林诗奋
中国电建集团海南电力设计研究院有限公司 海南 海口 570203
摘 要:单相接地故障作为10kV配电线路最常见的故障，对用电的可靠性和稳定性的保障有严重的影响。采用电路理论分析以及数学公式推导，分析了10kV不接地系统单相接地故障时接地相特征，并通过一起实际事故案例，结合故障录波及CAD软件分析，提出一种新的判别不接地系统单相接地故障时接地相的方法。
关键词:10kV；不接地系统；单相接地故障；接地相判别
引 言：10kV配电线路是农村电网最广泛的供电形式。目前，农村电网建设规模日益扩大，随之而来的是配电线路故障的频发，其中最主要的故障类型是单相接地故障。研究10kV配电线路单相接地故障产生的原因并给出合理的应对策略，已经成为保障农村用电安全的必要课题。
1我国10kV不接地系统原理分析
对于10kV不接地系统，由于系统容抗远大于系统电阻，系统阻抗呈容性。利用叠加原理，发生单相接地故障时的零序等效电路如图1所示，图中:U·为零序等效电源电压，实际情况中，系统中性点不对称电压可忽略不计，因此有U·=U·A;Ｒg为故障点的接地电阻;CO为系统的零序电容;U'O·为系统中性点位移电压，U'A为故障相接地电压。不接地系统经过渡电阻单相接地后，新的偏移中性点在以故障相电压为直径的圆轨迹上。由于单相接地后的新的中性点在半圆轨迹上偏移，故单相接地故障后的故障相电压不一定是最小。
2单相接地故障类型与危害分析
2.1单相接地故障类型
1)稳定性接地。根据故障电压的表征情况，稳定性接地可进一步划分成完全和非完全接地。当配电线路单相通过金属等导电体与大地相连，会造成该相电压为0，其他相电压则达到线电压。当配电线路单相通过非金属等导电体或电弧与大地相连，造成该相电压降低但不为0，其他相电压升高且始终小于线电压。2)间歇性接地。当接地相不稳定时断时连时称为间歇性接地。例如配电线路单相电弧接地时，接地点出现间歇性熄灭、重燃现象，使配电线路电压极不稳定，同时因电流变化产生磁场震荡。
2.2单相接地故障的危害
单相接地故障作为10kV配电线路频发的故障类型，直接关系电力供应的稳定性，严重的会导致配电线路损耗、变电站电力互感器损坏，引起大范围停电事故。此外，单相接地故障时常引发谐振过电压，这种震荡回路中产生的串联谐振现象能瞬间激发电压陡增数十倍。而且，与操作过电压相比，这种过谐振过电压可在一定条件下长时间、稳定存在。特别是35kV以下电网，谐振造成的事故已经被较多报道。如果不能有效消除此故障，这种瞬间高电压很容易造成变压器绝缘击穿，导致事故影响面积扩大。
3事件分析
3.1事件现象某电厂1号机组故障录波装置录波启动，经检查确认为1号高压厂用变压器低压侧零序电压突变量及高越限启动。
3.2现场检查情况
现场检查10kV901M上各开关保护装置无启动，装置均运行正常;901M上小电流接地选线装置无相关启动信号，10kV系统运行无异常。1号故障录波装置显示录波启动时，1号高压厂用变压器低压侧三相电流均无变化;分析A相电压为62．82V(升高2．5V左右)，B相电压为60．82V(基本不变)，C相电压为57．18V(降低3．2V左右)，零序电压3UO为5．65V，大于突变量定值3V及高定值5V，录波装置为正常启动。
3.3故障分析
根据波形可见，1号高压厂用变压器低压侧三相电压正常运行时均为60V左右，零序电压为0V左右;在装置启动期间，A相电压升高，C相电压降低，B相电压基本保持不变，符合不接地系统单相接地特征;同时三相电压波形在故障录波装置启动后平滑无畸变，为标准正弦波，且消谐装置未启动，可初步判断为C相经高阻抗接地。由于无10kV系统实测阻抗值，无法进行定性计算。可根据高压厂用变压器低压侧三相电压及零序电压的幅值及角度，对三相电压向量进行分析:以A相电压为参考点，其故障前后相位均为0°，B相电压故障后相位为－115°左右，即与A相之间相位减小5°左右，C点电压相位故障后为120°，基本不变。根据上述的三相电压在故障时幅值和相位变化，通过CAD软件作图展开进一步确认。即以故障时刻的A、B、C三相电压幅值为半径作圆，3个圆的交点即为故障后新的偏移中性点O'，如图6。根据前面原理分析可知，新的中性点在以故障相为直径的圆轨迹上，通过故障前的三相电压幅值为直径作圆确定偏移后的新的中性点落在哪个圆上，该相即为故障相。
4 10kV配电线路单相接地故障应对策略
4.1串接消弧线圈并接地
为了解决导线接地产生电弧引起的单相接地故障问题，采取在中性点串接消弧线圈并接地的做法。消弧线圈实质上是带有感性线圈的负载，当线圈上加载零序电压时，感性线圈产生与对地电流电位相反的电流，该电流可以直接消除单相接地故障处产生的电流，在该处的电弧也会随之消除，最终可以解决因电弧而造成的接地故障。
4.2加强配电线路绝缘密封
在天气潮湿季节发生的单相接地故障(配电线路头部固定处、中间接头处及施工意外损坏到了电缆处产生的接地故障)多由绝缘性降低引起的。而绝缘性降低主要是因为水汽聚集在这些部位，长时间浸泡引起短路故障[1]。针对此问题，可以在线路头部固定出、接头处加装密封层，必要时应将这些部位架起，使之地势增高不易聚集水汽，从而减少接地故障的发生。
4.3加快旧线路改造
在新建和改造电路时，施工单位要严把设计与施工质量关、投入运行验收质量关，加快旧线路改造升级工程，尽早将老旧裸导线更换为绝缘导线。定期检查试验变压器，不合格的要维修或更换[2]。定期绝缘测试配电线路上的绝缘子、分支熔断器、避雷针等设备，不合格的要及时更换与检修。在配电主干线路上加装分段开关，在配电分支线路上加装分支开关，这样有利于缩小故障范围，在接地故障发生后快速找出故障点，减少停电面积和停电时间。
4.4做好沿路清查工作及用电宣传工作
定期清查配电线路旁的树木，保证线路通道符合规程要求。对周围村民做好护线宣传工作，减少人为外力破坏[3]。特别是在农忙季节收割机运行时要采取安全措施，保护线路安全。禁止在配电线路附近及其上空拉扯绳索和抛掷导电丝束(如铁丝、碳丝等)。
4.5推广和应用新技术
在配单线路的监察工作中推广和应用新技术、新工艺，提高单相接地故障分析与判断能力和处理故障的能力，有效预防和处理单相接地故障的发生。其中在应用型技术新设备方面，利用故障指示器指示故障点，配电线路运行在线监测系统，可以在计算机或手机上准确检测到故障位置，方便运维人员快速处理。
4.6加强运维人员培训
为了减少单相接地故障给配电线路运行带来的不良影响，不仅要求运维人员学习有关电力设备运行规程，了解设备的运行状况，在实践中不断总结经验，提高处理突发问题的能力，还要积极改善供电装置的运行条件，及时消除设备缺陷，对供电设备进行日常清洁，防止设备绝缘老化[4]。同时，还要定期举办运维人员技术培训，提高配电线路检修人员的技术水平。
结 语：
10 kV 配电线路是农网电力系统的重要组成部分，其运行的可靠性和安全性直接关系到人们的生产生活。通过作出不接地系统单相接地故障时的零序等效电路图，由向量分析，结合数学公式推导证明了不接地系统发生单相接地故障时，新的中性点会在以故障相为直径的圆轨迹上，得出故障相的电压不一定最小的结论。在实际一起事故案例中，运用所得结论并结合CAD软件作图准确快速地判断出故障相，为实际现场事故分析提供一种新的分析思路。
参考文献：
[1]郝会锋.10 kV小电阻接地系统单相接地故障分析及应对措施[J].通信电源技术,2020,37(07):99-103.
[2]阮琦,薛晨.10 kV不接地系统单相接地故障熄弧模拟试验研究[J].湖北电力,2019,43(05):59-64.
[3]刘邺辉.浅析10kV小电流接地系统单相接地故障的选线方式[J].民营科技,2018(06):29.
[4]刘兆炼.10kV中心点不接地系统单相接地故障分析及处理[J].科技创新与应用,2016(09):176.