兩相電壓降低的單相接地故障異常現象分析

黃剛，黃碩，侯國雙，白瑞

（1.中國石油遼陽石化分公司調度中心；2.中國昆侖工程公司遼寧分公司；3.中國石油遼陽石化分公司研究院；遼寧 遼陽 111003）

兩相電壓降低是小電流接地系統中單相接地故障的特殊類型，會有一些異常的現象相伴出現，雖然有一些專家學者進行過理論研究，但未能查到實際案例報告，將此案例分享出來，希望對同行們起到借鑒作用。

1 接地故障排查經過

1.1 系統運行方式簡介

電廠6.0kV 系統為小電流接地系統，中性點經消弧線圈接地，東母線為工作母線，西母線為備用母線，正常運方式為6.0kV 東母Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段運行，分段開關612、623 均投入運行，母聯開關610、620、630 斷開備用。電廠6.0kV 系統負責對公司內6 個二級變電所供電，各變電所均為雙回線供電，單母線分段運行，互為備用，母線分段開關斷開，備用自投。6.0kV 系統共有三臺消弧線圈，正常運行時，2#弧線圈自動跟蹤補償，設定過補償10A，3#消弧線圈調至2 檔預補償，1#消弧線圈停電備用。

1.2 第一次接地報警

2018 年10 月26 日10:59 電廠6.0kV 系統絕緣監察裝置發出了接地報警信號。以往的經驗是在小電流接地系統中，發生單相接地故障時，只有一相對地電壓降低，另兩相對地電壓升高，電壓降低相為故障相。當班人員觀察三相對地電壓，發現了一個從沒見過的現象，兩相降低，一相升高，分別為A 相3.0kV，B 相4.0kV,C 相3.4kV。系統正常時的線電壓為6.0kV，相電壓三相平衡，3.46kV。各二級變電所都是同樣現象，兩相降低，一相升高，但是各二級變電所絕緣監察裝置都沒有發出接地報警信號。自動跟蹤的2#弧線圈也有了異常動作，自動調整至從未達到過的檔位——最高檔15檔。運行人員利用各二級變電所均是雙回線供電的方式，進行不間斷供電倒負荷，分別合上各二級變電所母線分段開關，輪流停進線電纜排查，未能找到故障點。隨后采用分割電網法縮小排查范圍。運行人員拉開Ⅰ、Ⅱ段分段開關612，發生意外變化，整個系統電壓瞬間恢復正常。分析認為拉分段開關時流經接地故障點的電容電流發生突變，使對地放電通道遭到破壞，放電電流熄滅，系統絕緣恢復。

1.3 第二次接地報警

10 月27 日2:36 電廠6.0kV 系統再次發出接地報警，這次各二級變電所也都有了報警信號，系統對地電壓仍然表現為兩相降低，一相升高，但電壓與前一天不同，分別為A相2.9kV，B 相4.5kV，C 相3.3kV。拉開6.0kV Ⅰ、Ⅱ段分段開關612，確定Ⅰ段母線電壓不正常。B55 變電所Ⅰ段母線上有一條架空線——東井群線，將該線路停電后，報警解除，系統恢復正常。

1.4 接地報警差異性分析

在小電流接地系統中，利用電壓互感器的開口三角，感應出零序電壓，供給絕緣監察裝置的電壓繼電器。當系統發生接地故障時，開口處會產生電壓，發出聲光報警信號。電壓繼電器的動作電壓一般整定在15 ～30V，我公司電廠整定在15V，二級變電所整定在30V。10 月26 日10:59 電廠6.0kV 系統發生不完全接地故障時，電廠的接地報警電壓繼電器動作，而二級變電所的電壓繼電器沒能起動，說明開口三角感應出的零序電壓介于15V 和30V 之間。10 月27 日2:36 系統再次接地時，各變電所都有接地報警信號，說明開口三角的電壓超過30V，各變電所接地報警的電壓繼電器都起動了。

1.5 查到故障點位于電壓次高相C 相

東井群線經檢查，找到了故障點，一只邊緣破損，表面有放電灼燒痕跡的傘形絕緣子，該絕緣子位于對地電壓次高相C 相，打破了我們以往的認知“對地電壓最低相即是故障相”。接地故障發生時段遼陽市天氣情況：10 月26 日小雨轉多云，3 ～12℃；10 月27 日多云轉小雨，3 ～9℃。零星的小雨，潮濕的空氣，凌晨的低溫易產生霧和露水，加上絕緣子表面有一定程度的臟污，各種條件相互作用，使絕緣子的絕緣性能進一步降低，最終在絕緣子表面沿面放電閃絡，形成了對地放電通道，系統發生接地故障。更換新絕緣子后，線路送電正常。

2 應用相電壓矢量圖推算

2.1 理論依據——相電壓矢量圖

在小電流接地系統中，假設C 相經過渡電阻Rd接地，正常時C 相對地電壓UC，相對地電容C0，三相相電壓為，三相對地電壓，中性點對地電壓，則各相對地電壓

其中A、B 相對地復導納表示為：YA=jωC0，YB=jωC0

因為C 相經過渡電阻Rd接地，故對地復導納表示為

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在中性點不接地系統以及欠補償的中性點經消弧線圈接地系統，當Rd變化時，始端移動軌跡是以接地相的相電壓為直徑，位于其順時針一側的半圓（如圖1）。

圖1 欠補償時C 相不完全接地相電壓矢量圖

中性點經消弧線圈接地過補償的系統，當Rd變化時，始端的移動軌跡是以接地相的相電壓為直徑，位于其逆時針一側的半圓（如圖2）。

圖2 過補償時C 相不完全接地相電壓矢量圖

2.2 推算

已經實際確認電壓次高相C 相為故障相，利用對地電壓矢量圖，以現有的兩組對地電壓值來進行理論計算，分析接地故障時系統的補償狀態以及相電壓的關聯性變化。

在尚未確定系統接地故障時系統的補償狀態前提下，系統有可能是欠補償，也有可能是過補償，與之相應d 點位置就有兩種可能，先假設d 位于C 相順時針側半圓上（如圖1）。

（1）以正常時相電壓UC和故障相對地電壓UCd為已知條件，求第一次接地時計算值Uod1、UAd1、UBd1

第一次接地時表計顯示值：

（2）以正常時相電壓UC和故障相對地電壓UCd為已知條件，求第二次接地計算值Uod2、UAd2、UBd2

觀察以上兩組數據，分別比較A、B 相表計顯示值與對應的計算值，可以發現契合度很高，所以假設成立。

2.3 推算結論

假設成立，說明點d 位于C 相順時針側半圓上，這具有兩方面的含義。

（1）故障相不是對地電壓最低相的A相，而是次高相C相。

（2）消弧線圈雖然是自動跟蹤補償的，系統卻處于欠補償狀態。

3 欠補償的原因分析

中性點經消弧線圈接地是小電流接地系統的一種方式，當系統出現單相接地故障時，中性點對地產生電壓，這個電壓作用在消弧線圈上，得到電感電流：

式中，U 為中性點對地電壓，V；XL為消弧線圈的電抗，Ω。

中性點對地電壓即是中性點位移電壓，發生單相完全接地時，中性點位移電壓為相電壓，前文已經計算過，兩次接地故障較高的的中性點位移電壓：

以2#消弧線圈置于最高檔為例說明：

最高檔（15 檔）感抗XL=39.1Ω

當Uod2=1.04kV 時

查閱消弧線圈說明書，在單相完全接地時，將2#消弧線圈置于1 檔即可獲得28A 電感電流。

由于本起接地故障中性點位移電壓太低，自動跟蹤的消弧線圈即使調整至最高檔（15 檔），獲得的電感電流還不及單相完全接地時1 檔的電流。2#、3#消弧線圈加在一起的電感電流仍小于接地電容電流，造成了系統欠補償運行。為了應對系統單相不完全接地時，中性點位移電壓過低的特殊情況，我們先提高了3#消弧線圈預補償檔位，再用2#消弧線圈進行自動跟蹤補償。

4 結語

小電流接地系統中發生兩相電壓降低的單相接地故障時，對地電壓最低的不一定是故障相；開口三角電壓較低，不一定能起動接地報警信號裝置；中性點位移電壓較低，自動跟蹤的消弧線圈即使調整至很高檔位，系統可能仍然處于欠補償狀態。在遇到這些異常現象時，要排除干擾，正確判斷，盡快找出故障線路，防止故障擴大化。