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摘 要：目前，35kV配电系统广泛应用于大型石油、石化和煤化工项目，发生单相接地故障较为常见。单相接地故障与电力网中性点的接地方式密切相关，本文从电力网中性点的接地方式分析入手，通过某化工厂真实事故案例，详细分析单相接地故障的危害、影响及采用的预防措施。本文中的事故案例较为典型，对小电流接地系统单相接地的事故预防具有借鉴作用。
关键词：配电系统 单相接地 危害 解决办法
一、电力网中性点的接地方式
选择电力网中性点接地方式是一个综合性的问题，它与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、主变压器和发电机的运行安全以及对通信线路的干扰等[1]。
电力网中性点接地系统可分为中性点直接接地系统和中性点非直接接地系统。中性点直接接地系统包括中性点直接接地或经小阻抗接地，也称为大电流接地系统。直接接地系统的单相接地电流很大，接地故障时断路器可立即动作切除故障，因此其对设备绝缘水平要求相对较低，减少了设备造价，故适用于110kV及以上电网中。中性点非直接接地系统分为中性点不接地、中性点经消弧线圈接地，也称为小电流接地系统。小电流接地系统发生单相接地故障时，系统可以带故障继续运行（一般允许运行2小时），因此供电可靠性较高。
二、35kV配电系统单相接地故障原因
在小电流接地系统中，室外配电系统的单相接地是一种常见故障，特别是在雨季、大风和雪等恶劣天气条件下，经常发生单相接地故障。但目前大型石油、石化和煤化工项目变电所多采用室内开关柜，电缆敷设方式，因此受天气及季节影响较小，导致单相接地多为设备或电缆绝缘损坏导致。
三、单相接地故障的危害和影响分析
1.对变电设备和配电设备的危害
35kV配电线路发生单相接地故障后，可能产生谐振过电压，谐振过电压高于正常电压2倍多，甚至更高，严重威胁设备的绝缘；并且系统谐振易导致35kV系统母线上的PT及进线PT铁芯饱和，互感器发热严重，如果长时间运行，将烧毁电压互感器，并造成更大范围的停电事故。
2、对人身安全方面的危害
当配电系统线路单相接地，如果线路保护未跳闸，继续运行，将可能发生跨步电压引起的人身伤害事故，严重的将导致人畜死亡。
3、对供电可靠性的影响
发生单相接地故障后，一方面要进行人工选线，查找故障回路，因此需对未发生单相接地故障的配电线路要进行停电，中断正常供电，影响供电可靠性；另一方面发生单相接地的配电线路将停运，查找故障点和消除故障中，不能保障用户正常用电，特别是在大风、雨、雪等恶劣气候条件，和在山区、林区等复杂地区，以及夜间，不利于查找和消除故障，将造成长时间、大面积停电，对供电可靠性产生较大影响。
4、对经济运行的影响
当发生单相接地故障时，由于配电线路接地直接或间接对大地进行放电，将造成较大的电能损耗。
四、35kV配电系统单相接地故障实例及原因分析
某大型化工厂为35kV系统配电室，系统接线方式为单母线分段接线，分别为I段母线和II段母线。I段母线和II段母线间设有母联断路器，中性点通过消弧线圈接地（即小电流接地系统）。配电室内设35kV六氟化硫充气柜、35kV消弧线圈和35kV电容器等电气设备，为下游各装置6kV系统提供电源，电源采用电缆通过电缆沟或桥架敷设。
某日晚22时许，值班人员发现35kV配电系统II段母线进线柜电压互感器冒出黑烟，2分钟后35kVII段电源进线断路器跳闸，II段母线失电，II段母线所带负荷全部失电。
事故发生后，生产人员调取了监控系统故障录波装置参数发现，21点52分，35kV系统II段母线A相电压骤然降低，同时，B、C两相电压升高为线电压，这说明A相发生了典型的单相接地故障，且其波动状态和故障相出现了大量的谐波，说明产生了弧光接地现象的发生。后排查发现，II段母线所带下游装置35kV变压器有高压侧A相电缆头发生了爆裂。据此断定，负荷侧35kV电缆A相爆裂接地是导致事故发生的原因。
通常，在小电流接地系统中，发生单相接地故障后，系统可以继续维持2小时的正常运行，但在此次事故中从电缆A相接地到系统跳闸，仅用了10余分钟左右时间，并未达到2小时的运行时间。通过调取监控系统参数发现，从21点52分电缆A相发生接地故障开始发生，35kV进线电源柜的电压互感器电压一直处于异常状态，到22点01分，电压下降至约0V。在22点03分05秒，II段进线电流互感器监测到三相短路电流6.56kA，进线互感器发生了短路故障，导致35kVII段进线断路器由于短路故障保护而跳闸，II段母线所带负荷全部失电。通过现场查看，进线电压互感器已严重烧毁，经绝缘测试，电压互感器的三相间内部已发生击穿。通过分析确定，35kV进线电源柜中的电压互感器的相间短路是导致系统失电的直接原因。
为什么电缆单相接地后会导致电压互感器的烧毁呢？根据电气设备特性，当电缆A相发生单相接地后，进线电压互感器铁芯达到磁饱和，受铁芯饱和的影响，并满足一定谐振条件后，产生了铁磁谐振。由于谐振的产生，互感器线圈在极短时间内产生极大电流，该电流值远超过额定值，导致铁芯剧烈振动、发热，使电压互感器一次侧线圈过烧毁。电压互感器内部烧毁后，导致相间发生短路，继而导致系统跳闸、失电。这也说明了，小电流接地系统单相接地后，系统运行时间受到系统各参数制约，并非都能够维持2个小时运行时间。
五、35kV系统单相接地故障的预防及解决办法
1、加强现场巡检，防患未然。
室内配电系统单相接地故障多由设备绝缘损坏所致，多发于电缆和电缆头单相接地。电缆单相接地原因主要由于敷设电缆时不注意对电缆的保护，导致电缆绝缘损伤，送电后导致单相接地；电缆头单相接地原因主要由于电缆头制作工艺不合格，送电时电缆头被击穿导致单相接地。因此在电缆敷设和电缆头制作时，要加强现场施工管理，提高施工人员素质和施工水平。本文案例中电缆接地就是由于电缆头制作工艺不合格导致。
2、配电系统电压互感器加装熔断器。
配电系统电压互感器加装熔断器后，如系统发生单相接地，在电压互感器铁芯饱和，励磁电流增大的情况下，熔断器可以及时熔断，切断故障电流，防止相间短路，这样就会限制故障范围的扩大，缩小停电范围。
3、为电压互感器加装一次消谐器
系统单相接地易导致谐波的发生，而谐波过电压会严重损坏设备绝缘水平，导致故障的发生。因此增加消谐装置可以有效的消除系统谐波，保护电气设备。但由于系统产生谐振的因素比较复杂，一次消谐装置只能消除大概70%的谐振。因此还需要多方面进行防护。
4、加装小电流接地自动选线装置
小电流接地选线装置是根据安装在各出线间隔的零序电流互感器监测零序电流，自动选择出发生单相接地故障线路。小电流接地选线装置准确率高，改变传统人工选线方法，减少非故障线路的停电的比率，提高了供电可靠性，防止故障扩大。
参考文献
[1]戈东方. 电力工程电气设计手册. 中国电力出版社，1989.
[2]陈慈萱. 电气工程基础（上）. 中国电力出版社，2003.
关键词：配电系统 单相接地 危害 解决办法
一、电力网中性点的接地方式
选择电力网中性点接地方式是一个综合性的问题，它与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、主变压器和发电机的运行安全以及对通信线路的干扰等[1]。
电力网中性点接地系统可分为中性点直接接地系统和中性点非直接接地系统。中性点直接接地系统包括中性点直接接地或经小阻抗接地，也称为大电流接地系统。直接接地系统的单相接地电流很大，接地故障时断路器可立即动作切除故障，因此其对设备绝缘水平要求相对较低，减少了设备造价，故适用于110kV及以上电网中。中性点非直接接地系统分为中性点不接地、中性点经消弧线圈接地，也称为小电流接地系统。小电流接地系统发生单相接地故障时，系统可以带故障继续运行（一般允许运行2小时），因此供电可靠性较高。
二、35kV配电系统单相接地故障原因
在小电流接地系统中，室外配电系统的单相接地是一种常见故障，特别是在雨季、大风和雪等恶劣天气条件下，经常发生单相接地故障。但目前大型石油、石化和煤化工项目变电所多采用室内开关柜，电缆敷设方式，因此受天气及季节影响较小，导致单相接地多为设备或电缆绝缘损坏导致。
三、单相接地故障的危害和影响分析
1.对变电设备和配电设备的危害
35kV配电线路发生单相接地故障后，可能产生谐振过电压，谐振过电压高于正常电压2倍多，甚至更高，严重威胁设备的绝缘；并且系统谐振易导致35kV系统母线上的PT及进线PT铁芯饱和，互感器发热严重，如果长时间运行，将烧毁电压互感器，并造成更大范围的停电事故。
2、对人身安全方面的危害
当配电系统线路单相接地，如果线路保护未跳闸，继续运行，将可能发生跨步电压引起的人身伤害事故，严重的将导致人畜死亡。
3、对供电可靠性的影响
发生单相接地故障后，一方面要进行人工选线，查找故障回路，因此需对未发生单相接地故障的配电线路要进行停电，中断正常供电，影响供电可靠性；另一方面发生单相接地的配电线路将停运，查找故障点和消除故障中，不能保障用户正常用电，特别是在大风、雨、雪等恶劣气候条件，和在山区、林区等复杂地区，以及夜间，不利于查找和消除故障，将造成长时间、大面积停电，对供电可靠性产生较大影响。
4、对经济运行的影响
当发生单相接地故障时，由于配电线路接地直接或间接对大地进行放电，将造成较大的电能损耗。
四、35kV配电系统单相接地故障实例及原因分析
某大型化工厂为35kV系统配电室，系统接线方式为单母线分段接线，分别为I段母线和II段母线。I段母线和II段母线间设有母联断路器，中性点通过消弧线圈接地（即小电流接地系统）。配电室内设35kV六氟化硫充气柜、35kV消弧线圈和35kV电容器等电气设备，为下游各装置6kV系统提供电源，电源采用电缆通过电缆沟或桥架敷设。
某日晚22时许，值班人员发现35kV配电系统II段母线进线柜电压互感器冒出黑烟，2分钟后35kVII段电源进线断路器跳闸，II段母线失电，II段母线所带负荷全部失电。
事故发生后，生产人员调取了监控系统故障录波装置参数发现，21点52分，35kV系统II段母线A相电压骤然降低，同时，B、C两相电压升高为线电压，这说明A相发生了典型的单相接地故障，且其波动状态和故障相出现了大量的谐波，说明产生了弧光接地现象的发生。后排查发现，II段母线所带下游装置35kV变压器有高压侧A相电缆头发生了爆裂。据此断定，负荷侧35kV电缆A相爆裂接地是导致事故发生的原因。
通常，在小电流接地系统中，发生单相接地故障后，系统可以继续维持2小时的正常运行，但在此次事故中从电缆A相接地到系统跳闸，仅用了10余分钟左右时间，并未达到2小时的运行时间。通过调取监控系统参数发现，从21点52分电缆A相发生接地故障开始发生，35kV进线电源柜的电压互感器电压一直处于异常状态，到22点01分，电压下降至约0V。在22点03分05秒，II段进线电流互感器监测到三相短路电流6.56kA，进线互感器发生了短路故障，导致35kVII段进线断路器由于短路故障保护而跳闸，II段母线所带负荷全部失电。通过现场查看，进线电压互感器已严重烧毁，经绝缘测试，电压互感器的三相间内部已发生击穿。通过分析确定，35kV进线电源柜中的电压互感器的相间短路是导致系统失电的直接原因。
为什么电缆单相接地后会导致电压互感器的烧毁呢？根据电气设备特性，当电缆A相发生单相接地后，进线电压互感器铁芯达到磁饱和，受铁芯饱和的影响，并满足一定谐振条件后，产生了铁磁谐振。由于谐振的产生，互感器线圈在极短时间内产生极大电流，该电流值远超过额定值，导致铁芯剧烈振动、发热，使电压互感器一次侧线圈过烧毁。电压互感器内部烧毁后，导致相间发生短路，继而导致系统跳闸、失电。这也说明了，小电流接地系统单相接地后，系统运行时间受到系统各参数制约，并非都能够维持2个小时运行时间。
五、35kV系统单相接地故障的预防及解决办法
1、加强现场巡检，防患未然。
室内配电系统单相接地故障多由设备绝缘损坏所致，多发于电缆和电缆头单相接地。电缆单相接地原因主要由于敷设电缆时不注意对电缆的保护，导致电缆绝缘损伤，送电后导致单相接地；电缆头单相接地原因主要由于电缆头制作工艺不合格，送电时电缆头被击穿导致单相接地。因此在电缆敷设和电缆头制作时，要加强现场施工管理，提高施工人员素质和施工水平。本文案例中电缆接地就是由于电缆头制作工艺不合格导致。
2、配电系统电压互感器加装熔断器。
配电系统电压互感器加装熔断器后，如系统发生单相接地，在电压互感器铁芯饱和，励磁电流增大的情况下，熔断器可以及时熔断，切断故障电流，防止相间短路，这样就会限制故障范围的扩大，缩小停电范围。
3、为电压互感器加装一次消谐器
系统单相接地易导致谐波的发生，而谐波过电压会严重损坏设备绝缘水平，导致故障的发生。因此增加消谐装置可以有效的消除系统谐波，保护电气设备。但由于系统产生谐振的因素比较复杂，一次消谐装置只能消除大概70%的谐振。因此还需要多方面进行防护。
4、加装小电流接地自动选线装置
小电流接地选线装置是根据安装在各出线间隔的零序电流互感器监测零序电流，自动选择出发生单相接地故障线路。小电流接地选线装置准确率高，改变传统人工选线方法，减少非故障线路的停电的比率，提高了供电可靠性，防止故障扩大。
参考文献
[1]戈东方. 电力工程电气设计手册. 中国电力出版社，1989.
[2]陈慈萱. 电气工程基础（上）. 中国电力出版社，2003.