一起小電流接地系統單相接地故障的分析

楊 珊 卓 琛

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一起小電流接地系統單相接地故障的分析

楊 珊1卓 琛2

（1. 國網舟山供電公司，浙江 舟山 316000； 2. 浙江浙能中煤舟山煤電有限公司，浙江 舟山 316131）

本文詳細分析了一起單相接地故障引起的小電流接地系統跳閘事故，探討了該事故繼電保護動作過程和保護動作原因，并根據變電站實際的運行特點，提出了相應的整改措施。

小電流接地系統；單相接地故障；原因分析；整改措施

小電流接地系統是指中性點不接地或中性點經消弧線圈接地的系統。小電流接地系統發生單相金屬性接地故障時，非故障相的相電壓上升為線電壓，線電壓大小和相位不變且對稱[1]，系統的相間絕緣能夠滿足運行要求，且接地點僅流過其他出線總的電容電流，所以，當小電流接地系統發生單相接地故障時，系統通?？梢赃\行一段時間，不會跳閘[2]。

2018年1月4日0時45分，某變電站一條35kV進線桿塔中間接頭A相絕緣擊穿引起單線接地，使得母線壓變BC相高壓熔絲熔斷，導致站內多個間隔跳閘。

1 基本情況

1.1 變電站運行情況

該變電站35kVⅠ段母線上的勾魯3521線、勾萬3537線、山門3535線運行（對側熱備用），號1主變35kV開關運行，勾臨3531線線路檢修，如圖1所示。35kV母分熱備用，備自投運行。勾魯3521線、勾萬3537線、山門3535線保護測控裝置為許繼電氣的WHX-825A/P保護測控裝置，35kV備自投的型號是許繼電氣的WBT-822A/P。

圖1 變電站35kVⅠ段母線接線圖

1.2 保護動作情況

1月4日0時，該變電站35kV勾魯3521線單相接地，00∶45分，35kV勾魯3521線、勾萬3537線、山門3535線距離Ⅰ段動作，開關跳閘。同時35kVⅠ段母線壓變B、C相高壓熔絲熔斷。35kV備自投動作，跳號1主變35kV開關，合35kV母分開關。山門3535線重合閘動作成功。3條線路均無測距信息。

現場后臺報文、裝置報文一致。動作情況如下：

1）00∶45∶27.043，山門3535線距離保護Ⅰ段動作。

2）00∶45∶27.372，勾萬3537線距離保護Ⅰ段動作返回。

3）00∶45∶28.151，山門3535線重合閘動作。

4）00∶45∶21.107，勾魯3521線距離Ⅰ段動作。

5）00∶45∶21.228，勾魯3521線距離Ⅰ段動作返回。

6）00∶45∶21.125，勾萬3537線距離保護Ⅰ段動作。

7）00∶45∶21.191，勾萬3537線距離保護Ⅰ段動作返回。

8）00∶45∶26.875，備自投跳進線一動作。

9）00∶45∶27.633，備自投合母分開關動作。

現場只有主變故障錄波裝置，無法采集到勾魯3521線相關電壓電流信息，根據故障分析理論可知，當勾魯3521線發生A相接地時，勾魯3521線、勾萬3537線與山門3535線的B、C相將通過對地等效電容向勾魯3521線A相提供電容電流，該電容電流即1號主變35kV側A相的突變電流。勾魯3521線、勾萬3537線、山門3535線的其他兩相電流變化量之和即1號主變35kV側其他兩相的突變電流，因此，分析1號主變電壓電流[3]。35kVⅠ段母線電壓波形和1號主變35kV側電流波形分別如圖1和圖2所示。

圖2 35kVⅠ段母線電壓波形

從圖2可知，00∶45∶11左右35kVⅠ段母線電壓A相幅值明顯下降，BC相升高，即該時刻35kV Ⅰ段母線出現A相單相接地故障。由圖3可知，故障前三相電流有效值約為0.47A，故障后，三相電流都有一定程度的畸變，其中A相畸變最大，但在整個事故過程中，未出現明顯的故障電流。那么，是什么引起勾魯3521線單相接地呢？線路保護動作的原因又是什么呢？

圖3 1號主變35kV側電流波形

2 原因分析

2.1 單線接地原因分析

檢修人員對勾魯3521線全線進行巡視檢查，發現勾魯3521線13號到14號塔之間的7號中間接頭井A相電纜接頭的絕緣擊穿，使得勾魯3521線A相接地，現場對該電纜及周邊環境進行仔細排查發現并無人為破壞或環境影響等，然后翻閱勾魯3521線歷史資料和檢修記錄可知，該電纜接頭投運于2016年12月，投運前未按要求進行耐壓試驗，長時間運行導致其絕緣下降，從而絕緣擊穿，單相接地。

2.2 保護動作原因分析

根據廠家說明，3個線路間隔的WXH-825A型保護裝置相電流突變量起動元件是通過實時檢測各相電流采樣的瞬時值的變化情況，來判斷被保護線路是否發生故障的。其判據為

若任意相電流連續兩點滿足判別，則判為保護起動，一旦起動即延時10s返回，如返回前再滿足突變判據，則重新計時返回。對1號主變電流進行分析計算可知，1號主變35kV側A相電流每周波內有連續4點滿足突變量電流判據，而保護裝置采樣頻率更大，也就是說保護裝置至少也有連續4點滿足判據，保護裝置就會判保護起動，當保護裝置處于起動狀態時，閉鎖了PT斷線監測。保護裝置起動后延時10s返回，期間BC相熔絲熔斷，電容電流較大，測距阻抗落入距離Ⅰ段阻抗范圍內，距離保護動作并出口跳閘。

綜上所述，勾魯3521線A相接地，引起三相電流間歇性突變，導致勾魯3521線、勾萬3537線、山門3535線保護裝置起動，而距離保護在裝置起動后不再判PT斷線閉鎖。所以，在單相接地后引起B、C相高壓熔絲熔斷，勾魯3521線、勾萬3537線、山門3535線保護測量電壓變零時，線路保護由于電流突變起動沒有返回，PT斷線也處于閉鎖狀態，無法識別電壓缺相，從而導致距離保護動作。

3 整改措施

檢修人員更換了擊穿的電纜接頭和熔斷的電壓熔絲，及時恢復了系統運行狀態。但為了防止此類事故再次發生，可采取以下整改措施防止小電流接地系統單相接地時跳閘[4]。

1）加裝消弧線圈

該變電站屬于電纜話程度較高的小電流接地系統，當系統發生單相接地故障時，會出現較大的電容電流，可在該變電站加裝消弧線圈[5]，以降低單相接地故障時的電容電流，從而防止保護裝置誤起動。目前很多圍繞智能消弧線圈的方法[6]已普遍應用于小電流接地系統中。

2）安裝選線設備

對于小電流接地系統來說，為了防止其單相故障跳閘，目前有基于小波分析[7]、BP神經網絡[8]等各種各樣先選方法的選線和故障定位裝置，可以選擇穩定可靠、經濟性高的裝置安裝在變電站內[9]，提前定位單相故障點，防止跳閘事故。

3）保障投運設備質量

變電站電纜中間接頭是事故易發點，其質量、做工都嚴重影響到電纜的運行情況，尤其受鹽霧、梅雨等多種天氣的影響，暴露在戶外的電纜設備更應該有較好的質量，能夠滿足長時間運行的需求。

4）落實作業流程監管

投運前的電纜等相關設備，應根據相關規章規定，進行全面的試驗檢測，相關單位部門應加強作業流程監管，徹底落實標準化作業，杜絕出現電纜未進行耐壓試驗就投運的情況，徹底保證再運設備設施已經過全部檢測試驗，符合相關技術標準、工藝標準等。

5）加強設備運行維護

加強對投運后的電力設施設備的運行維護，通過狀態監測[10]、人工巡視等各種方式方法，加強對運行設備實時狀態的監管，做到早預防、早發現、早處理，對有隱患的設備早預防、對有缺陷的設備早處理，降低事故發生率，縮小停電范圍。

4 結論

小電流接地系統憑借其較高的可靠性，經常應用于35kV及以下的電力系統中，雖然小電流接地系統可以在單相接地故障時繼續運行幾個小時，但升高的相電壓以及對比電容電流都會對系統產生影響，長時間單相接地故障還會引起兩相故障甚至三相故障，擴大事故范圍[11]。因此，如何預防單相接地和有效抑制電容電流變得至關重要，變電站在投運前應根據投運后的負荷情況以及站內情況采取有效的預防措施，降低電容電流和設備故障率。

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[6] 劉海峰, 姜家星, 陳野, 等. 中性點不接地系統小電流接地故障解決方案[J]. 農村電氣化, 2016(10): 25-26.

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[11] 王曉峰, 洪彩涼. 小電流接地系統單相接地故障分析[J]. 電氣開關, 2013, 51(4): 76-79, 83.

Analysis of single-phase earth fault of small current grounding system

Yang Shan1Zhuo Chen2

(1. State Grid Zhoushan Power Supply Company, Zhoushan, Zhejiang 316000;2. Zhejiang Zheneng Zhongmei Zhoushan Caol & Electricity Co., Ltd, Zhoushan, Zhejiang 316000)

This article analyzes a tripping accident of small current grounding system because of single-phase earth fault，discusses the operation process of the relay protection and the reason of the protection action，and according to the actual substation operation characteristics, put forward the corresponding improvement measures.

small current grounding system; single-phase earth fault; fault analysis; preventive measures

2018-05-30

楊 珊（1988-），女，陜西寶雞人，碩士研究生，工程師，從事電氣設備檢修工作。