10kV 배전선로의 단상 접지 고장 및 처리
필드: 제조
China
단상 접지 고장의 특성 및 검출 장치
1. 단상 접지 고장의 특성
- 중앙 경보 신호:
경고 벨이 울리고, "[X] kV 버스 구간 [Y] 접지 고장"이라고 표시된 지시등이 켜집니다. 중성점에彼得森线圈（消弧线圈）接地的系统中，“彼得森线圈运行”指示灯也会亮起。 - 绝缘监测电压表指示:
- 故障相电压下降（在不完全接地的情况下）或降至零（在完全接地的情况下）。
- 其他两相电压上升——在不完全接地时超过正常相电压，或在完全接地时升至线电压。
- 在稳定接地情况下，电压表指针保持稳定；如果持续波动，则故障为间歇性（电弧接地）。
- 在彼得森线圈接地系统中:
如果安装了中性点位移电压表，在不完全接地时会显示一定读数，或在完全接地时达到相电压。彼得森线圈的接地报警灯也会激活。 - 电弧接地现象:
电弧接地会产生过电压，导致非故障相电压显著升高。这可能会熔断电压互感器（VT）的高压熔丝，甚至损坏VT本身。
2. 真实接地故障与误报的区别
- VT中的高压熔丝熔断:
VT某一相的熔丝熔断可以触发接地故障信号。然而：- 实际接地故障：故障相电压下降，其他两相上升，但 线电压保持不变。
- 熔丝熔断：一相电压下降，其他两相 不上升，且 线电压下降。
- 变压器充电空载母线:
通电过程中，如果断路器异步闭合，不平衡的对地电容耦合会导致中性点位移和不对称三相电压，从而触发虚假接地信号。
→ 这种情况仅在切换操作期间发生。如果母线及连接设备没有异常，则信号为假。给馈线或站用变压器通电通常可以消除该指示。 - 系统不对称或彼得森线圈调谐不当:
在运行模式变化（例如，切换配置）期间，不对称或彼得森线圈补偿不当可能导致虚假接地信号。
→ 需要与调度协调：恢复到原始配置，切断彼得森线圈电源，调整其分接开关，然后重新通电并再次切换模式。
→ 空载母线通电期间的铁磁谐振也可能产生虚假信号。立即给馈线通电可以破坏谐振条件并清除警报。
3. 检测装置
绝缘监测系统 通常由 三相五柱电压互感器、电压继电器、信号继电器和监测仪表组成。
- 结构: 五个磁芯；一个初级绕组和两个次级绕组，都缠绕在三个中央磁芯上。
- 接线配置: Ynynd（星形初级、带中性的星形次级和开口三角形三次侧）。
这种接线的优点:
- 第一个次级绕组测量线电压和相电压。
- 第二个次级绕组以 开口三角形 连接，检测 零序电压。
工作原理:
- 正常情况下，三相电压平衡；理论上， 开口三角形上的电压为零。
- 在 单相完全接地故障 （例如A相）时，系统中出现零序电压，在开口三角形上感应出电压。
- 即使在 非完全（高阻）接地时，开口端也会感应出电压。
- 当此电压达到电压继电器的动作阈值时， 电压继电器和信号继电器动作，触发声音和视觉警报。
操作员使用这些信号和电压表读数来识别接地故障的发生及其相位，然后向调度员报告。
⚠️ 注意：绝缘监测装置在整个母线段共享。
⚠️ 注意：绝缘监测装置在整个母线段共享。
单相接地故障的原因
- 断线落地或挂在横担上；
- 导线在绝缘子上绑扎或固定松动，导致其掉落到横担或地面；
- 强风使导线过于接近建筑物；
- 配电变压器的高压引线断裂；
- 10 kV避雷器或变压器平台上的熔断器绝缘失效；
- 变压器高压绕组一相绝缘击穿或接地；
- 绝缘子闪络或穿孔；
- 分支线熔断器绝缘失效；
- 多回路杆上的拉线从上横担脱落接触下层导线；
- 雷击；
- 树木接触；
- 鸟类引起的故障；
- 外来物体（如塑料布、树枝）；
- 其他意外或未知原因。
单相接地故障的危害
- 变电站设备损坏:
10 kV接地故障后，母线VT检测不到电流，但会出现零序电压和开口三角形上的电流增加。长时间运行会 损坏VT。
此外， 铁磁谐振过电压 （数倍于正常电压）可能发生， 击穿绝缘 并导致主要设备故障。 - 配电设备损坏:
间歇性电弧接地和过电压可击穿绝缘，导致 短路、 变压器烧毁，以及 避雷器/熔断器损坏，可能引发 电气火灾。 - 区域电网稳定性威胁:
严重的接地故障可能会破坏当地电力系统的稳定性，触发连锁故障。 - 人类和动物的风险:
落下的导线使地面带电，形成 跨步电压危险。行人、线路巡检人员（特别是在夜间巡检时）以及靠近故障地点的牲畜面临 触电或电击风险。 - 供电可靠性影响:
- 需要手动选择故障馈线。
- 在故障排查期间，非故障馈线可能会被不必要的停电，中断未受影响客户的供电。
- 故障定位和修复需要线路停电，尤其是在 农作物生长季节、 恶劣天气 （风、雨、雪）、 山区/森林地区 以及 夜间，导致 长时间、 大范围停电。
- 线路能量损失:
接地故障会导致显著的 地漏电流，代表直接的能量损失。法规通常限制接地故障运行时间不超过 2小时 以避免过度浪费。 - 电量损失量化:
平均接地故障电流范围为 6至10 A。在典型的10 kV水平下，这会导致大约 34,560 kWh 的24小时内浪费能量。
单相接地故障的处理方法和程序
- 小电流接地故障自动选线装置:
在变电站内安装自动接地故障线路选择装置。这些装置与每个馈线出口处的 零序电流互感器 (ZCT) 配合使用，以在隔离前准确识别故障线路。 - 单相接地故障检测系统:
现代配电系统在馈线的 起点、中间和末端 部署 信号注入器 。 故障指示器 精确定位故障位置，实现快速响应。 - 预防措施:
- 定期进行线路巡视：检查导线与树木/建筑物的间距、电杆上的鸟巢、导线在绝缘子上的绑扎是否牢固、绝缘子/横担/拉线上的螺栓是否松动、拉线是否断裂或磨损、导线的异常下垂。
- 定期测试绝缘子、分支熔断器和避雷器的绝缘；及时更换有缺陷的单元。
- 对配电变压器进行例行测试；修理或更换故障单元。
- 在农村馈线上安装 分支熔断器 以限制故障范围，减少停电面积和时间，并加快故障定位。
- 使用 高一级电压等级的绝缘子 以增强整体系统绝缘强度。
- 故障后响应程序:
检测到单相接地故障后：- 变电站操作员必须 立即记录事件， 向调度员和相关负责人报告，并按照调度指令查找故障。
- 依次打开馈线断路器；当打开特定线路后接地信号消失时，该线路即被识别为 故障线路。
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