章义军，丁海华

（安吉县供电局，浙江安吉313300）

小电流接地系统虚实接地故障的判断与处理＊

章义军，丁海华

（安吉县供电局，浙江安吉313300）

通过对小电流接地系统虚实接地故障的分析与计算，系统地介绍了各类虚实接地故障的判断与处理方法，并提出了一些建议.

接地；分析；处理

目前在安吉县供电局35k V及以下中性点不接地或经消弧线圈接地系统中，大都采用电磁式电压互感器的另序PT或经开口三角构成的小电流接地选线软件来监视系统的绝缘状况.当系统发生单相接地，电压互感器的另序PT或开口三角两端的零序电压大于整定值时，则使小电流接地选线软件发出接地信号.而实际在电网运行中除单相接地外，还有多种原因如铁磁谐振、高压熔丝熔断、电压互感器二次接线错误等都会使另序PT或开口三角两端出现零序电压，并可能导致小电流接地选线软件动作，出现“虚接地”现象，给运行人员在故障判断、原因分析及迅速处理时带来一定的困难，所以研究此类异常现象具有十分重要的实际意义.

1 中性点不接地系统单相接地故障分析

1.1 单相完全接地故障

当不接地系统发生单相完全接地故障时（若C相接地），情况将发生显着的变化.分析如下：

因为U′N＝－UC则各相对地电压及电容电流为：

所以接地相对地电压为0，对地电容电流也为0，非接地相A、B两相对地电压升高了倍，对地电容电流也升高了倍.

I′CA和I′CB分别超前U′Ad和U′Bd 90°，I′CA和I′CB夹角为60°，此时三相对地电容电流之和不再为零，其有效值为：

可见，单相完全接地故障时的接地电流，等于正常运行的一相对地电容电流的3倍.

1.2 不完全接地故障

当不接地系统发生单相不完全接地故障时，即通过一定的电阻Rj接地，则接地相对地电压大于零而小于相电压，未接地相对地电压大于相电压而小于线电压，中性点对地电压大于零而小于相电压，线电压仍保持不变，接地电流较完全接地时要小一些，但接地相的判别较复杂，即：①如果一相电压指示较低，另外两相较高，则电压指示较低的一相不一定是接地相.②如果一相电压指示接近线电压，另外两相电压相等，则这两相电压指示中稍微偏小的那一相也不一定是接地相.

单相接地故障时，由于线电压保持不变，电力用户虽然可以继续工作，但当接地电流小于30A而大于5～10A时，由于电网中的电感和电容形成震荡回路，可能产生一种周期性熄灭与复燃的间隙性电弧，形成过电压，其幅值可达2.5～3倍的相电压，将危及整个网络的绝缘，电网电压越高，间隙性电弧引起的过电压的危险性就越大.当接地电流大于30A时，将产生稳定电弧，此电弧的大小与接地电流成正比，从而形成持续的电弧接地.高温的电弧可能损坏设备，甚至导致相间短路.因此当中性点不接地系统发生单相接地故障时，虽然线电压保持不变，仍可继续运行一段时间（不超过2小时），但是必须正确迅速地处理，消除接地故障.

2 中性点不接地系统“虚接地”故障分析

2.1 由压互感器高压熔丝熔断引起的“虚接地”现象

当不接地系统发生电压互感器高压熔丝熔断时，小电流接地选线软件也可能发出接地信号，并且遥测电压表的指示都有变化，往往容易造成运行人员的误判断.但只要切换各相电压、线电压，并仔细分析，是可以区别判断的.如：以A相高压熔丝熔断为例，具体原因分析如下：

（1）互感器高压熔丝熔断时小电流接地选线软件动作情况。当A相高压熔丝熔断时，加在电压互感器一次线圈上的A相电压就没有了，剩下的B、C相电压UB、UC为正常相电压，开口三角出现了3倍的零序电压，接在开口三角的电压继电器就有可能动作并发出接地信号，造成“虚接地”现象.

（2）电压互感器高压熔丝熔断时的电压变化情况.当电压互感器A相高压熔丝熔断时，在很小的电网，各相对地电容可不考虑的前提下，A相的相电压为零，另两相线圈所加的是系统的线电压，即每个线圈所加的电压只是1/2线电压.但是，由于各相对地电容的实际存在，并与电压互感器的感抗XL并联，而电容的容抗XC又远远小于电压互感器的感抗XL.所以，中心点电位的变化，就主要决定于容抗XC的大小，而容抗XC在高压熔丝熔断后并未变化，即三相电压仍近于对称，近于相电压.所以说高压熔丝未熔断的B、C两相电压仍接近于正常的相电压值.

而高压熔丝熔断的A相，虽然二次线圈没有从本相一次线圈感应的电势，但是，由于B、C两相电压仍接近于正常的相电压，它们的向量和不等于零，在B、C相的铁芯内产生磁通，并通过A相铁芯，使A相的一次线圈和二次线圈产生感应电势，这个电势的大小比正常的相电压降低很多，如带另序PT的电压互感器一般只有1/3相电压左右，所以AB、CA电压也有所降低.

结论：①高压熔丝熔断相的电压明显低于相电压，非熔断相的电压仍为相电压.②熔断相的线电压明显下降（两熔断相间的线电压为0），非熔断相间的线电压仍正常.

因而，在高压熔丝熔断时，只要检查各相电压、线电压的变化情况，并仔细分析，是完全可以正确判断是单相接地故障还是高压熔丝熔断.

2.2 电压互感器接线错误引起的“虚接地”现象

接线错误引起的“虚幻接地”现象时有发生，如：开口三角一相绕组极性接错、绝缘监视电压表中性点经开口三角的某一相绕组接地等，给运行人员迅速处理故障带来很大的困难.

（1）开口三角某相绕组极性接错.小电流接地选线软件的正确接线是开口三角绕组每一相首尾依次相接串联成开口三角，正常情况下相量图是个闭合的三角形，因此开口三角绕组两端电压为0.若一相极性接反，则在系统正常情况下，开口三角绕组两端出现Uac＝2Uφ的电压.因而导致小电流接地选线软件动作而发出接地信号，出现“虚幻接地”现象.

（2）开口三角绕组接地点接错.如中性点没有直接接地，而是经过开口三角绕组的某一相接地正常运行时，电压互感器二次侧三相电压对称，开口三角绕组两端电压为0，每相为正常相电压.当电压表中性点经过开口三角C相绕组接地后，二次侧三相电压中性点就出现了－Uc的位移电压，造成了“虚幻接地”现象，而此时遥测电压的读数也不再是正常的相电压，在系统没有发生单相接地故障时，A、B两相电压升高，C相电压降低，容易被误认为是C相接地.

2.3 铁磁谐振引起的“虚接地”现象

电网中许多非线性电感元件如变压器、电压互感器、消弧线圈等，它们和系统的电容元件组成许多复杂的震荡回路，如满足一定条件时，就可能激起铁磁谐振，并发出“系统接地”信号.如：①空载母线充电时，电磁式电压互感器各相与网络的对地电容组成独立的震荡回路，产生铁磁谐振后可能使两相电压升高，一相电压降低或相反的相电压不平衡.这种铁磁谐振，只有在另外电压等级的电源，经变压器对空载母线充电时，在这仅有的一个电源母线上出现.在一个电压等级的系统里，不存在这一问题，②线路单相断线、系统中发生不对称断开时，也会产生铁磁谐振.③用电磁式电压互感器在两高压电源间核相时，也会引起系统电压不平衡的铁磁谐振.

下面就由充电操作引起的三相电压不对称而产生铁磁谐振的原因及现象分析如下：

在不接地系统中，当在合空载母线或切除部分线路时而引起的三相电压不对称时，电压互感器的非线性电感往往与该系统的对地电容构成铁磁谐振，使系统中性点位移产生零序电压，导致小电流接地选线软件动作而发出“虚幻接地”信号.这是因为：在正常情况下，电压互感器的三相负载应该是基本上对称的，当充电操作时：三相开关不同期；合闸瞬间三相电压不一样造成电压互感器激磁涌流的冲击值不一样大等.如，A相电压为零或正好过零，而B、C相电压较大时，则电压互感器A相线圈通过的激磁涌流大，有可能使其铁芯饱和，线圈电感变小，而B、C相线圈通过的激磁涌流小，铁芯不饱和，线圈电感大，可能产生谐振，使三相负载变得不对称，电源中性点就会产生位移电压U 0，

由上式可以看出，当容性负载和感性负载相补偿，即YA、YB、YC的符号不一致，YA＋YB＋YC接近于零，使U 0变得很大，中性点严重位移，使电压互感器开口三角的继电器发出接地信号，造成“虚幻接地”现象.

在操作时发生铁磁谐振，如果是拉开断路器后出现，则应立即合上断路器，如是在合断路器后出现，则应立即拉开断路器.①在合空载母线时发生铁磁谐振，应立即断电或送出线路，破坏谐振条件.②在操作消弧线圈时发生铁磁谐振，应立即调整消弧线圈或投切线路.③系统发生铁磁谐振时，除进行有关消谐的必要操作外，一般不进行其它操作和有关工作.

3 故障的判断

3.1 虚实接地故障的判断

（1）实接地故障的现象.当地监控和远动报“XX段母线接地”完全接地故障时，接地相电压为0，非接地相电压升高倍，线电压仍保持不变.发展为间隙性弧光接地故障时，遥测电压不定地摆动，非接地相电压可能升高为额定相电压的2.5～3倍.不完全接地故障时，接地相对地电压大于零而小于相电压，未接地相对地电压大于相电压而小于线电压，线电压仍保持不变.

（2）虚接地故障的现象.虚接地故障时，虽然小电流接地选线软件也发出接地信号，但遥测电压的指示与实接地故障时有明显的区别，只要查看遥测相电压、线电压的变化，并仔细分析，是不难判断的：

若：报“XX段母线接地”同时报“电压回路断线”，则可能是高压熔丝熔断.是否还有接地现象，则要看电压变化情况，按表所示的电压，来判断是高压熔丝熔断，还是既有接地，又有高压熔丝熔断的情况.

当一相电压升高，两相电压降低且相等，则可能是电压升高相断线，当电压升高的一相达到1.5U时，可能是系统不完全接地，因为断线相电容不可能完全为0，所以断线相电压也不可能达到1.5U.

当二相电压同时升高，且两相相等，一相电压降低时，则可能是电压升高两相断线.

3.2 接地相别的判断

如果一相电压指示为零，另两相电压指示为线电压，那么指示为零的一相为接地相.

如果一相电压指示较低，另外两相电压指示较高，或者一相电压指示接近线电压，另外两相电压相等，则电压指示最高相的下一相（按A、B、C相序往下推）为接地相，即“电压高，下相糟”原则（非经消弧线圈接地的不接地系统）.

当经消弧线圈接地的不接地系统出现一相电压指示较低，另外两相电压指示较高，或者：一相电压指示接近线电压，另外两相电压相等，则电压指示最高相的上一相（按A、B、C相序往下推）为接地相.

表1 虚实接地故障时各电压变化情况对照表

4 接地故障的处理方法及注意事项

系统接地后，由于未接地相产生过电压，可能使其中一相的绝缘被击穿发生第二相接地，出现两点接地短路.对于这种短路有选择地切断是不太成功的，因为第二点接地可能离第一个接地点很远，也可能在另一个供电线上或其他配电设备上.因此，在小电流接地系统中，发现有接地时，应迅速寻找故障点，争取在未发展成两相接地短路故障前将其切除.

4.1 不接地系统寻找接地故障点的方法

不接地系统寻找接地故障点的方法：①装有接地自动寻找装置的变电所，在发现系统接地故障后应尽快检查装置动作情况，并判断接地线路，汇报调度，联系用户停电，通知有关人员处理.②对未装有接地自动寻找装置或装置失灵的变电所，在发现系统接地故障时，应首先检查变电所内设备是否有接地现象.③尽快停用可疑的用电设备.如：刚投入运行就出现接地信号的设备、新投产的线路、有明显故障的设备等.④用短时逐路试拉法拉出线开关，并观察仪表和信号的变化情况，若发现电压指示恢复正常及接地光字牌消失，则说明该线路为接地线路.

试拉顺序：①空载线路；②双回路或有其它电源的线路；③线路最长、分支最多、负荷最轻和不太重要的线路；④线路较短、分支较少、负荷较重的线路.如果全部线路试拉后还未查出故障，则可将所有线路开关拉开，如接地现象消失，则逐路试送，试送到故障线路后将其拉开，再试送其它线路，防止多条线路同名相多点接地故障.如果全部出线开关拉开后还有接地现象，则可能是母线或母线设备接地，或者是主变低压侧至母线之间设备有接地现象.如试拉母线压变（避雷器）必须在无电情况下进行，防止带故障电流拉闸刀.

4.2 寻找接地故障的注意事项

处理时不管是虚接地还是实接地，均应在调度的命令下进行，巡视设备时应由二人同时进行，并戴好绝缘手套，穿上绝缘靴，并不得接触接地金属物，发现明显接地时，应注意与接地点的安全距离.严禁用隔离开关断开接地点.应严密监视电压互感器的发热情况，以防过热引起爆炸.试拉联络线路或环环线路时，两侧断路器均应断开，断开之前应考虑负荷分配.严禁拉合消弧线圈的隔离开关.电网允许带接地故障运行时间不得超过2小时.

5 结语

我们在实际运行过程中，经常会碰到小电流接地系统接地故障或虚接地现象，只要仔细分析、谨慎判断就能正确处理各种接地故障.对不同的系统接线方式，有不同的故障现象，如母线压变带另序PT与不带另序PT时，所反映的各电压指示也就不同；在判断不完全接地故障相时，系统经消弧线圈接地与不经消弧线圈接地时其方法完全不同.

TM713

A

1009－1734（2011）S0－0151－04

2011－09－10

章义军，工程师，从事电力系统生产管理研究.