变电站线路单相接地故障处理及典型案例分析[摘要] 在大电流接地系统中，线路单相接地故障在电力系统故障中占有很大比例.本文通过对某地区工典型故障案例进行分析,介绍了处理方法，并对相关的知识点进行阐述，为现场运行人员正确判断和分析事故原因提供了借鉴。

[关键词]大电流接地系统；小电流接地系统；判断；分析我国电压等级在110kV 及其以上的系统均为大电流接地系统，在大电流接地系统中，线路单相接地故障在电力系统故障中占有很大的比例，造成单相故障的原因有很多，如雷击、瓷瓶闪落、导线断线引起接地、导线对树枝放电、山火等。

线路单相接地故障分为瞬时性故障和永久性故障两种，对于架空线路一般配有重合闸，正常情况下如果是瞬时性故障，则重合闸会启动重合成功；如果是永久性故障将会出现重合于永久性故障再次跳闸而不再重合。

为帮助运行人员正确判断和分析大电流接地系统线路单相瞬时性故障，本案例选取了某地区一典型的220kV线路单相瞬时接地故障，并对相关的知识点进行分析。

说明，此案例分析以FHS变电站为主。

本案例分析的知识点：（1）大电流接地系统与小电流接地系统的概念。

（2）单相瞬时性接地故障的判断与分析。

（3）单相瞬时性接地故障的处理方法。

（4）保护动作信号分析。

（5）单相重合闸分析。

（6）单相重合闸动作时限选择分析。

（7）录波图信息分析。

（8）微机打印报告信息分析。

一、大电流接地系统、小电流接地系统的概念在我国，电力系统中性点接地方式有三种：（1）中性点直接接地方式。

（2）中性点经消弧线圈接地方式。

（3）中性点不接地方式。

110kV及以上电网的中性点均采用中性点直接接地方式。

中性点直接接地系统（包括经小阻抗接地的系统）发生单相接地故障时，接地短路电流很大，所以这种系统称为大电流接地系统。

采用中性点不接地或经消弧线圈接地的系统，当某一相发生接地故障时，由于不能构成短路回路，接地故障电流往往比负荷电流小得多，所以这种系统称为小电流接地系统。

大电流接地系统与小电流接地系统的划分标准是依据系统的零序电抗X0与正序电抗X1的比值X0/X1。

我国规定：凡是X0/X1≤4～5的系统属于大接地电流系统，X0/X1＞4～5的系统则属于小接地电流系统。

事故涉及的线路及保护配置图事故涉及的线路和保护配置如图2-1所示，两变电站之间为双回线，线路长度为66.76km。

图2-1 FT线路及保护配置三、事故基本情况2001年5月24日16时42分，FHS变电站FT一回线C相瞬时性故障，C相重合闸重合成功，负荷在正常范围内，系统无其他异常,FT一回线(FT为双回线)线路全长66.76km四、微机监控系统主要信号FT一回SF-500收发信机动作FT一回SF-600收发信机动作FT一回WXH-11X保护动作FT一回LEP-902A保护动作FT一回C相断路器跳闸FT一回WXH-11X重合闸动作FT一回LEP-902A重合闸动作FT一回WXH-11X保护呼唤值班员FT一回LEP-902A保护呼唤值班员3号录波器动作5号录波器动作1号主变压器中性点过流保护掉牌2号主变压器中性点过流保护掉牌220kV母线电压低本站220kV其他相关线路高频收发信机动作五、继电保护屏保护信号WXH-11X型微机保护：跳C、重合闸、高频收发信、呼唤灯亮。

LFP-902A型微机保护：TC、CH、高频收发信灯亮，液晶屏显示：0++、Z++。

六、微机打印报告信号（1） WXH-11X保护：WXH-11X保护动作1次，保护动作报告如表2-1所示。

表2-1 WXH-11保护动作报告CPU号保护元件时间含义CPU1 GBIOTX 11ms 高频零序方向停信GBIOCK 19ms 高频零序方向出口CPU2 1ZKJCK 27ms 距离Ⅰ段出口CPU4 T1QDCH 55ms 单跳起动重合闸（1）要大于故障点灭弧时间及周围去游离的时间。

在断路器跳闸后，要使故障点的电弧熄灭并使周围介质恢复绝缘强度，是需要一定时间的，必须在这个时间以后进行合闸才有可能成功。

（2）要大于断路器及其机构复归状态准备好再次动作时间。

在断路器跳闸以后，其触头周围绝缘强度以及灭弧室灭弧介质的恢复是需要一定的时间。

同时其操作机构恢复原状准备好再次动作也需要一定的时间。

（3）无论是单侧电源还是双侧电源，均应考虑两侧选相元件与继电保护以不同时限切除故障的可能性。

（4）考虑线路潜供电流所产生的影响。

4．保护通道220kV线路采用闭锁式通道，如图2-2所示，闭锁式保护在区内故障时，两侧方向元件判断为正方向，因此保护均收不到对侧的闭锁信号。

5．对DZ的分析由于故障点在线路中间，不在DZ（突变量距离元件）范围内，并且两侧的保护动作相同，所以表2-1、2-2所示的保护动作属正确。

八、事故分析（F侧）1．大电流接地系统单相接地短路特点（1）单相接地短路故障点故障相电流的正序、负序和零序分量大小相等方向相同，因此故障相电流与大小相等，方向相同。

（2）非故障相短路电流为零。

（3）单相接地短路故障相电压为零。

（4）短路点两非故障相电压幅值相等，相位角为，它的大小取决于之比。

2．保护动作情况分析故障测距反映的故障点位置如图2-2所示，为线路中间，距F站66.7km。

图2-2 FT线路故障点第一套保护WXH-11X动作逻辑，线路发生故障后，线路两侧保护启动元件动作，启动高频发信机发信，同时两侧高频零序方向元件均判断为正方向（区内）故障而停信，高频零序保护出口保护速动出口跳闸；接地距离保护因故障计算程序较零序慢在故障发生后19 ms动作出口。

单相故障在保护出口继电器动作出口的同时启动重合闸，在515 ms时重合闸出口。

本套保护在故障时动作时序和动作逻辑正确。

第二套保护LFP-902A动作逻辑，线路发生后，启动元件动作启动发信和方向元件动作停信的保护信息在保护信号中无反映属保护信号设计的没有考虑，但可以从下面的该装置的录波图中看到，CPU1所属快速跳闸保护几乎在27ms同时动作出口，同时给出保护出口“Ｃ相跳闸”信号； 890ms重合闸启动，从下述的录波图分析中还得到C相断路器在85ms完全跳开，跳闸后，保护再次收、发信，闭锁两侧保护，1010ms重合成功。

3．单相瞬时性故障与永久性故障的判别大电流接地系统发生单相接地故障时，若线路故障为瞬时性故障，正常情况，保护或位置不对应启动重合闸重后，重合闸会合闸成功。

若为永久性故障，重合闸重合将重合于故障而发生第二次跳闸，且不会再次重合。

4．故障录波图分析故障录波图如图2-3所示。

设备名称：AA5文件名称：B50 G4213.000故障时间：2001-05-24 16：42：21.410时标单位：毫秒启动前2个周波后3个周波有效值通道类型通道名称 1 2 3 4 5C1 电流FQ二回AI 0.1308 0.1298 0.1339 0.1395 0.1425 C2 电流FQ二回BI 0.1339 0.1333 0.1144 0.1101 0.1110 C3 电流FQ二回CI 0.1321 0.1256 0.0482 0.0808 0.0758 C4 电流FQ二回NI 0.0088 0.0109 0.0797 0.1023 0.1021 C5 电流FH一回AI 0.0736 0.0754 0.0859 0.0995 0.0971 C6 电流FH一回BI 0.0738 0.0803 0.1830 0.2145 0.2185 C7 电流FH一回CI 0.0781 0.0987 0.3911 0.4820 0.4808 C8 电流FH一回NI 0.0087 0.0101 0.1273 0.1624 0.1621 C9 电流FT一回AI 0.1598 0.1627 0.1682 0.1734 0.1819 C10 电流FT一回BI 0.1619 0.1633 0.2734 0.3175 0.3267 C11 电流FT一回CI 0.1684 0.3162 2.5205 3.1869 3.171 C12 电流FT一回NI 0.00644 0.1593 2.1797 2.7902 2.7679图2-3 FT线C相接地故障录波图（1）从故障电流可看出，故障相为C相。

（2）故障时与相位相反。

（3）切除故障时间约为64ms（保护动作时间+断路器固有动作时间+跳闸回路继电器固有动作时间）。

（4）1010ms C相重合闸重合成功（重合闸整定时间0.8s）。

（5）TA 变比1200/1（6）故障电流折算值（有效值）：；（7）故障录波器测量值与微机保护打印报告存在误差。

5．LFP-902A微机保护报告分析LFP-902A微机保护报告如图2-4所示。

图2-4 LFP-902A微机保护报告（1）故障初，保护有发信、收信波形（小于17ms）,停信后，25ms C相接到跳闸命令，85msC相完全跳开。

C相断路器跳闸后，保护再次收、发信，闭锁两侧保护，约890ms重合闸启动，1010ms重合成功。

（2）故障时故障相电流与大小相等，方向相同，故障电流波形持续时间85ms。

（3）在故障时故障相C相电压低于非故障相电压。

（4）由于是非对称故障，报告中有3。

（5）报告记录故障前60ms的电流、电压波形。

故障录波分析在我们的日常生产中经常需要通过录波图来分析电力系统到底发生了什么样的故障？保护装置的动作行为是否正确？二次回路接线是否正确？CT、PT 极性是否正确等等问题。

接下来我就先讲一下分析录波图的基本方法：1、当我们拿到一张录波图后，首先要通过前面所学的知识大致判断系统发生了什么故障，故障持续了多长时间。

2、以某一相电压或电流的过零点为相位基准，查看故障前电流电压相位关系是否正确，是否为正相序？负荷角为多少度？3、以故障相电压或电流的过零点为相位基准，确定故障态各相电流电压的相位关系。

（注意选取相位基准时应躲开故障初始及故障结束部分，因为这两个区间一是非周期分量较大，二是电压电流夹角由负荷角转换为线路阻抗角跳跃较大，容易造成错误分析）4、绘制向量图，进行分析。

一、单相接地故障分析分析单相接地故障录波图要点：1、一相电流增大，一相电压降低；出现零序电流、零序电压。

2、电流增大、电压降低为同一相别。

3、零序电流相位与故障相电流相位同相，零序电压与故障相电压反向。

4、故障相电压超前故障相电流约80 度左右；零序电流超前零序电压约11 0 度左右。

当我们看到符合第 1 条的一张录波图时，基本上可以确定系统发生了单相接地短路故障；若符合第2 条可以确定电压、电流相别没有接错；符合第3 条、第4 条可以确定保护装置、二次回路整体均没有问题（不考虑电压、电流同时接错的问题，对于同时接错的问题需要综合考虑，比如说你可以收集同一系统上下级变电所的录波图，对于同一个系统故障各个变电所录波图反映的情况应该是相同的，那么与其他站反映的故障相别不同的变电站就需要进行现场测试）。