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[摘 要]介绍了电力系统的接地方式，对小电流接地系统接地故障的特点及危害进行阐述，对几起小电流接地系统接地故障波形进行分析和探讨，通过分析为变电运行查找和分析小电流接地系统接地故障提供参考。
[关键词]接地系统 接地方式 故障 短路
中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0153-02
1 前言
单相接地故障是电力系统中最常见的故障。小电流接地系统中发生单相接地故障时，由于故障点流过的电流很小，且电网的三相线电压仍保持对称关系，且系统的绝缘又是按线电压设计的，不影响系统的供电，所以一般允许继续运行1～2小时，不必立即跳闸切除故障。但故障会引起非故障相对地电压升高倍，持续较长时间还可能引起绝缘击穿，发生相间短路，本文重点分析了小电流接地系统接地故障的特征，对各种原因导致的小电流接地系统接地故障波形进行了分析和探讨。
2 电力系统的接地方式
我国电力系统常用的接地方式分类：
大电流接地系统：有效接地系统发生单相接地故障时，接地短路电流很大；
小电流接地系统：非有效接地系统和谐振接地系统这两类系统，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很多 。
3 小电流接地系统接地故障特征分析
3.1 小电流系统单相接地故障基本特征
当中性点不接地系统发生单相接地时（图1（a）中A相接地，S打开表示中性点不接地系统），如果忽略负荷电流和电容电流在线路阻抗上的电压降，全系统A相对地电压均为零，A相对地电容电流也为零，同时B相和C相的对地电压和电容电流都升高倍。这时的电容电流分布如图1 （a）示。
非故障线路I首端所反应的零序电流为：
其有效值为
即非故障线路零序电流为其本身的电容电流，电容性无功功率的方向为母线流向线路。发电机端的零序电流为
其有效值为
即发电机零序电流为其本身的电容电流，电容性无功功率的方向为母线流向线路，此特点与非故障线路一致。
对于故障线路J，B相和C相与非故障线路一样，流过本身对地电容电流和，而不同之处是在接地点要流回全系统B相和C相对地电容电流之和，其值为
其有效值为
其中： ——全系统对地电容的总和。
此电流从A相流回，因此从A相流出的电流为 。
因此，故障线路J始端所反应的零序电流为
其有效值为
即故障线路零序电流，数值等于全系统非故障元件对地电容电流之总和（不包括故障线路本身），电容性无功功率方向为由线路流向母线，方向与非故障线路相反。
中性点不接地系统发生单相接地时，在接地点要流过全系统的对地电容电流，如果此电流比较大，就会在接地点燃起电弧，引起弧光过电压，从而使非故障相的对地电压进一步升高，容易使绝缘损坏，形成两点或多点接地，造成停电事故。为解决此问题，有些系统的中性点对地之间接入消弧线圈（如图1示，S闭合表示中性点经消弧线圈补偿系统），一般采用5%～10%的过补偿方式。上述故障线路电流特点对消弧线圈接地系统不再适用。
此时，从接地点流回的总电流为
其中，——全系统的对地电容电流；
——消弧线圈的电流，设L表示它的电感，则
3.2 中性点不接地系统暂态电流分布特征
配电网中发生馈线单相接地故障，其暂态电流故障分量的分布如图2（此处先考虑中性点不接地系统，因而开关S为断开状态），图中箭头标示出暂态电流故障分量的流通回路。
在故障瞬间，电网中各线路的故障相（A相）电压突然降低，其电容迅速放电，而非故障相电压突然升高，其电容迅速充电。在放电电流经过的回路中（通过母线流向故障点），电阻和电感都很小，因此放电电流振荡频率较高，可能达到几千赫兹，衰减很快。充电电流要通过电源形成回路，电感和电阻相对较大，因此充电电流振荡频率较低，只有几百赫兹，衰减较慢。
从图中电流回路流向可知，故障线路J故障相（A相）的暂态电流故障分量由本线路B、C相的暂态电流分量和健全线路I各相暂态电流分量组成。
3.3 经消弧线圈接地系统暂态电流分布特征
经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时（图2，S 闭合），与不接地系统相同的是：在故障线路故障相中，暂态电流分量是由本线路非故障相的暂态电流分量和其他健全线路暂态电流分量组成。但由于消弧线圈补偿的存在，在故障线路故障相有感性暂态电流分量流过，而所有非故障相则仍然仅流过自身容性暂态电流分量。
根据电感元件基本概念可知，在故障暂态过程中，电感的暂态电流分量是由工频电流分量和衰减的直流分量组成。又由于消弧线圈是电感性元件，高频暂态电流很少流过，因此，对于高频分量来说，相当于消弧线圈不接入电网。而通过上一小节的分析可知，故障相流过的是振荡频率很高的放电电流。因此，上述故障线路故障相与健全相暂态电流故障分量之间的关系在消弧线圈补偿系统中是仍然存在的。
4 小电流接地系统接地的危害
1） 由于非故障相对地电压升高（完全接地时升至线电压值）系统中的绝缘薄弱点可能击穿，造成短路故障。
2） 故障点产生电弧，会烧坏设备并可能发展成相间短路故障。
3） 故障点产生间歇性电弧时，在一定条件下产生串联谐振过电压，其值可达相电压的2.5—3倍，对系统绝缘危害很大。
4）发生弧光接地时，产生过电压，非故障相电压很高电压互感器高压保险可能熔断，甚至可能烧坏电压互感器。
5 小电流接地系统典型录波分析
5.1 金属性接地
特征分析：故障零序电压在100V左右，暂态过程信号丰富。
5.2 间歇性弧光接地
特征分析：零序电压波形有畸变，且幅值比较大，往往超过100V；同时零序电流呈周期性放电状态。
5.3 电阻接地
特征分析：故障零序电压小于100V，接地电阻越大，零序电压越小；零序电压呈缓慢上升趋势；零序电流暂态信号较弱。
5.4 消弧系统接地故
特征分析：故障线路（F14线）零序电流的暂态过程波形与正常线路（如F10线）反相；稳态过程波形与正常线路同相。
6 启示
小电流接地系统发生单相接地的概率是很高的。因为35kV及以下电压等级电力系统基本均有电缆头接入户内开关柜，户外电缆头绝缘下降难以发现，当发生一点接地后，非故障相电压上升倍，小电流接地系统绝缘薄弱部位绝缘会被击穿，形成两点接地短路，此时查找故障线路就比较困难了，因此必须及时在接地初期发现并切除接地故障，避免造成两点或多点接地导致的短路故障。
参考文献
[1] 余水忠.小电流接地系统经过渡电阻接地的分析【J】.继电器.2001年4月，第29卷第4期.21-22.
[2] 马继政， 周震等.处理小电流接地故障的新思路【J】.继电器.2006年12月16日，第34卷第24期.
[3] 贺要锋，商建华，封晓东等.关于小电流接地系统中谐振过电压的分析与探讨.【J】.继电器.2006年12月1日，第34卷第23期.
[关键词]接地系统 接地方式 故障 短路
中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0153-02
1 前言
单相接地故障是电力系统中最常见的故障。小电流接地系统中发生单相接地故障时，由于故障点流过的电流很小，且电网的三相线电压仍保持对称关系，且系统的绝缘又是按线电压设计的，不影响系统的供电，所以一般允许继续运行1～2小时，不必立即跳闸切除故障。但故障会引起非故障相对地电压升高倍，持续较长时间还可能引起绝缘击穿，发生相间短路，本文重点分析了小电流接地系统接地故障的特征，对各种原因导致的小电流接地系统接地故障波形进行了分析和探讨。
2 电力系统的接地方式
我国电力系统常用的接地方式分类：
大电流接地系统：有效接地系统发生单相接地故障时，接地短路电流很大；
小电流接地系统：非有效接地系统和谐振接地系统这两类系统，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很多 。
3 小电流接地系统接地故障特征分析
3.1 小电流系统单相接地故障基本特征
当中性点不接地系统发生单相接地时（图1（a）中A相接地，S打开表示中性点不接地系统），如果忽略负荷电流和电容电流在线路阻抗上的电压降，全系统A相对地电压均为零，A相对地电容电流也为零，同时B相和C相的对地电压和电容电流都升高倍。这时的电容电流分布如图1 （a）示。
非故障线路I首端所反应的零序电流为：
其有效值为
即非故障线路零序电流为其本身的电容电流，电容性无功功率的方向为母线流向线路。发电机端的零序电流为
其有效值为
即发电机零序电流为其本身的电容电流，电容性无功功率的方向为母线流向线路，此特点与非故障线路一致。
对于故障线路J，B相和C相与非故障线路一样，流过本身对地电容电流和，而不同之处是在接地点要流回全系统B相和C相对地电容电流之和，其值为
其有效值为
其中： ——全系统对地电容的总和。
此电流从A相流回，因此从A相流出的电流为 。
因此，故障线路J始端所反应的零序电流为
其有效值为
即故障线路零序电流，数值等于全系统非故障元件对地电容电流之总和（不包括故障线路本身），电容性无功功率方向为由线路流向母线，方向与非故障线路相反。
中性点不接地系统发生单相接地时，在接地点要流过全系统的对地电容电流，如果此电流比较大，就会在接地点燃起电弧，引起弧光过电压，从而使非故障相的对地电压进一步升高，容易使绝缘损坏，形成两点或多点接地，造成停电事故。为解决此问题，有些系统的中性点对地之间接入消弧线圈（如图1示，S闭合表示中性点经消弧线圈补偿系统），一般采用5%～10%的过补偿方式。上述故障线路电流特点对消弧线圈接地系统不再适用。
此时，从接地点流回的总电流为
其中，——全系统的对地电容电流；
——消弧线圈的电流，设L表示它的电感，则
3.2 中性点不接地系统暂态电流分布特征
配电网中发生馈线单相接地故障，其暂态电流故障分量的分布如图2（此处先考虑中性点不接地系统，因而开关S为断开状态），图中箭头标示出暂态电流故障分量的流通回路。
在故障瞬间，电网中各线路的故障相（A相）电压突然降低，其电容迅速放电，而非故障相电压突然升高，其电容迅速充电。在放电电流经过的回路中（通过母线流向故障点），电阻和电感都很小，因此放电电流振荡频率较高，可能达到几千赫兹，衰减很快。充电电流要通过电源形成回路，电感和电阻相对较大，因此充电电流振荡频率较低，只有几百赫兹，衰减较慢。
从图中电流回路流向可知，故障线路J故障相（A相）的暂态电流故障分量由本线路B、C相的暂态电流分量和健全线路I各相暂态电流分量组成。
3.3 经消弧线圈接地系统暂态电流分布特征
经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时（图2，S 闭合），与不接地系统相同的是：在故障线路故障相中，暂态电流分量是由本线路非故障相的暂态电流分量和其他健全线路暂态电流分量组成。但由于消弧线圈补偿的存在，在故障线路故障相有感性暂态电流分量流过，而所有非故障相则仍然仅流过自身容性暂态电流分量。
根据电感元件基本概念可知，在故障暂态过程中，电感的暂态电流分量是由工频电流分量和衰减的直流分量组成。又由于消弧线圈是电感性元件，高频暂态电流很少流过，因此，对于高频分量来说，相当于消弧线圈不接入电网。而通过上一小节的分析可知，故障相流过的是振荡频率很高的放电电流。因此，上述故障线路故障相与健全相暂态电流故障分量之间的关系在消弧线圈补偿系统中是仍然存在的。
4 小电流接地系统接地的危害
1） 由于非故障相对地电压升高（完全接地时升至线电压值）系统中的绝缘薄弱点可能击穿，造成短路故障。
2） 故障点产生电弧，会烧坏设备并可能发展成相间短路故障。
3） 故障点产生间歇性电弧时，在一定条件下产生串联谐振过电压，其值可达相电压的2.5—3倍，对系统绝缘危害很大。
4）发生弧光接地时，产生过电压，非故障相电压很高电压互感器高压保险可能熔断，甚至可能烧坏电压互感器。
5 小电流接地系统典型录波分析
5.1 金属性接地
特征分析：故障零序电压在100V左右，暂态过程信号丰富。
5.2 间歇性弧光接地
特征分析：零序电压波形有畸变，且幅值比较大，往往超过100V；同时零序电流呈周期性放电状态。
5.3 电阻接地
特征分析：故障零序电压小于100V，接地电阻越大，零序电压越小；零序电压呈缓慢上升趋势；零序电流暂态信号较弱。
5.4 消弧系统接地故
特征分析：故障线路（F14线）零序电流的暂态过程波形与正常线路（如F10线）反相；稳态过程波形与正常线路同相。
6 启示
小电流接地系统发生单相接地的概率是很高的。因为35kV及以下电压等级电力系统基本均有电缆头接入户内开关柜，户外电缆头绝缘下降难以发现，当发生一点接地后，非故障相电压上升倍，小电流接地系统绝缘薄弱部位绝缘会被击穿，形成两点接地短路，此时查找故障线路就比较困难了，因此必须及时在接地初期发现并切除接地故障，避免造成两点或多点接地导致的短路故障。
参考文献
[1] 余水忠.小电流接地系统经过渡电阻接地的分析【J】.继电器.2001年4月，第29卷第4期.21-22.
[2] 马继政， 周震等.处理小电流接地故障的新思路【J】.继电器.2006年12月16日，第34卷第24期.
[3] 贺要锋，商建华，封晓东等.关于小电流接地系统中谐振过电压的分析与探讨.【J】.继电器.2006年12月1日，第34卷第23期.