配电网接地故障详解及国内外先进解决方案

　　配电网作为电力系统“最后一公里”的关键载体，直接连接发电侧与终端用户，其安全稳定运行关乎社会生产生活秩序与用电可靠性。接地故障是配电网运行中最常见的故障类型，据统计，其发生率占配电网总故障的60%以上，尤其是在10kV中压配电网中更为突出。此类故障若处理不及时、处置不当，不仅会导致供电中断、设备损坏，还可能引发电弧火灾、人身触电等安全事故，甚至扩大为相间短路，造成更大范围的电网扰动。随着新型电力系统建设加速，分布式电源高渗透、电缆线路占比提升，配电网拓扑结构日趋复杂，接地故障的检测、定位与处置难度进一步加大，亟需依托先进技术与解决方案破解行业痛点。本文将全面解析配电网接地故障，并结合国内外实践，梳理当前主流先进解决方案，为配电网安全运维提供参考。

　　配电网接地故障，本质是指配电网中电气设备的带电部分与大地之间发生非正常连接，或三相系统中各相导体与大地的连接出现不对称失衡，导致电流通过大地形成异常回路的现象。其核心特征是破坏了配电网原有的三相平衡状态，产生零序电压、零序电流等特征电气量，成为故障检测与定位的核心依据，如同故障留下的“指纹”，为保护装置提供判断支撑。

　　结合故障电阻大小、故障性质及系统接地方式，配电网接地故障可分为多种类型，不同类型故障的特征差异显著，直接决定了处置思路的不同：

　　可分为金属性接地、低阻接地与高阻接地。金属性接地故障电阻趋近于零，多为导线直接落地等场景，故障电流最大，可达数百安培，保护装置可快速响应；低阻接地故障电阻在10Ω-100Ω之间，常见于导线接触潮湿地面，故障电流中等（10A-100A），检测难度适中；高阻接地故障电阻大于100Ω，多为导线碰触干燥树干、水泥地面等，故障电流极小（通常小于10A），传统保护装置难以检测，是行业重点攻克的痛点。

　　可分为单相接地故障、两相接地故障与三相接地故障。其中，单相接地故障最为常见，占所有接地故障的80%以上，故障初期电流较小，若未及时处理，易发展为相间短路；两相接地故障多由单相接地故障演化而来，故障电流较大，对设备损坏更严重；三相接地故障较为罕见，多为严重外力破坏导致，故障电流极大，会瞬间造成电网瘫痪。

　　可分为永久性接地故障与瞬时性接地故障。永久性接地故障多由设备绝缘老化、导线断裂落地等不可逆因素导致，需停电检修才能恢复供电；瞬时性接地故障多由雷击、鸟类碰触、异物短暂搭接等因素导致，故障持续时间短（通常小于1秒），若采用合适的重合闸技术，可快速恢复供电，减少停电损失。

　　配电网接地故障的成因复杂多样，主要可归纳为自然因素、设备因素与人为因素三大类，覆盖配电网建设、运维、使用全流程：

　　雷击是主要诱因之一，雷电过电压会击穿设备绝缘层，导致接地故障；暴雨、暴雪、大风等恶劣天气会造成导线断裂、杆塔倾斜、绝缘子闪络，进而引发故障；树木生长过程中碰触导线，也是高阻接地故障的常见成因，尤其在山区配电网中更为突出。

　　配电网设备长期运行后，绝缘层会因老化、受潮、磨损等出现性能下降，导致绝缘击穿，引发接地故障；绝缘子、避雷器、变压器等设备质量不达标，或安装工艺缺陷，会增加故障发生率；电缆线路接头氧化、破损，也是城市配电网接地故障的重要成因，随着城市电缆化率提升，此类故障占比逐年上升。

　　外力破坏是配电网接地故障的主要人为诱因，如施工机械碰撞杆塔、导线，车辆撞击电线杆，盗窃电力设备等；电力运维不到位，如巡检不及时、设备隐患未整改，会导致潜在故障发展为显性故障；用户侧违规用电、私拉乱接，也可能引发接地故障，并传导至配电网主干线。

　　配电网接地故障的危害具有传导性与扩展性，从设备、电网到人身、环境，涉及多个层面，严重影响配电网安全稳定运行：

　　故障电流会流经变压器、开关柜、电缆等设备，导致设备过热、绝缘损坏，缩短设备使用寿命；零序电压升高会加剧设备绝缘老化，甚至引发设备爆炸、烧毁，造成重大经济损失。例如，单相接地故障发生时，非故障相电压升高至线电压，可能导致绝缘薄弱处击穿，发展为相间短路，扩大设备损坏范围。

　　永久性接地故障会直接导致故障线路停电，若故障定位不及时，停电时间会进一步延长；瞬时性接地故障若处置不当，也可能引发误跳闸，影响用户正常用电。对于医院、数据中心等关键场所，短暂的电压波动也可能导致重大损失。

　　故障点产生的电弧若持续燃烧，可能引发森林火灾或油气爆炸，尤其在山区、化工园区等场景风险极高；接地故障会导致地面出现跨步电压、接触电压，若人员误入故障区域，易发生人身触电事故，危及生命安全。

　　接地故障产生的谐波、零序电流会干扰配电网的计量、保护系统，导致保护装置误动作、计量误差增大，甚至影响上级电网的稳定运行。在分布式电源高渗透场景下，故障电流的复杂性还可能导致保护装置误动、拒动，进一步扩大故障影响。

　　配电网接地故障的处置核心的是“快速检测、精准定位、高效隔离”，而检测与定位是前提。其核心原理是从复杂的电磁信号中提取故障特征，如同破译一组特殊的“摩尔斯电码”，通过捕捉故障发生时的电气量变化，实现故障的识别与定位。

　　故障发生时，配电网会产生一系列独特的电气量变化，这些变化构成了保护装置的判断依据：

　　系统对称性被破坏后，会产生零序电压和零序电流，这是接地故障最核心的特征量，如同故障留下的“指纹”，是保护判据的核心。

　　故障发生后的0.1-0.5秒内，系统处于暂态过程，此时产生的暂态信号比稳态信号具有更丰富的特征。暂态零序电流包含基波、3次谐波、5次谐波及高达数千赫兹的高频分量，其幅值可达稳态值的10-100倍，且不受消弧线圈影响、灵敏度高、抗干扰能力强，是高阻接地故障检测的关键。

　　除零序分量外，有功分量、负序分量、行波特征也为故障识别提供重要依据。有功分量可区分故障线路与非故障线路；负序分量可用于区分接地故障与相间故障；行波特征可实现故障精确定位，精度可达±50m。

　　传统接地故障检测与定位技术主要依赖人工巡检、零序电流幅值保护、零序功率方向保护等，存在明显局限：受系统运行方式影响大，高阻接地时灵敏度不足，经消弧线圈接地系统中残流过小导致无法动作，故障定位效率低、误差大，难以适应复杂配电网的运行需求。随着配电网数字化、智能化转型，传统技术已逐渐被先进技术替代。

　　我国配电网普遍采用小电流接地系统（中性点非有效接地），设计初衷是提高供电连续性——单相接地时可带故障运行1-2小时，便于运维人员排查故障，但也带来了故障电流微弱、检测难度大等挑战。近年来，我国依托智能电网建设，在接地故障解决方案上实现了从“被动检测”到“主动防御”、从“单一判据”到“多源融合”的跨越，形成了具有自主知识产权的技术体系，涵盖检测、定位、处置全流程，适配我国配电网规模大、线路复杂、新能源渗透率高的特点。

　　依托小波变换法、Prony算法、HHT变换法等先进信号处理技术，提取暂态信号中的高频分量，实现高阻接地故障的精准检测。例如，小波变换法可对高阻接地故障的检测灵敏度可达1000Ω；Prony算法可拟合暂态信号参数，某10kV线路应用后，故障定位时间从15分钟缩短至3分钟；国网上杭县供电公司应用改进HHT算法后，接地故障研判准确率达93.88%。

　　向系统注入特定频率的电流信号（如220Hz），通过检测故障点反射信号实现定位，不受消弧线圈影响，可检测高阻故障（最小检测电阻达5000Ω），支持故障点精确定位（误差5m），适用于电缆线路占比高的城市配电网，如上海浦东机场供电系统已全面应用该技术。

　　融合CNN（卷积神经网络）、LSTM（长短期记忆网络）、数字孪生等人工智能技术，实现故障的智能检测与预判。CNN可自动提取故障波形特征，实验室测试显示其对高阻故障的识别准确率达98.7%；LSTM可处理时序信号，提前10ms发出预警；中国电科院研发的数字孪生系统已在江苏电网应用，使保护误动率降低40%。

　　构建“双核研判+四维闭环”的智能体系，实现主网调度自动化系统与配网自动化主站协议全贯通，故障特征秒级同步传输。例如，内蒙古电力集团巴彦淖尔供电公司自主研发的该技术，实现秒级响应定位、96%精准研判，故障处置效率提升82%，单相接地故障全流程处置时间从平均2小时压缩至18分钟。

　　依托无人机搭载机载接地故障探测器、绝缘检测器，突破地形限制，高效覆盖故障线路，快速抵达山坡、密林等人工难以到达区域。贵州电网兴义供电局的应用案例显示，该技术可快速锁定故障区段，降低人员劳动强度，大幅缩短故障查找时间。

　　作为10kV及以上配电网的强制性标配基础设施，通过毫秒级动态补偿单相接地电容电流，将故障残流控制在5A以下，显著抑制电弧重燃与过电压风险。实测数据显示，配置该装置后配电网用户平均停电时间（SAIDI）下降18.6%，瞬时故障自愈率达92.7%，电缆终端击穿故障率降低57.3%，运维成本减少40%。在新能源高渗透背景下，依托LSTM神经网络实现预测性调谐，可将残流波动控制在±0.8A以内，远优于传统方案的±6.2A。据工信部数据，具备AI调谐能力的产品市场渗透率已达31.5%，预计2027年将突破60%。

　　采用“主站+子站+终端”三级保护架构，实现故障的快速隔离与自愈。主站层负责全局故障研判与恢复策略制定；子站层实现区域故障定位与隔离；终端层通过馈线终端单元（FTU）、故障指示器（FI），就地采集数据并执行保护动作。例如，山西朔州五级接地保护示范区采用“变电站出线开关+分段开关+分支开关+分界开关+用户开关”五级配合，实现故障定位时间5分钟，山火事故率下降60%。

　　针对分布式光伏等新能源接入导致传统保护频繁误动的问题，采用暂态能量保护算法，检测百毫安级故障电流，部署自适应阈值调整模块，建立故障样本库通过机器学习优化判据。山东配电网应用该方案后，故障研判准确率从56.4%提升至98.6%，高阻故障检测次数从年均20次增至400次，减少人工巡线万条次/年。

　　利用先进的信号传感及处理技术、人工智能技术，在边缘侧进行接地故障人工智能分析诊断，能精准检测故障发生时刻，区分瞬时性与永久性故障，免阈值就地研判区内和区外接地故障。该装置可带电安装，15分钟内完成安装并即插即用，福建中电合创的相关产品已在福建省内累计应用部署超300套，综合准确率高于90%。

　　国外配电网发展起步早，数字化、智能化水平较高，且不同国家基于自身电点（如接地方式、线路结构、负荷特性），形成了各具特色的先进解决方案，重点聚焦高阻接地故障检测、智能定位、主动防控，注重技术的精细化与实用性，与我国解决方案形成互补。

　　欧洲国家（瑞典、德国、法国、意大利等）早在1917年消弧线圈发明后，便广泛采用谐振接地（经消弧线圈接地）方式，法国EDF公司、意大利ENEL公司在上世纪90年代切换为谐振接地后，供电可靠性指标（SAIDI、SAIFI）大幅提升。其解决方案重点聚焦高阻接地故障检测与火灾防控，技术特色鲜明：

　　由斯德哥尔摩皇家理工学院研发，可实现高达20kΩ的高阻接地故障检测，无需注入信号，3个周期内即可消除故障点电流，大幅提升公共安全与防火能力，适配瑞典森林覆盖率高、山火风险大的场景，也适用于电缆配电网，可替代昂贵的三相重合器，实现成本高效防控。

　　适用于架空线与电缆混合配电网，可可靠检测间歇性、瞬时性接地故障，兼顾可靠性与灵敏度，所有出线保护继电器可采用统一设置，简化运维流程。其最新推出的基于接触电压的接地故障电流保护功能IFP TOC，专门解决大规模地下电缆网的接地故障保护与电气安全问题，可在各种运行条件下实现可靠、精准的保护动作，符合相关法规要求。

　　由阿尔斯通公司研发，结合消弧线圈补偿与先进保护算法，实现故障电流快速补偿，减少故障点电压与电流，降低电弧火灾风险，适配铁路配电网的特殊需求，保障铁路供电安全。

　　美国配电网以大电流接地系统（中性点直接接地、经电阻接地）为主，22kV-70kV电网中，中性点直接接地方式约占71%，经电阻接地方式约占13%，核心需求是快速切除故障、保障设备安全，解决方案侧重智能化检测与自动化处置：

　　采用“终端检测+无线通信+云端研判”架构，在配电网线路上部署大量智能检测终端，实时采集零序电流、电压数据，通过5G/物联网传输至云端平台，结合AI算法实现故障精准定位（误差≤10m），定位时间≤1分钟，可快速隔离故障线路，恢复非故障区域供电，适配美国配电网线路分散、运维半径大的特点。

　　可根据配电网运行状态（如负荷变化、分布式电源接入），自动调整保护定值与检测阈值，避免保护装置误动、拒动，适配分布式电源高渗透场景。同时，融合行波定位技术，进一步提升故障定位精度，解决高阻接地故障检测难题。

　　在城市配电网、工业园区配电网中广泛应用，可实现线路巡检、故障检测、隐患排查一体化，具备红外测温、局部放电检测等功能，可替代人工巡检，提升巡检效率与精度，减少人为失误，尤其适用于复杂地形与危险场景。

　　日本33kV以下配电网中性点接地方式较为灵活，不接地方式约占40%，经电阻接地约占30%，经消弧线圈接地占一定比例，结合其国土面积小、城市密度高、地震灾害频发的特点，解决方案注重设备小型化、定位精准化与抗干扰能力：

　　采用“暂态信号检测+小波分析”技术，体积小、安装便捷，可直接安装在电线杆、开关柜上，适用于城市配电网（线路密集、空间有限），定位误差≤5m，可快速锁定故障点，减少停电范围与时间。

　　针对日本地震频发、电磁干扰强的特点，优化检测算法，提升装置抗干扰能力，避免地震、雷击等极端场景下保护装置误动，保障配电网在灾害场景下的稳定运行。同时，融合多种特征量检测，进一步提升故障检测准确率。

　　适配城市配电网空间有限的需求，研发小型化、低损耗消弧线圈，可快速补偿单相接地故障电流，抑制电弧重燃，减少设备损坏，同时降低设备占地面积，便于安装与运维。

　　澳大利亚针对山火频发的问题，安装“快速接地故障电流限流器”，应用后山火发生率下降40%，有效解决了未检测到的线路断裂故障引发的山火问题；英国配电网接地方式选择较为灵活，33kV及以下架空线配电网采用经消弧线圈接地，电缆配电网采用经小电阻接地，结合多频导纳保护技术，实现不同场景下的故障精准处置。

　　国内外配电网接地故障解决方案的差异，本质源于配电网接地方式、电网规模、地理环境、负荷特性的不同，具体对比如下：

　　我国以小电流接地系统为主，侧重供电连续性，解决方案重点突破小电流、高阻接地故障的检测与定位；欧美国家多以大电流接地系统（美国）、谐振接地系统（欧洲）为主，美国侧重快速切除故障，欧洲侧重高阻故障检测与防火。

　　我国侧重规模化应用、成本控制与新能源适配，解决方案适配配电网规模大、线路复杂的特点，注重“主站+终端”协同与国产化技术突破；国外侧重精细化、智能化与场景适配，技术成熟度高，注重设备小型化、抗干扰能力与运维便捷性，如日本的小型化设备、欧洲的防火专项方案。

　　我国解决方案兼顾城市、农村、山区等多种场景，重点解决新能源高渗透、线路长、地形复杂带来的故障处置难题；国外解决方案更聚焦城市配电网、特殊场景（如铁路、化工园区、森林区域），针对性更强。

　　结合国内外先进解决方案的实践经验，针对我国配电网接地故障处置的痛点，可得到以下启示，推动我国配电网接地故障防控水平进一步提升：

　　结合不同区域配电点（城市/农村、架空线/电缆、新能源渗透率），选择合适的接地方式与解决方案，如城市电缆网重点推广注入信号法、自动调谐消弧线圈，山区配电网重点推广暂态信号保护、无人机巡检技术，新能源富集区域优化自适应保护算法。

　　加快人工智能、数字孪生、物联网、5G等技术与配电网接地故障处置技术的深度融合，构建“感知-研判-隔离-自愈-复盘”全流程智能体系，减少人工干预，提升故障处置效率与精度，推动运维模式从“被动抢修”向“主动防控”转型。

　　吸收欧洲高阻接地故障检测、美国分布式定位、日本小型化设备的先进技术经验，结合我国配电网实际需求，进行技术本土化创新，突破高端传感芯片、EDA工具等核心技术瓶颈，提升关键设备国产化率，降低对进口设备的依赖。

　　建立健全配电网接地故障检测、定位、处置的标准体系，规范技术应用与设备选型；加强不同场景下的试点示范，总结成熟经验，推动先进解决方案规模化推广，同时注重故障数据积累，优化算法模型，提升解决方案的适配性与可靠性。

　　配电网接地故障作为影响配电网安全稳定运行的核心痛点，其检测、定位与处置水平直接关系到供电可靠性、设备安全与人身安全。随着新型电力系统建设的不断推进，分布式电源高渗透、配电网数字化转型加速，接地故障的复杂性、不确定性进一步增加，对解决方案的智能化、精准化、高效化提出了更高要求。

　　我国配电网接地故障解决方案已形成自身特色，在规模化应用、新能源适配、成本控制等方面具有显著优势，通过暂态信号保护、人工智能、主配网协同等技术，有效破解了小电流、高阻接地故障的处置难题；国外解决方案在精细化、场景适配、核心技术成熟度等方面具有借鉴意义，为我国技术升级提供了参考。

　　未来，配电网接地故障解决方案将朝着“全场景感知、全智能研判、全流程自愈”的方向发展，通过技术融合、本土化创新、标准完善，进一步提升故障处置效率，降低故障发生率与损失，推动配电网实现更安全、更可靠、更高效的运行，为新型电力系统建设提供坚实支撑。同时，需加强国际技术交流与合作，吸收借鉴各国先进经验，结合我国配电网实际，打造兼具实用性、创新性与前瞻性的接地故障防控体系。

　　2025第3届全国配电人工智能及数字化大会暨2025新型配电系统自愈与智能运维技术发展论坛