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摘要：针对电网值班员经常遇到小电流接地系统电压异常的问题，结合日常工作所见，浅析电压异常的原因，包括一次系统接地故障、一次系统断线故障、电压互感器高压保险丝熔断、低压保险丝熔断（或空开跳开）、所接负荷不对称、铁磁谐振等，并结合工作实际浅谈处理方法。
关键词：小电流接地系统；铁磁谐振；过电压
作者简介：闫蕾（1981-），女，宁夏吴忠人，吴忠供电局调控中心，工程师。（宁夏 吴忠 751100）
中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）08-0208-02
我国电力系统常用的中性点接地方式有中性点直接接地方式（包括中性点经小电阻接地方式）和中性点不接地方式（包括中性点经消弧线圈接地方式）两种。中性点直接接地系统发生单相接地故障时，接地短路电流很大，故称为大电流接地系统。而中性点不接地系统发生单相接地故障时，由于不构成短路回路，接地故障电流比负荷电流小得多，故称为小电流接地系统，这种接地方式常用于60kV及以下电压等级。
小电流接地系统发生单相接地故障时，非故障相电压升高3倍，而线电压维持不变，所以不影响三相设备的正常运行，这是该种接地方式最主要的优点。且当单相接地电容电流不大（如5A）时，其所引起的热效应能力为电网各个元件的绝缘所能承受，所以允许电网带接地故障运行1-2小时。但随着中低压电网的扩大，中低压架空导线及电缆出线回路数增多、线路增长，中低压电网对地电容电流亦大幅度增加，如果发生间歇弧光接地时电网的电容电流过大，电弧的重燃和熄灭将会导致电网强烈电磁振荡，可产生2.5～3倍相电压的过电压。这些过电压持续时间较长，将会对电网中绝缘薄弱的地方造成击穿放电，对设备的绝缘寿命产生不良影响，甚至发展为相间短路造成设备损坏和停电事故。
近期，从本地区电网的电压不平衡或接地现象来分析，单相接地多是由于大风天气或设备原因引起的线路分支跌落保险跌落、杆塔鸟窝搭建等原因引起的。在系统发生电压异常时，值班员应通过远程监控系统根据电压、信号等综合现象区分故障类型，及时、正确地处理故障，阻止事故进一步扩大，保障电网安全运行。
一、电压异常现象分析
1.完全接地
如果系统发生完全接地，则三相线电压仍保持不变，接地相的电压降至零，其他两相电压上升为线电压，零序电压3U0上升至100V左右，后台监控机发出母线接地信号。此类接地原因主要有：电缆击穿放电、架空线路上搭有异物、针瓶击穿等，如表1所示。
2.不完全接地
如果系统发生不完全接地，则三相线电压仍保持不变，接地相电压下降但不为零，其他两相电压上升但低于线电压，零序电压3U0上升至报警值与100V之间，后台监控机发出母线接地信号。此类接地原因主要有：线路接点打火、配电变压器故障等，如表2所示。
3.间歇性接地
如果系统发生间歇性接地，则三相线电压仍保持不变，三相相电压时增时减，零序电压3U0时有时无的变化，随之后台监控机发出的母线接地信号也是发信、复归伴随出现。此类接地原因主要有：天气原因异物搭接在线路上、风天树木靠近线路等，如表3所示。
4.弧光接地
区别于金属接地，弧光接地的故障点与地之间不是直接接触，而是通过电弧接触，发生时电压显示不稳定，非接地相电压上升至额定电压的2.5～3倍，零序电压3U0可能大于100V。引起此类接地的原因很多，主要有：雷击、鸟害、断线、树枝等外力破坏以及阀式避雷器放电等等。在单相接地中最危险的就是间歇性的弧光接地，因为此时网络是一个具有电容电感的振荡回路，随着交流周期的变化而产生电弧的熄灭与重燃，就可能产生很高的过电压现象，这对电器是很危险的，特别是35千伏以上的系统，过电压可能超过设备的绝缘能力而造成事故。本地区××变XHG-ZK型消弧装置已投入使用，投入以来消除了弧光接地过电压给电气设备造成的各种损害，效果显著。
5.由接地诱发的谐振
当系统遭到一定程度的冲击扰动，激发起铁磁谐振现象，由于对地电容和互感器的参数不同，可能产生三种频率的谐振：基波谐振、高次谐波谐振和分频谐波谐振。各种共振的表现形式如下：其共同特征是线电压正常，系统相电压升高，母线电压互感器的开口三角绕组出现较高电压，不同点是：分頻谐振的振荡频率较低，三相电压同时升高或是依次轮流升高，并呈现周期性摆动，过电压倍数较低，一般不超过2.5倍相电压；基波谐振的谐振频率与电网频率相同，两相电压升高、一相电压降低，或两相电压降低、一相电压升高，过电压不超过3倍相电压，伴有接地信号出现；高频谐振的振荡频率较高，三相电压同时升高，过电压倍数较高，最大值可达4～5倍相电压。
谐振过电压经常造成设备闪络或击穿、电压互感器喷油、冒烟、高压熔丝熔断等。
6.线路发生断线
（1）当系统低压线路发生断相时，本系统三相电压不平衡，断线相电压和中性点电压略有升高，非断线相电压略有降低，零序电压3U0可能上升至整定值，后台监控机发出母线接地信号。此类故障主要有：电缆线路被挖断、分支线路断线或保险熔断等，如表4所示。
（2）当高压侧发生单相断线时，低压侧电压、电流异常，有些特征类似低压侧单相接地或电压谐振。下面介绍高压侧单相断线时终端YD11点接线变压器低压侧电压、电流的特征，如表5所示。
此时，低压侧产生较高零序电压，有负序电压、负序电流产生，会影响低压侧用户电动机的运行，需要及时把高压侧故障线路断开。此类故障主要有：高压侧断线或跌落保险跌落等。如，35kV ××变10kV母线电压 Ua=3.2kV、Ub=3.0kV、Uc=6.2kV，经现场检查为主变高压保险B相松动引起（注：本变10kV 3U0值未取，只有一台主变且高压侧没有开关只有跌落保险）。 7.电压互感器高压保险熔断
系统电压互感器高压保险熔断时，熔断相电压显著降低，非熔断相电压保持不变，3U0上升至整定值，后台监控机发出母线接地、电压回路断线信号。但是，如果高压保险未完全熔断，则3U0可能未上升至整定值，不会发出母线接地信号。如表6所示电压情况，当班值班员判断为C相高压保险熔断。若高压保险熔断，可投入备用的电压互感器，将故障的电压互感器转检修更换熔断相高压保险。
8.电压互感器低压保险熔断或二次空开跳闸
系统电压互感器低压保险熔断时，熔断相电压降低，未熔断相电压正常，3U0值几乎不变，后台监控机发出电压回路断线信号，无母线接地信号，这是区别于电压互感器高压保险熔断的一个主要依据。例如，9.二次电压回路异常
二次电压回路异常引起的电压不平衡原因复杂多样，电压情况无法预测。处理的办法一般由值班员根据后台监控机所发信号、现场具体情况告知检修部门，由检修部门组织检查异常原因。通常引起此类异常的原因有二次回路接线错误、表计异常、保护插件问题等。例如，××变10kV母线电压Ua=7.0kV、Ub=6.8kV、Uc=5.3kV、3U0=10.2V，而且3U0值不断的变化，经检修人员检查为保护插件问题。除此，三相负荷的不对称、线路参数不平衡也会影响母线电压的平衡。
二、接地故障处理及注意事项
1.接地故障处理原则
试拉小电流接地选线装置给出的故障线路；用母线分段、分割系统的方式确定接地故障所在区域；选经常性发生接地的线路；试拉空载充电线路和电容器；轮流试拉双回路线路；如系统发生间歇性接地，经拉路确认故障线路后，应立即将该线路停运；对装有消弧线圈接地系统分割后，允许将故障系统与分割后的非故障系统再度并列，但一般不允许将故障系统与该补偿系统无关的正常系统并列；若接地现象判明是系统谐振时，值班员应首先采用改变系统运行方式（如主变解列）或增减线路的方式进行消谐，如上述方法不能消除谐振，应采用寻找线路单相接地故障的方法进行选线，选出故障线路后立即将该线路停运；接地故障线路的负荷，可以倒换供电的，应进行倒负荷操作；对已找出有接地故障的线路，值班员应立即通知有关单位查线，接地持续时间不得超过2小时；系统发生单相接地故障时，严禁拉合变压器中性点刀闸（消弧线圈）、电压互感器。
2.接地故障处理方法
（1）针对目前接地现象多出现在无人值守的110kV变电站，当发生单相接地故障后，值班员应准确判断、及时处理。
（2）值班员告知相关运维站以防现场有运行人员进入接地区域，对已确定的接地区域进行常规拉路选线，当逐条拉路选线选出接地线路后，恢复送电。
（3）当未选出接地线路后，可考虑同母线多条线路同相接地或变电设备接地情况。再次逐条拉路选线，选线时开关断开后，仔细观察电压变化情况，并记录清楚，无论接地电压有无变化，均将所选开关处热备，不要急于送电，直至接地信号消失，说明该线路接地；将其余已断开线路逐条恢复送电，当接地再次出现，说明该线路接地；按照上述方法逐条检验，直至将接地线路全部找出并停运。
（4）若判断为母线变电设备接地，应将故障母线停运。停运母线前，应考虑电压互感器未投母线所带出线、主变后备保护失去电压等情况，仔细查看保护定值单，按备注栏要求进行控制和预防；当电压互感器在投母线停运，待运行人员到现场后，检查未投电压互感器无异常，投入该电压互感器；待运行人员到现场后，用有充电保护的开关试送故障母线；操作中切记不能用刀闸拉、合故障点。
（5）当同一系统两条线异名相接地，将造成同一母线所接
的两条线路同时跳闸或只有一条线跳闸，前者电网接地现象消除，后者接地现象仍然存在。
3.注意事项
（1）将系统分割判断故障所在区域前，应充分考虑电网结构变化后引起的潮流分布变化对继电保护、电网稳定和设备容量等方面的影响。
（2）发生接地后，运行人员到达现场后不可盲目进入设备区，应与当值值班员积极联系配合，确保人身安全。当设备发生接地时，按照《安规》规定的室内不得接近接地点4m以内，室外不得接近接地点8m以内，进入上述范围的运行人员必须穿绝缘靴，戴绝缘手套，使用专用工具。
（3）接地发生时，严禁拉合变压器中性点刀闸（消弧线圈）、电压互感器。切记不能用刀闸拉、合故障点。
（4）若高压保险熔断前，系统有接地现象，则需将母线停运后更换高压保险，运行人员不得随意更换；而且更换PT高压保险时，不得使用普通的熔断元件代替，必须是经过检测合格的正规配套熔断器。
三、结语
小电流接地系统中对故障的准确判断及正确处理，是值班员必备的基础素质之一。值班员应熟悉有关运行规程，了解設备的运行状况，依据各种故障特点做出正确的判断，切记不可生搬硬套，应灵活掌握及运用。故障出现时，值班员要保持头脑清楚，根据遥信、遥测等信息的变化判明故障性质和相别，待确定后采取相应的措施，进行查找处理，并做好记录。同时，还要逐步提高设备检修维护水平，改善设备运行条件，提高设备的绝缘水平。保护人员要仔细研究、调试好小电流接地选线装置，确保装置的正确动作，为值班员选线节省时间，提高准确率。
（责任编辑：宋秀丽）
关键词：小电流接地系统；铁磁谐振；过电压
作者简介：闫蕾（1981-），女，宁夏吴忠人，吴忠供电局调控中心，工程师。（宁夏 吴忠 751100）
中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）08-0208-02
我国电力系统常用的中性点接地方式有中性点直接接地方式（包括中性点经小电阻接地方式）和中性点不接地方式（包括中性点经消弧线圈接地方式）两种。中性点直接接地系统发生单相接地故障时，接地短路电流很大，故称为大电流接地系统。而中性点不接地系统发生单相接地故障时，由于不构成短路回路，接地故障电流比负荷电流小得多，故称为小电流接地系统，这种接地方式常用于60kV及以下电压等级。
小电流接地系统发生单相接地故障时，非故障相电压升高3倍，而线电压维持不变，所以不影响三相设备的正常运行，这是该种接地方式最主要的优点。且当单相接地电容电流不大（如5A）时，其所引起的热效应能力为电网各个元件的绝缘所能承受，所以允许电网带接地故障运行1-2小时。但随着中低压电网的扩大，中低压架空导线及电缆出线回路数增多、线路增长，中低压电网对地电容电流亦大幅度增加，如果发生间歇弧光接地时电网的电容电流过大，电弧的重燃和熄灭将会导致电网强烈电磁振荡，可产生2.5～3倍相电压的过电压。这些过电压持续时间较长，将会对电网中绝缘薄弱的地方造成击穿放电，对设备的绝缘寿命产生不良影响，甚至发展为相间短路造成设备损坏和停电事故。
近期，从本地区电网的电压不平衡或接地现象来分析，单相接地多是由于大风天气或设备原因引起的线路分支跌落保险跌落、杆塔鸟窝搭建等原因引起的。在系统发生电压异常时，值班员应通过远程监控系统根据电压、信号等综合现象区分故障类型，及时、正确地处理故障，阻止事故进一步扩大，保障电网安全运行。
一、电压异常现象分析
1.完全接地
如果系统发生完全接地，则三相线电压仍保持不变，接地相的电压降至零，其他两相电压上升为线电压，零序电压3U0上升至100V左右，后台监控机发出母线接地信号。此类接地原因主要有：电缆击穿放电、架空线路上搭有异物、针瓶击穿等，如表1所示。
2.不完全接地
如果系统发生不完全接地，则三相线电压仍保持不变，接地相电压下降但不为零，其他两相电压上升但低于线电压，零序电压3U0上升至报警值与100V之间，后台监控机发出母线接地信号。此类接地原因主要有：线路接点打火、配电变压器故障等，如表2所示。
3.间歇性接地
如果系统发生间歇性接地，则三相线电压仍保持不变，三相相电压时增时减，零序电压3U0时有时无的变化，随之后台监控机发出的母线接地信号也是发信、复归伴随出现。此类接地原因主要有：天气原因异物搭接在线路上、风天树木靠近线路等，如表3所示。
4.弧光接地
区别于金属接地，弧光接地的故障点与地之间不是直接接触，而是通过电弧接触，发生时电压显示不稳定，非接地相电压上升至额定电压的2.5～3倍，零序电压3U0可能大于100V。引起此类接地的原因很多，主要有：雷击、鸟害、断线、树枝等外力破坏以及阀式避雷器放电等等。在单相接地中最危险的就是间歇性的弧光接地，因为此时网络是一个具有电容电感的振荡回路，随着交流周期的变化而产生电弧的熄灭与重燃，就可能产生很高的过电压现象，这对电器是很危险的，特别是35千伏以上的系统，过电压可能超过设备的绝缘能力而造成事故。本地区××变XHG-ZK型消弧装置已投入使用，投入以来消除了弧光接地过电压给电气设备造成的各种损害，效果显著。
5.由接地诱发的谐振
当系统遭到一定程度的冲击扰动，激发起铁磁谐振现象，由于对地电容和互感器的参数不同，可能产生三种频率的谐振：基波谐振、高次谐波谐振和分频谐波谐振。各种共振的表现形式如下：其共同特征是线电压正常，系统相电压升高，母线电压互感器的开口三角绕组出现较高电压，不同点是：分頻谐振的振荡频率较低，三相电压同时升高或是依次轮流升高，并呈现周期性摆动，过电压倍数较低，一般不超过2.5倍相电压；基波谐振的谐振频率与电网频率相同，两相电压升高、一相电压降低，或两相电压降低、一相电压升高，过电压不超过3倍相电压，伴有接地信号出现；高频谐振的振荡频率较高，三相电压同时升高，过电压倍数较高，最大值可达4～5倍相电压。
谐振过电压经常造成设备闪络或击穿、电压互感器喷油、冒烟、高压熔丝熔断等。
6.线路发生断线
（1）当系统低压线路发生断相时，本系统三相电压不平衡，断线相电压和中性点电压略有升高，非断线相电压略有降低，零序电压3U0可能上升至整定值，后台监控机发出母线接地信号。此类故障主要有：电缆线路被挖断、分支线路断线或保险熔断等，如表4所示。
（2）当高压侧发生单相断线时，低压侧电压、电流异常，有些特征类似低压侧单相接地或电压谐振。下面介绍高压侧单相断线时终端YD11点接线变压器低压侧电压、电流的特征，如表5所示。
此时，低压侧产生较高零序电压，有负序电压、负序电流产生，会影响低压侧用户电动机的运行，需要及时把高压侧故障线路断开。此类故障主要有：高压侧断线或跌落保险跌落等。如，35kV ××变10kV母线电压 Ua=3.2kV、Ub=3.0kV、Uc=6.2kV，经现场检查为主变高压保险B相松动引起（注：本变10kV 3U0值未取，只有一台主变且高压侧没有开关只有跌落保险）。 7.电压互感器高压保险熔断
系统电压互感器高压保险熔断时，熔断相电压显著降低，非熔断相电压保持不变，3U0上升至整定值，后台监控机发出母线接地、电压回路断线信号。但是，如果高压保险未完全熔断，则3U0可能未上升至整定值，不会发出母线接地信号。如表6所示电压情况，当班值班员判断为C相高压保险熔断。若高压保险熔断，可投入备用的电压互感器，将故障的电压互感器转检修更换熔断相高压保险。
8.电压互感器低压保险熔断或二次空开跳闸
系统电压互感器低压保险熔断时，熔断相电压降低，未熔断相电压正常，3U0值几乎不变，后台监控机发出电压回路断线信号，无母线接地信号，这是区别于电压互感器高压保险熔断的一个主要依据。例如，9.二次电压回路异常
二次电压回路异常引起的电压不平衡原因复杂多样，电压情况无法预测。处理的办法一般由值班员根据后台监控机所发信号、现场具体情况告知检修部门，由检修部门组织检查异常原因。通常引起此类异常的原因有二次回路接线错误、表计异常、保护插件问题等。例如，××变10kV母线电压Ua=7.0kV、Ub=6.8kV、Uc=5.3kV、3U0=10.2V，而且3U0值不断的变化，经检修人员检查为保护插件问题。除此，三相负荷的不对称、线路参数不平衡也会影响母线电压的平衡。
二、接地故障处理及注意事项
1.接地故障处理原则
试拉小电流接地选线装置给出的故障线路；用母线分段、分割系统的方式确定接地故障所在区域；选经常性发生接地的线路；试拉空载充电线路和电容器；轮流试拉双回路线路；如系统发生间歇性接地，经拉路确认故障线路后，应立即将该线路停运；对装有消弧线圈接地系统分割后，允许将故障系统与分割后的非故障系统再度并列，但一般不允许将故障系统与该补偿系统无关的正常系统并列；若接地现象判明是系统谐振时，值班员应首先采用改变系统运行方式（如主变解列）或增减线路的方式进行消谐，如上述方法不能消除谐振，应采用寻找线路单相接地故障的方法进行选线，选出故障线路后立即将该线路停运；接地故障线路的负荷，可以倒换供电的，应进行倒负荷操作；对已找出有接地故障的线路，值班员应立即通知有关单位查线，接地持续时间不得超过2小时；系统发生单相接地故障时，严禁拉合变压器中性点刀闸（消弧线圈）、电压互感器。
2.接地故障处理方法
（1）针对目前接地现象多出现在无人值守的110kV变电站，当发生单相接地故障后，值班员应准确判断、及时处理。
（2）值班员告知相关运维站以防现场有运行人员进入接地区域，对已确定的接地区域进行常规拉路选线，当逐条拉路选线选出接地线路后，恢复送电。
（3）当未选出接地线路后，可考虑同母线多条线路同相接地或变电设备接地情况。再次逐条拉路选线，选线时开关断开后，仔细观察电压变化情况，并记录清楚，无论接地电压有无变化，均将所选开关处热备，不要急于送电，直至接地信号消失，说明该线路接地；将其余已断开线路逐条恢复送电，当接地再次出现，说明该线路接地；按照上述方法逐条检验，直至将接地线路全部找出并停运。
（4）若判断为母线变电设备接地，应将故障母线停运。停运母线前，应考虑电压互感器未投母线所带出线、主变后备保护失去电压等情况，仔细查看保护定值单，按备注栏要求进行控制和预防；当电压互感器在投母线停运，待运行人员到现场后，检查未投电压互感器无异常，投入该电压互感器；待运行人员到现场后，用有充电保护的开关试送故障母线；操作中切记不能用刀闸拉、合故障点。
（5）当同一系统两条线异名相接地，将造成同一母线所接
的两条线路同时跳闸或只有一条线跳闸，前者电网接地现象消除，后者接地现象仍然存在。
3.注意事项
（1）将系统分割判断故障所在区域前，应充分考虑电网结构变化后引起的潮流分布变化对继电保护、电网稳定和设备容量等方面的影响。
（2）发生接地后，运行人员到达现场后不可盲目进入设备区，应与当值值班员积极联系配合，确保人身安全。当设备发生接地时，按照《安规》规定的室内不得接近接地点4m以内，室外不得接近接地点8m以内，进入上述范围的运行人员必须穿绝缘靴，戴绝缘手套，使用专用工具。
（3）接地发生时，严禁拉合变压器中性点刀闸（消弧线圈）、电压互感器。切记不能用刀闸拉、合故障点。
（4）若高压保险熔断前，系统有接地现象，则需将母线停运后更换高压保险，运行人员不得随意更换；而且更换PT高压保险时，不得使用普通的熔断元件代替，必须是经过检测合格的正规配套熔断器。
三、结语
小电流接地系统中对故障的准确判断及正确处理，是值班员必备的基础素质之一。值班员应熟悉有关运行规程，了解設备的运行状况，依据各种故障特点做出正确的判断，切记不可生搬硬套，应灵活掌握及运用。故障出现时，值班员要保持头脑清楚，根据遥信、遥测等信息的变化判明故障性质和相别，待确定后采取相应的措施，进行查找处理，并做好记录。同时，还要逐步提高设备检修维护水平，改善设备运行条件，提高设备的绝缘水平。保护人员要仔细研究、调试好小电流接地选线装置，确保装置的正确动作，为值班员选线节省时间，提高准确率。
（责任编辑：宋秀丽）