一起小电流接地系统单相接地故障的分析
国网舟山供电公司、浙江浙能中煤舟山煤电有限公司的研究人员杨珊、卓琛，在2018年第12期《电气技术》杂志上撰文，详细分析了一起单相接地故障引起的小电流接地系统跳闸事故，探讨了该事故继电保护动作过程和保护动作原因，并根据变电站实际的运行特点，提出了相应的整改措施。
小电流接地系统是指中性点不接地或中性点经消弧线圈接地的系统。小电流接地系统发生单相金属性接地故障时，非故障相的相电压上升为线电压，线电压大小和相位不变且对称，系统的相间绝缘能够满足运行要求，且接地点仅流过其他出线总的电容电流，所以，当小电流接地系统发生单相接地故障时，系统通常可以运行一段时间，不会跳闸。
2018年1月4日0时45分，某变电站一条35kV进线杆塔中间接头A相绝缘击穿引起单线接地，使得母线压变BC相高压熔丝熔断，导致站内多个间隔跳闸。
1 基本情况
1.1 变电站运行情况
该变电站35kVⅠ段母线上的勾鲁3521线、勾万3537线、山门3535线运行（对侧热备用），号1主变35kV开关运行，勾临3531线线路检修，如图1所示。35kV母分热备用，备自投运行。勾鲁3521线、勾万3537线、山门3535线保护测控装置为许继电气的WHX-825A/P保护测控装置，35kV备自投的型号是许继电气的WBT-822A/P。
图1 变电站35kVⅠ段母线接线图
1.2 保护动作情况
1月4日0时，该变电站35kV勾鲁3521线单相接地，00∶45分，35kV勾鲁3521线、勾万3537线、山门3535线距离Ⅰ段动作，开关跳闸。同时35kVⅠ段母线压变B、C相高压熔丝熔断。35kV备自投动作，跳号1主变35kV开关，合35kV母分开关。山门3535线重合闸动作成功。3条线路均无测距信息。
现场后台报文、装置报文一致。动作情况如下：
1）00∶45∶27.043，山门3535线距离保护Ⅰ段动作。
2）00∶45∶27.372，勾万3537线距离保护Ⅰ段动作返回。
3）00∶45∶28.151，山门3535线重合闸动作。
4）00∶45∶21.107，勾鲁3521线距离Ⅰ段动作。
5）00∶45∶21.228，勾鲁3521线距离Ⅰ段动作返回。
6）00∶45∶21.125，勾万3537线距离保护Ⅰ段动作。
7）00∶45∶21.191，勾万3537线距离保护Ⅰ段动作返回。
8）00∶45∶26.875，备自投跳进线一动作。
9）00∶45∶27.633，备自投合母分开关动作。
现场只有主变故障录波装置，无法采集到勾鲁3521线相关电压电流信息，根据故障分析理论可知，当勾鲁3521线发生A相接地时，勾鲁3521线、勾万3537线与山门3535线的B、C相将通过对地等效电容向勾鲁3521线A相提供电容电流，该电容电流即1号主变35kV侧A相的突变电流。
勾鲁3521线、勾万3537线、山门3535线的其他两相电流变化量之和即1号主变35kV侧其他两相的突变电流，因此，分析1号主变电压电流[3]。35kVⅠ段母线电压波形和1号主变35kV侧电流波形分别如图1和图2所示。
图2 35kVⅠ段母线电压波形
从图2可知，00∶45∶11左右35kVⅠ段母线电压A相幅值明显下降，BC相升高，即该时刻35kV Ⅰ段母线出现A相单相接地故障。由图3可知，故障前三相电流有效值约为0.47A，故障后，三相电流都有一定程度的畸变，其中A相畸变最大，但在整个事故过程中，未出现明显的故障电流。那么，是什么引起勾鲁3521线单相接地呢？线路保护动作的原因又是什么呢？
图3 1号主变35kV侧电流波形
2 原因分析
2.1 单线接地原因分析
检修人员对勾鲁3521线全线进行巡视检查，发现勾鲁3521线13号到14号塔之间的7号中间接头井A相电缆接头的绝缘击穿，使得勾鲁3521线A相接地，现场对该电缆及周边环境进行仔细排查发现并无人为破坏或环境影响等，然后翻阅勾鲁3521线历史资料和检修记录可知，该电缆接头投运于2016年12月，投运前未按要求进行耐压试验，长时间运行导致其绝缘下降，从而绝缘击穿，单相接地。
2.2 保护动作原因分析
根据厂家说明，3个线路间隔的WXH-825A型保护装置相电流突变量起动元件是通过实时检测各相电流采样的瞬时值的变化情况，来判断被保护线路是否发生故障的。其判据为
若任意相电流连续两点满足判别，则判为保护起动，一旦起动即延时10s返回，如返回前再满足突变判据，则重新计时返回。对1号主变电流进行分析计算可知，1号主变35kV侧A相电流每周波内有连续4点满足突变量电流判据，而保护装置采样频率更大，也就是说保护装置至少也有连续4点满足判据，保护装置就会判保护起动，当保护装置处于起动状态时，闭锁了PT断线监测。保护装置起动后延时10s返回，期间BC相熔丝熔断，电容电流较大，测距阻抗落入距离Ⅰ段阻抗范围内，距离保护动作并出口跳闸。
综上所述，勾鲁3521线A相接地，引起三相电流间歇性突变，导致勾鲁3521线、勾万3537线、山门3535线保护装置起动，而距离保护在装置起动后不再判PT断线闭锁。所以，在单相接地后引起B、C相高压熔丝熔断，勾鲁3521线、勾万3537线、山门3535线保护测量电压变零时，线路保护由于电流突变起动没有返回，PT断线也处于闭锁状态，无法识别电压缺相，从而导致距离保护动作。
3 整改措施
检修人员更换了击穿的电缆接头和熔断的电压熔丝，及时恢复了系统运行状态。但为了防止此类事故再次发生，可采取以下整改措施防止小电流接地系统单相接地时跳闸。
1）加装消弧线圈
该变电站属于电缆话程度较高的小电流接地系统，当系统发生单相接地故障时，会出现较大的电容电流，可在该变电站加装消弧线圈，以降低单相接地故障时的电容电流，从而防止保护装置误起动。目前很多围绕智能消弧线圈的方法已普遍应用于小电流接地系统中。
2）安装选线设备
对于小电流接地系统来说，为了防止其单相故障跳闸，目前有基于小波分析、BP神经网络等各种各样先选方法的选线和故障定位装置，可以选择稳定可靠、经济性高的装置安装在变电站内，提前定位单相故障点，防止跳闸事故。
3）保障投运设备质量
变电站电缆中间接头是事故易发点，其质量、做工都严重影响到电缆的运行情况，尤其受盐雾、梅雨等多种天气的影响，暴露在户外的电缆设备更应该有较好的质量，能够满足长时间运行的需求。
4）落实作业流程监管
投运前的电缆等相关设备，应根据相关规章规定，进行全面的试验检测，相关单位部门应加强作业流程监管，彻底落实标准化作业，杜绝出现电缆未进行耐压试验就投运的情况，彻底保证再运设备设施已经过全部检测试验，符合相关技术标准、工艺标准等。
5）加强设备运行维护
加强对投运后的电力设施设备的运行维护，通过状态监测、人工巡视等各种方式方法，加强对运行设备实时状态的监管，做到早预防、早发现、早处理，对有隐患的设备早预防、对有缺陷的设备早处理，降低事故发生率，缩小停电范围。
小电流接地系统凭借其较高的可靠性，经常应用于35kV及以下的电力系统中，虽然小电流接地系统可以在单相接地故障时继续运行几个小时，但升高的相电压以及对比电容电流都会对系统产生影响，长时间单相接地故障还会引起两相故障甚至三相故障，扩大事故范围。因此，如何预防单相接地和有效抑制电容电流变得至关重要，变电站在投运前应根据投运后的负荷情况以及站内情况采取有效的预防措施，降低电容电流和设备故障率。