单相接地故障分析查找方法

摘 要：主要介绍了单相接地故障时的相量分析及中性点经消弧线圈接地时的原理分析，并描述了单相接地故障时系统的电气特点，发生该故障的现象与查找方法。

关键词：小接地 单相接地 故障

35kv及以下的电力系统中，中性点不接地运行方式（ 电容电流小于10a） 的运行可靠性相对较高，但其对系统设备元件的绝缘要求也高【1】。这种系统中发生单相接地时，不直接构成短路回路，因此接地相电流不大，只流过其他非故障相地电容电流的总和。因此在小接地电流系统发生单相接地故障时，仍可继续运行一段时间，但是不宜超过2h。由于非接地相的对地电压会升高为相电压的倍，即上升为线电压，因此绝缘易损坏。单相接地运行时间越长，发生又一相接地，形成相间接地短路的机率就越大【2】。

对于常规变电站，运行人员应掌握判断单相接地故障的方法，并懂得如何排除单相接地故障：对于采用了小电流接地选线装置的变电站【3】，运行人员应懂得该装置原理。

一、单相接地时的相量分析

当小接地电流系统发生单相接地时，如a相接地时，接地相的对地电容co被短路，此时电流系统a相接地时的电流分布与相量如下图所示：

图 小接地电流系统a相接地时的电流分布图与相量图

二、单相接地时的特点

1.故障线路3i0的大小等于所有非故障线路的3i0之和，也就是所有非故障线路的接地电容电流之和：非故障线路的3i0大小等于本线路的接地电容电流。

2.故障线路的零序电流滞后于零序电压90o；非故障线路的零序电流超前零序电压90o；即是说故障线路的零序电流与非故障线路的零序电流相位相差180o。

3.接地故障处的电流大小为该段母线的所有线路，即故障与非故障线路的接地电容电流总和，并超前零序电压90o。

根据小接地电流系统单相接地故障时的特点，由于故障点的电流很小，即各线路的对地电容电流之和，加上三相之间的线电压仍然对称， 因此对负荷供电影响不大，因此在一般情况下都允许再继续运行1至2小时，不必立即跳闸，这也是采用中性点非直接接地运行的主要优点。但在单相接地以后，其他两相对地电压升高了 倍，为了防止故障进一步扩大成两点、多点接地，应及时进行排除。

三、常规变电站小接地电流单相接地故障的现象及处理常规变电站中发生单相接地时，变电所内发出预告信号，同时母线接地信号光字牌亮，接地相对地电压降低或等于0（金属性直接接地为0） ，正常相对地电压升高，金属性直接接地时为线电压。消弧线圈动作光字牌亮，同时消弧线圈电流表有读数。母线接地指示灯一相暗， 其他两相比正常时亮。当出现单相接地故障现象时，可通过下列步骤进行处理：

1.根据母线接地信号光字牌的指示，切换相电压开关。检查接地相，观察消弧线圈电流表的变化。

2.复归信号，判断是永久性故障或是瞬时性故障。

3.系统带接地故障运行时间不得超过2h。

4.可先行切除故障母线上的电容器组，判断在该回路上是否有接地。

5.记录时间，相别，零序电压，消弧线圈电流，向调度汇报。

6.检查变电所内的其他设备的情况（ 注意：防止跨步电压，应穿戴绝缘靴， 戴绝缘手套） ，接地点可能有瞬闪弧光及放电声。此外，由于其他两相电压升高， 绝缘子可能发生局部放电的迹象，要进行区别。对于电压互感器的运行状态应进行监视，防止其因发热而烧毁。

7.用“瞬时停电法”查找故障线路，无论线路上有无故障，均应立即合上，瞬停时间小于10s。若判断为线路接地引起的故障，应汇报调度，将线路停运； 若判断为在主变压器低压侧或馈线断路器母线侧回路内，应汇报调度并将主变各侧停电。

8.系统发生单相接地故障时，严禁操作消弧线圈。

四、小电流接地选线装置应用的原理及应用中的注意事项

通过运行人员运行经验，以手动拉开各线路来查找故障线路的方法，操作程序麻烦，所需的时间长，给运行安全、设备安全、经济效益及供电可靠性带来了很大的影响，如果不能及时找到故障回路，有可能进一步酿成事故。

为了解决上述问题，采用了小电流接地选线装置，可以较为迅速地、正确选择故障线路并及时进行排除。小电流接地选线装置所应用的原理可以分为：

1.反应工频电容电流方向进行选线： 由上述可知发生单相接地故障时， 非故障线路与故障线路的电容电流之间相反。根据这一原则，利用零序方向元件来判断故障线路。这种判断方法在短线路时，由于线路的零序电流较小，选线效果不好，可能会有误判、漏判、多判的可能。

2.反应谐波电流方向进行选线：在中性点不接地系统发生单相接地故障时，在故障线路与非故障线路中都会产生零序谐波电流。谐波次数增加时，相对应的电感感抗增加，电容容抗减小，故总能找到某次谐波，使得在该谐波下故障线路与非故障线路的谐波电流方向相反，同时对所有大于该次谐波的电流均满足这一关系。利用这种原理构成的选线方式不受故障前的系统运行方式及故障时的过渡电阻的影响，其相位关系与幅值无关。这种装置在运用时需要确保各线路有三相电流互感器，或者增加一只零序电流互感器，其改造工程大，资金投入较多。

3.反应首半波原理的选线方式：假设小电流接地系统的接地故障往往发生在相电压接近峰值的一瞬间。这一假设成立的话，当电压接近最大值时发生故障， 则电容电荷向故障点放电，由于分布电感与分布电容的存在，放电电流具有衰减特性，且该电流不受消弧线圈的影响。其特点是：

1）故障瞬间，接地电容电流将出现一个高辐值的暂态分量，这一分量首半波的最大值比流过同一点电容电流的稳态值大几到几十倍。

2 ）对同一系统， 不论是不接地还是经消弧线圈接地， 其首半波的最初暂态过程是一样的。

3 ） 非故障线路靠近母线端所流过的暂态零序电流首半波与暂态零序电压首半波的方向是相同的。故障线路靠近母线端暂态零序电流首半波与暂态零序电压首半波方向相反。

参考文献

[1]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理.北京：中国电力出版社，2004.

[2]王祖光.微机小电流接地系统接地选线装置.电力系统自动化，1993，17（6）： 48～51.

[3]要焕年，曹梅月.谐振接地技术新发展.中国电力，2000，33（10）：55～57.

作者简介：钟家洪，1974年11月生、男、汉族，江西赣州人、控制理论与控制工程硕士研究生、工程师、讲师，研究方向为电子、电气、自动化及计算机。