不接地系統發生單相接地故障二次電壓異常處理與分析

云南電網有限責任公司玉溪供電局 鄭果 楊永旭 沈裕川 劉璐 孟冬

1 故障現象及排查

1.1 故障現象

當35kV 線路發生單相接地故障時，35kV母線A、B、C 三相電壓未發生變化，故障時仍然保持正常值20kV 左右電壓，而對側110kV 變電站的35kV 母線電壓呈現了故障狀態，本側35kV變電站35kV母線電壓顯示異常。本側后臺監控機電壓值顯示表如表1所示。對側后臺監控機電壓值顯示表如表2所示。

表1 本側后臺監控機電壓值顯示表（單位：kV）

表2 對側后臺監控機電壓值顯示表（單位：kV）

1.2 排查過程

現場對35kV 變電站后臺監控機顯示電壓進行了查找，通過后臺監控機數據庫關聯情況，確定后臺監控機及遠動機上傳電壓參數通過35kV 電壓重動并列裝置進行數據采集，現場對35kV 電壓重動并列裝置采集電壓進行測量，測量發現后臺顯示電壓與測量值保持一致，確定35kV 電壓重動并列裝置無異常，排除裝置及變送問題；由于此時裝置的采集電壓為正常運行狀態的電壓，無法還原異常時的狀態，采用繼電保護測試儀進行故障時模擬量進行測試，發現裝置電壓加入不平衡模擬量時，裝置顯示的電壓與現場不一致，加入三相平衡量時裝置顯示與繼電保護測試儀輸出模擬量一致，于是對35kV電壓重動并列裝置采集的二次電壓回路進行查看，在二次電壓回路查看中，發現35kV 電壓重動并列裝置背板二次電壓中性線未引出，與外回路的電壓中性線斷開。二次電壓接線原理圖如圖1所示。

圖1 二次電壓接線原理圖

二次電壓采樣板接線圖（整改前） 如圖2所示。

圖2 二次電壓采樣板接線圖（整改前）

由圖1可知，裝置內部7X2、7X4、7X6已在裝置內部短接，而7X6與7X8直接未進行短接，通過與10kV 電壓并列裝置背板接線圖對比后發現，僅需與7X8 短接后引出即可實現電壓二次回路中性線引出，通過采用短連片二次電壓采樣板接線圖（整改后）如圖3所示，現場用繼電保護測試儀進行故障量模擬后裝置電壓采樣顯示與繼電保護測試儀輸出保持一致。

圖3 二次電壓采樣板接線圖（整改后）

繼電保護的二次回路隱性故障較為復雜，由不同原因和形式表現出來，也會以各種隱性故障組合的形式。繼電保護二次回路隱性故障是指電網正常穩定運行時對電網沒有影響，是二次回路上的永久性缺陷，而當電網發生故障時，這種永久性缺陷就會表現出來，從而導致聯鎖故障的發生，不僅會導致后臺監控機及調度端采樣異常，嚴重時會導致裝置采樣不準確，造成繼電保護裝置拒動或誤動，對電網的安全穩定運行造成嚴重的威脅。行業對繼電保護二次回路隱性故障并沒有足夠重視，但繼電保護二次回路隱性故障對電網的安全穩定運行的影響已達成共識[1-2]。由此，需要對本起異常發生的原因及其原理進行分析，確保迅速鎖定問題所在，及時消除故障。

2 不接地系統單相接地時二次電壓回路分析

2.1 正常狀態時

通過繪制向量圖進行分析，在二次電壓正常時，不接地系統單相接地時三相電壓相量圖如圖4所示。當不接地系統發生A 相接地故障時，A 相電壓降為0V，此時線電壓保持不變，從圖4可以看出，此時的電壓向量圖為紅色，其電壓數值應等于表2所示值。

圖4 不接地系統單相接地時三相電壓相量圖

2.2 二次電壓中性線斷線時

不接地系統二次電壓中性線斷線示意圖如圖5所示。

圖5 不接地系統二次電壓中性線斷線示意圖

左側為電壓互感器，將一次高電壓轉換成二次低電壓，右側回路代表二次設備內的電壓互感器，如果設備二次電壓回路的中性線有故障斷開，如圖5中的N點與N′點斷開。當裝置的電壓二次回路中性線連接不可靠而斷開，保護裝置測量的相電壓及零序電壓特征，繪制二次電壓回路的等效電路來進行分析，等效電路圖如圖6所示。

圖6 等效電路圖

采用節點電壓法進行求解，由圖6中的中性點電位公式（1）：

當裝置二次電壓回路中性線斷線，ZNN'= ∞,≠，如果電壓互感器的三相二次側負載阻抗平衡，則所以，二次設備測量到的各相電壓實際為（其中φ=A、B、C）。為了簡化分析，當電網發生單相接地故障時，這樣= 0，二次設備的采集的各項電壓計算為式（2）：

通過式（3）計算結果可以看出，電壓一次值與表1數值相同，電網發生不接地系統單相接地故障時，若二次電壓保持正常值，則可考慮電壓回路中性線斷開，方便運維工作人員迅速對故障進行排查處理[3-7]。

2.3 防止電壓中性線斷線控制措施

在對電壓二次回路中性線斷線的原理及現象進行分析后發現，如果驗收時不仔細進行二次回路檢查，便無法發現此類故障。此類故障不僅可以發生在電壓二次回路中性線，也會發生在電流二次回路中性線中，正常運行情況下均不會被發現。由此我們通過在設備投運前和日常檢修時進行升壓、升流測試。因為加入同樣值是無法發現中性線斷線隱形故障的，故需通過將每一相電壓、電流加入不同值來進行驗證。

二次回路與二次設備連接有多個環節，在進行驗證時需要從源頭進行試驗模擬，這樣才能真正地消除二次回路中性線的隱形故障，并對涉及電壓、電流采樣的裝置采樣進行查看，確保每一個間隔二次設備采樣均無問題后方可進行投運，并且由于二次回路會隨著時間而松動，在日常進行檢修時，均需要進行升壓、升流試驗來驗證二次回路完好性，并對二次回路進行可靠緊固。