低壓配電線(xiàn)路單相接地故障原因分析及防范對(duì)策

潘 義

(南京市審計(jì)干部培訓(xùn)中心，江蘇 南京 210008)

低壓配電線(xiàn)路單相接地故障原因分析及防范對(duì)策

潘 義

(南京市審計(jì)干部培訓(xùn)中心，江蘇 南京 210008)

作為配電系統(tǒng)最常見(jiàn)的故障，低壓配電線(xiàn)路單相接地故障危害很大?，F(xiàn)從單相接地故障的檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法入手，對(duì)其發(fā)生原因、危害進(jìn)行探討，并提出故障防范對(duì)策，具有一定的指導(dǎo)意義。

配電系統(tǒng)；單相接地；檢測(cè)方法；預(yù)防

0 引言

一般而言，低壓配電網(wǎng)是指從配電變壓器低壓側(cè)(額定電壓為400 V)總路開(kāi)關(guān)直到用電客戶(hù)電能計(jì)量裝置的電力線(xiàn)路總稱(chēng)。低壓配電網(wǎng)絡(luò)一般為中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，該電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)是電力系統(tǒng)中電壓等級(jí)最低、運(yùn)行環(huán)境惡劣、數(shù)量龐大且與居民用電聯(lián)系最為緊密的電力網(wǎng)。由于線(xiàn)路長(zhǎng)、線(xiàn)路走廊復(fù)雜，單相接地是低壓配電線(xiàn)路常見(jiàn)的一種故障。單相接地故障發(fā)生后，故障相對(duì)地電壓降低，同時(shí)非故障相相電壓升高，但線(xiàn)電壓依然對(duì)稱(chēng)，不影響連續(xù)供電，可在故障狀態(tài)下繼續(xù)運(yùn)行1～2 h。但若故障后系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，則會(huì)嚴(yán)重影響變配電設(shè)備的安全及配電網(wǎng)的正常運(yùn)行。

1 單相接地故障的檢測(cè)裝置及方法

1.1 單相接地故障的檢測(cè)裝置

檢測(cè)單相接地的絕緣監(jiān)察裝置，通常由電壓互感器、信號(hào)繼電器以及監(jiān)視儀表等構(gòu)成，其中電壓互感器采用三相五柱式，其有1組原繞組及2組副繞組。副繞組一副開(kāi)口接線(xiàn)為三角形，反映零序電壓，另一副繞組同時(shí)測(cè)量線(xiàn)電壓及相電壓。若配電系統(tǒng)中有單相金屬性接地故障發(fā)生，繞組中則會(huì)出現(xiàn)零序電壓。同樣，若系統(tǒng)中發(fā)生非金屬性單相接地，第二副繞組開(kāi)口端也會(huì)有電壓，當(dāng)電壓值超過(guò)繼電器的動(dòng)作電壓時(shí)，則信號(hào)繼電器和電壓繼電器都會(huì)動(dòng)作，有音響及燈光信號(hào)發(fā)出。通過(guò)信號(hào)以及電壓表的指示，工作人員便可知道發(fā)生了接地故障，同時(shí)可以判定故障相，并向調(diào)度值班員匯報(bào)。正常運(yùn)行時(shí)，第一副繞組三相電壓對(duì)稱(chēng)，理論上第二副繞組開(kāi)口端無(wú)電壓。

1.2 單相接地故障的檢測(cè)方法

單相接地故障通常有2種檢測(cè)方法，即被動(dòng)式檢測(cè)法及主動(dòng)式檢測(cè)法。被動(dòng)式檢測(cè)法通過(guò)故障瞬間配電系統(tǒng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的變化來(lái)判別故障，包括5次諧波法、首半波法及電容電流脈沖幅值法；主動(dòng)式檢測(cè)法主要有不對(duì)稱(chēng)電流法。具體如下：(1) 5次諧波法。檢測(cè)配電線(xiàn)路中電流的5次諧波，看其變化情況，當(dāng)5次諧波突然增大，并伴隨系統(tǒng)電壓下降，則可判定為發(fā)生接地故障。缺陷：可靠性低。(2) 首半波法。線(xiàn)路發(fā)生單相接地的瞬間，故障相對(duì)地電容將會(huì)對(duì)接地點(diǎn)放電，進(jìn)而產(chǎn)生電流脈沖，首半波法通過(guò)對(duì)接地瞬間電容電流的首半波及電壓波形進(jìn)行采樣，來(lái)比較其相位。若該瞬間電容電流首半波與電壓同相位，同時(shí)導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地電壓降低，便可判別為發(fā)生了單相接地故障。雷擊故障會(huì)造成首半波法的誤判，其可靠性為60%～70%，但不需設(shè)定閾值，適用范圍比較廣。(3) 電容電流脈沖幅值法。配電線(xiàn)路單相接地故障出現(xiàn)的瞬間，故障處接地點(diǎn)將會(huì)有一個(gè)高幅值高頻率的暫態(tài)電流出現(xiàn)，其幅值大于穩(wěn)態(tài)時(shí)該點(diǎn)電容電流值的幾倍到幾十倍。這是由于單相接地故障發(fā)生時(shí)所有非故障線(xiàn)路的暫態(tài)電流均流向故障線(xiàn)路，并通過(guò)故障點(diǎn)流回大地，使得從變電站到故障點(diǎn)間，故障線(xiàn)路的暫態(tài)電流幅值最大。因此，可通過(guò)采集和比較暫態(tài)電容電流的幅值來(lái)判別接地故障及相別。實(shí)踐中該方法需設(shè)定閾值，檢測(cè)準(zhǔn)確度較低。(4) 不對(duì)稱(chēng)電流法。配電線(xiàn)路發(fā)生單相接地故障時(shí)，不對(duì)稱(chēng)電流法通過(guò)檢測(cè)故障線(xiàn)路伴隨出現(xiàn)的不對(duì)稱(chēng)電流信號(hào)的特征來(lái)判別接地故障是否發(fā)生并進(jìn)行故障點(diǎn)定位。一般而言，變電站內(nèi)或線(xiàn)路上都裝設(shè)有不對(duì)稱(chēng)電流源檢測(cè)裝置，若配電線(xiàn)路上某點(diǎn)發(fā)生單相接地故障，檢測(cè)裝置可檢測(cè)到故障信息，則可首先判別故障相，再對(duì)故障相施加特定信號(hào)，通過(guò)線(xiàn)路上的故障檢測(cè)裝置檢測(cè)指示出故障位置。不對(duì)稱(chēng)電流法還可以消除諧振，抑制過(guò)電壓，安全性很高，且由于不受系統(tǒng)運(yùn)行方式、中性點(diǎn)接地方式及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的影響，該方法準(zhǔn)確性較高。

2 低壓配電線(xiàn)路單相接地故障發(fā)生的原因

(1) 設(shè)備故障原因。由于設(shè)備使用年代久遠(yuǎn)，造成絕緣老化、附件損壞、容量偏小。譬如低壓熔斷器故障，多發(fā)生在以前安裝的總路保險(xiǎn)箱內(nèi)，底座損壞較多；低壓刀閘故障，發(fā)生原因多為絕緣瓷座斷裂、瓷座式刀閘不經(jīng)常操作、閘口和動(dòng)靜觸頭有銹蝕等；絕緣子破裂，出現(xiàn)污穢閃絡(luò)放電，在霧雨天發(fā)生閃絡(luò)、放電，絕緣電阻降低。(2) 線(xiàn)路質(zhì)量原因。1) 線(xiàn)路布局不合理，安裝質(zhì)量得不到保證。如部分線(xiàn)路未按規(guī)范安裝，交叉跨越距離遠(yuǎn)；部分線(xiàn)路安裝前未進(jìn)行絕緣子的交流耐壓試驗(yàn)，導(dǎo)致接地電阻達(dá)不到要求；導(dǎo)線(xiàn)風(fēng)偏和垂度過(guò)大，距離建筑物過(guò)近。2) 線(xiàn)路維護(hù)工作不到位。若在平時(shí)線(xiàn)路運(yùn)行時(shí)，不按規(guī)定進(jìn)行定期檢修及維護(hù)，則會(huì)導(dǎo)致線(xiàn)路自身有缺陷，進(jìn)而發(fā)生接地故障；日常工作清障不足，線(xiàn)路因風(fēng)偏對(duì)桿塔放電，刮風(fēng)時(shí)樹(shù)枝碰線(xiàn)等。3) 線(xiàn)路受到周?chē)鷺?shù)木和通道的影響。若平時(shí)工作中不重視配電線(xiàn)路通道的維護(hù)，不對(duì)樹(shù)木進(jìn)行定期修剪，也會(huì)導(dǎo)致單相接地故障的發(fā)生。(3) 雷雨天氣影響。雷雨天氣，線(xiàn)路容易受到雷擊，出現(xiàn)單相接地故障；部分線(xiàn)路沒(méi)有安裝避雷器，雷擊后反擊過(guò)電壓導(dǎo)致出現(xiàn)接地故障。(4) 治安管理原因。由于地方治安不良和防盜措施有限，低壓配電線(xiàn)路常有導(dǎo)線(xiàn)被盜現(xiàn)象，導(dǎo)致單相接地故障的發(fā)生；平時(shí)維修不及時(shí)，線(xiàn)路自身存在缺陷以及工作人員誤操作，也可能會(huì)引起短路故障。(5) 用戶(hù)故障原因。1) 用戶(hù)低壓斷路器容量不夠，過(guò)負(fù)荷嚴(yán)重而燒壞；2) 用戶(hù)缺乏正確的用電常識(shí)，將斷路器的正常跳閘報(bào)為故障；3) 用戶(hù)屋內(nèi)布線(xiàn)不合理，導(dǎo)致單相接地故障較常發(fā)生。

3 單相接地故障的影響及危害分析

(1) 對(duì)變電設(shè)備的危害。配電線(xiàn)路單相接地故障發(fā)生后，變電站出口母線(xiàn)的電壓互感器會(huì)檢測(cè)到零序電流，產(chǎn)生零序電壓，電壓互感器勵(lì)磁電流增加，鐵芯飽和，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)燒毀；可能產(chǎn)生很高的諧振過(guò)電壓，危及變電設(shè)備的絕緣，甚至導(dǎo)致變電設(shè)備絕緣擊穿。(2) 對(duì)配電設(shè)備的危害。發(fā)生單相接地故障后，可能引發(fā)間歇性弧光接地，產(chǎn)生很高的諧振過(guò)電壓，進(jìn)一步導(dǎo)致線(xiàn)路上的絕緣子擊穿，引發(fā)更嚴(yán)重的短路事故；同時(shí)也可能使線(xiàn)路上熔斷器、避雷器的絕緣擊穿、燒毀，引發(fā)電氣火災(zāi)事故。(3) 對(duì)區(qū)域電網(wǎng)的危害。單相接地故障嚴(yán)重時(shí)，可能破壞區(qū)域電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行，甚至造成更大事故。(4) 對(duì)供電可靠性的影響。單相接地故障發(fā)生后，一方面要進(jìn)行人工選線(xiàn)，中斷正常線(xiàn)路的供電，影響供電可靠性；另一方面，停運(yùn)故障配電線(xiàn)路，在查找及消除故障點(diǎn)的過(guò)程中，很難保證用戶(hù)正常用電，有可能會(huì)造成長(zhǎng)時(shí)間、大面積停電，影響供電可靠性。(5) 對(duì)供電量的影響。單相接地故障發(fā)生后，查找及消除故障過(guò)程以及故障線(xiàn)路停運(yùn)過(guò)程都會(huì)引發(fā)停電，導(dǎo)致供電量的減少。

4 單相接地故障的防范對(duì)策

4.1 接地故障處理辦法

配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，運(yùn)行維護(hù)部門(mén)必須馬上安排人員，對(duì)配電線(xiàn)路進(jìn)行巡視和排查，故障點(diǎn)查找運(yùn)用分片、分段、分設(shè)備的“排除法”，同時(shí)可以與絕緣遙測(cè)、登桿檢查等方法一并使用，在最短時(shí)間內(nèi)確定故障點(diǎn)，并盡快消除故障；變電站值班人員應(yīng)做好記錄，迅速報(bào)告給調(diào)度人員，并按指令尋找故障線(xiàn)路，若將某線(xiàn)路斷路器拉開(kāi)則接地現(xiàn)象消失，判斷其為故障線(xiàn)路。

4.2 接地故障預(yù)防對(duì)策

(1) 定期檢查配電線(xiàn)路。主要是對(duì)導(dǎo)線(xiàn)及周?chē)慕ㄖ镞M(jìn)行檢查。比如，樹(shù)木間距是否滿(mǎn)足規(guī)范，導(dǎo)線(xiàn)是否出現(xiàn)松股及外傷現(xiàn)象，導(dǎo)線(xiàn)弧垂大小是否合適，絕緣子中導(dǎo)線(xiàn)是否牢固等。

(2) 定期對(duì)配電變壓器及常用變壓器進(jìn)行檢查及維修，及時(shí)更換不合格的變壓器。(3) 維護(hù)和檢修配電線(xiàn)路時(shí)，要重點(diǎn)檢查桿塔導(dǎo)線(xiàn)的接頭，確保其沒(méi)發(fā)生發(fā)熱變形的情況；同時(shí)檢查絕緣子是否被雷擊等。(4) 定期進(jìn)行絕緣測(cè)試。絕緣測(cè)試主要針對(duì)線(xiàn)路的避雷器、熔斷器及絕緣子等設(shè)備。同時(shí)，還應(yīng)測(cè)試變壓器的絕緣，以保證其性能正常；檢查高壓引下線(xiàn)接頭，確保其接觸良好。(5) 安裝避雷器和分支熔斷器，確?？梢钥焖俨檎?、判斷雷擊故障點(diǎn)，最大程度地縮小故障發(fā)生范圍，縮短停電時(shí)間，減小停電面積。

5 結(jié)語(yǔ)

低壓配電系統(tǒng)中，單相接地故障的發(fā)生幾率很大，嚴(yán)重影響著電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。單相接地故障的防范關(guān)鍵是做好日常運(yùn)行維護(hù)工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷并且加以消除，確保電力系統(tǒng)良好的運(yùn)行環(huán)境。故障發(fā)生后，需快速發(fā)現(xiàn)并隔離故障點(diǎn)，最大限度地縮小停電范圍，確保人身和設(shè)備的安全，提高供電可靠性。

[1]徐君政，曾子維.如何排除單相接地故障[J].農(nóng)村電氣化，2005(10)

[2]王梅芳.梅林水廠(chǎng)10 kV配電設(shè)備繼電保護(hù)的整定計(jì)算方法探討[J].重慶電力高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2005(1)

2014-07-22

潘義(1962—)，男，江蘇南京人，工程師，主要從事機(jī)電設(shè)備運(yùn)行管理工作。