进行正确的选取，同时对线路中发生故障的具体点位进行更加精准化的检测。不仅如此，这种技术在实际应用期间并不会受到来源于系统运行方式和过渡电阻的影响。但是，倘若配电网系统本身的线路分支较多，那么在信号噪声的干扰之下，此种方法将难以是呗行波。当前，能够应用到配电网小电流接地系统单相接地故障处理中的测距方法存在着多种多样的形式，例如行波测距法、阻抗分析测距法等。后者在实际应用期间会受到来源于配电网中一些因素的影响，因此行波测距法的实用性更加明显[3]。行波测距法在实际应用时对配电网之中终端硬件采样频率配置提出了较高的要求，这是其大面积推广所面临的一项阻碍因素。因此，这项技术现阶段还处于试验与理论研究层面，未来需要进一步探索。

3.2 人工拉路选线处理技术

现阶段，相关主体在对配电网小电流接地系统中出现的单相接地故障进行处理时，依旧在使用人工拉路选线处理技术，这是一种使用频率较高的技术。如果系统中的母线出现了单相接地故障，在通过人工拉路选线处理技术进行处理的过程中，基本需要经历如下流程：第一，使用电气分割的形式，将系统本身的运行方式作为基础，将配电网分隔成在电气层面上彼此不相连的若干个组成部分。第二，将处于空载状态的线路和电容器组进行关停处理。第三，尝试将一些并不关键的、过去产生故障较频繁的、负荷较轻的、分支较多的、长度较大的线路进行拉取。第四，尝试将一些负荷较重的、分支较少的线路进行拉取，同时通知一些关键的用电主体，将这些主体的供电线路进行临时关停。如果故障发生的情况较为紧急，不具备充足的时间告知给关键用户，可先进行线路的拉取，并在完成处理之后告知客户服务中心，向用户表明缘由。第五，如果变电站本身拥有两条母线，并且不能停掉关键用电主体的供电，即可以通过倒换母线的手段查找单相接地故障产生的原因，以便后续的处理。

倘若在经过如上处理流程之后依旧存在单相接地故障，相关主体则需要考虑单相接地故障产生的原因是否为变压站内部主变压器低压侧设备出现接地、母线设备接地或者是若干条线路同相接地等。一般来说，为了能够实现单相接地故障处理效率的提升，工作人员在实际处理时，通常会将《小电流接地系统单相接地选线顺序表》作为拉路选线的主要参考依据，一旦在拉线路的过程中遇到非故障路选线，在拉取之后需要立即对该线路的正常供电状态进行恢复，直到最终确定出现接地故障的线路。尽管人工拉路选线处理技术本身有着便捷、直接、简单的故障处理特征，但是这种技术形式本身手段较为单一，并且在拉路选线的过程中还会导致非故障线路停电的情况，对一些重要用电主体的生产活动造成损害。在现今的高供电可靠性发展趋势下，这种故障处理技术已经暴露出一定的不适应性，相关主体需要对该技术形式进行进一步优化[3]。

3.3 借助接地选线装置自主选线技术

从理论层面出发，借助接地选线装置自主选线方式一般是采用将专用的小电流接地选线装置固定在变电所高压配电网母线端的方式，并将零序TA设置于变电所的高压配电网出线端。当进行上述设备的配合试验配置之后，如果配电网小电流接地系统发生了单相接地问题，小电流接地选线装置则能够利用判别算法对故障信息进行有效检测。在其发挥作用时，能够向相关主体给出一定的单相接地故障信息，但不会出现跳闸的现象。当确认发生接地问题的线路以后，工作人员可以通过查线的形式排除故障问题。在理想状态下，如果此类装置在确定接地故障发生线路的准确性能够达到100%，也意味着借助接地选线装置自主选线技术对单相接地故障进行处理时的准确度也可以达到100%，并且该技术在应用时无须停掉向用户的供电，避免了一些问题的产生。

4 总结

单相接地故障是配电网中较为常见的故障之一，处理小电流接地系统单相接地故障本身属于一种系统性较强的工程，在处理时应当根据实际情况选择最恰当的技术形式。与此同时，需要遵循国家所颁布的相关准则和处理方针。在具体应用单相接地故障处理技术时，应当充分结合供电可靠性和供电区域的用电需求，基于保证故障处理安全性、迅速性和可靠性的前提，实施更加合理、更加适宜的处理技术。但该技术在实际应用过程中还存在缺陷，例如发生接地故障时，很难第一时间判断哪条线路接地，尤其是线路复杂的电力系统，增加了查找难度，这些都需要相关工作人员进行优化升级，以便小电流接地选线系统更好地服务电力行业。