兩相電壓降低的單相接地故障異?，F(xiàn)象分析

黃剛，黃碩，侯國(guó)雙，白瑞

（1.中國(guó)石油遼陽石化分公司調(diào)度中心；2.中國(guó)昆侖工程公司遼寧分公司；3.中國(guó)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(tǒng)中單相接地故障的特殊類型，會(huì)有一些異常的現(xiàn)象相伴出現(xiàn)，雖然有一些專家學(xué)者進(jìn)行過理論研究，但未能查到實(shí)際案例報(bào)告，將此案例分享出來，希望對(duì)同行們起到借鑒作用。

1 接地故障排查經(jīng)過

1.1 系統(tǒng)運(yùn)行方式簡(jiǎn)介

電廠6.0kV 系統(tǒng)為小電流接地系統(tǒng)，中性點(diǎn)經(jīng)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(yùn)方式為6.0kV 東母Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段運(yùn)行，分段開關(guān)612、623 均投入運(yùn)行，母聯(lián)開關(guān)610、620、630 斷開備用。電廠6.0kV 系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)公司內(nèi)6 個(gè)二級(jí)變電所供電，各變電所均為雙回線供電，單母線分段運(yùn)行，互為備用，母線分段開關(guān)斷開，備用自投。6.0kV 系統(tǒng)共有三臺(tái)消弧線圈，正常運(yùn)行時(shí)，2#弧線圈自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償，設(shè)定過補(bǔ)償10A，3#消弧線圈調(diào)至2 檔預(yù)補(bǔ)償，1#消弧線圈停電備用。

1.2 第一次接地報(bào)警

2018 年10 月26 日10:59 電廠6.0kV 系統(tǒng)絕緣監(jiān)察裝置發(fā)出了接地報(bào)警信號(hào)。以往的經(jīng)驗(yàn)是在小電流接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障時(shí)，只有一相對(duì)地電壓降低，另兩相對(duì)地電壓升高，電壓降低相為故障相。當(dāng)班人員觀察三相對(duì)地電壓，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)從沒見過的現(xiàn)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(tǒng)正常時(shí)的線電壓為6.0kV，相電壓三相平衡，3.46kV。各二級(jí)變電所都是同樣現(xiàn)象，兩相降低，一相升高，但是各二級(jí)變電所絕緣監(jiān)察裝置都沒有發(fā)出接地報(bào)警信號(hào)。自動(dòng)跟蹤的2#弧線圈也有了異常動(dòng)作，自動(dòng)調(diào)整至從未達(dá)到過的檔位——最高檔15檔。運(yùn)行人員利用各二級(jí)變電所均是雙回線供電的方式，進(jìn)行不間斷供電倒負(fù)荷，分別合上各二級(jí)變電所母線分段開關(guān)，輪流停進(jìn)線電纜排查，未能找到故障點(diǎn)。隨后采用分割電網(wǎng)法縮小排查范圍。運(yùn)行人員拉開Ⅰ、Ⅱ段分段開關(guān)612，發(fā)生意外變化，整個(gè)系統(tǒng)電壓瞬間恢復(fù)正常。分析認(rèn)為拉分段開關(guān)時(shí)流經(jīng)接地故障點(diǎn)的電容電流發(fā)生突變，使對(duì)地放電通道遭到破壞，放電電流熄滅，系統(tǒng)絕緣恢復(fù)。

1.3 第二次接地報(bào)警

10 月27 日2:36 電廠6.0kV 系統(tǒng)再次發(fā)出接地報(bào)警，這次各二級(jí)變電所也都有了報(bào)警信號(hào)，系統(tǒng)對(duì)地電壓仍然表現(xiàn)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(guān)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(bào)警解除，系統(tǒng)恢復(fù)正常。

1.4 接地報(bào)警差異性分析

在小電流接地系統(tǒng)中，利用電壓互感器的開口三角，感應(yīng)出零序電壓，供給絕緣監(jiān)察裝置的電壓繼電器。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，開口處會(huì)產(chǎn)生電壓，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。電壓繼電器的動(dòng)作電壓一般整定在15 ～30V，我公司電廠整定在15V，二級(jí)變電所整定在30V。10 月26 日10:59 電廠6.0kV 系統(tǒng)發(fā)生不完全接地故障時(shí)，電廠的接地報(bào)警電壓繼電器動(dòng)作，而二級(jí)變電所的電壓繼電器沒能起動(dòng)，說明開口三角感應(yīng)出的零序電壓介于15V 和30V 之間。10 月27 日2:36 系統(tǒng)再次接地時(shí)，各變電所都有接地報(bào)警信號(hào)，說明開口三角的電壓超過30V，各變電所接地報(bào)警的電壓繼電器都起動(dòng)了。

1.5 查到故障點(diǎn)位于電壓次高相C 相

東井群線經(jīng)檢查，找到了故障點(diǎn)，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(duì)地電壓次高相C 相，打破了我們以往的認(rèn)知“對(duì)地電壓最低相即是故障相”。接地故障發(fā)生時(shí)段遼陽市天氣情況：10 月26 日小雨轉(zhuǎn)多云，3 ～12℃；10 月27 日多云轉(zhuǎn)小雨，3 ～9℃。零星的小雨，潮濕的空氣，凌晨的低溫易產(chǎn)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(jìn)一步降低，最終在絕緣子表面沿面放電閃絡(luò)，形成了對(duì)地放電通道，系統(tǒng)發(fā)生接地故障。更換新絕緣子后，線路送電正常。

2 應(yīng)用相電壓矢量圖推算

2.1 理論依據(jù)——相電壓矢量圖

在小電流接地系統(tǒng)中，假設(shè)C 相經(jīng)過渡電阻Rd接地，正常時(shí)C 相對(duì)地電壓UC，相對(duì)地電容C0，三相相電壓為，三相對(duì)地電壓，中性點(diǎn)對(duì)地電壓，則各相對(duì)地電壓

其中A、B 相對(duì)地復(fù)導(dǎo)納表示為：YA=jωC0，YB=jωC0

因?yàn)镃 相經(jīng)過渡電阻Rd接地，故對(duì)地復(fù)導(dǎo)納表示為

一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)，我在一位收藏家朋友的票夾里看到幾枚1944-1946年由晉冀魯豫邊區(qū)政府發(fā)行的糧票，出于糧食工作的職業(yè)本能，我好說軟磨，硬是花錢將其買了下來，作為我的藏品。這是很珍貴的歷史文物，是我黨我軍光輝歷程的歷史見證，反映了糧食工作在中國(guó)革命歷史時(shí)期發(fā)揮的重要作用。自此我非常注意軍用糧票及有關(guān)資料的收集，翻開收藏的軍用糧票紀(jì)念冊(cè)，重溫我黨我軍的歷史，使我更加熱愛和珍惜現(xiàn)在的幸福生活。

在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)以及欠補(bǔ)償?shù)闹行渣c(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，當(dāng)Rd變化時(shí)，始端移動(dòng)軌跡是以接地相的相電壓為直徑，位于其順時(shí)針一側(cè)的半圓（如圖1）。

圖1 欠補(bǔ)償時(shí)C 相不完全接地相電壓矢量圖

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地過補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)，當(dāng)Rd變化時(shí)，始端的移動(dòng)軌跡是以接地相的相電壓為直徑，位于其逆時(shí)針一側(cè)的半圓（如圖2）。

圖2 過補(bǔ)償時(shí)C 相不完全接地相電壓矢量圖

2.2 推算

已經(jīng)實(shí)際確認(rèn)電壓次高相C 相為故障相，利用對(duì)地電壓矢量圖，以現(xiàn)有的兩組對(duì)地電壓值來進(jìn)行理論計(jì)算，分析接地故障時(shí)系統(tǒng)的補(bǔ)償狀態(tài)以及相電壓的關(guān)聯(lián)性變化。

在尚未確定系統(tǒng)接地故障時(shí)系統(tǒng)的補(bǔ)償狀態(tài)前提下，系統(tǒng)有可能是欠補(bǔ)償，也有可能是過補(bǔ)償，與之相應(yīng)d 點(diǎn)位置就有兩種可能，先假設(shè)d 位于C 相順時(shí)針側(cè)半圓上（如圖1）。

（1）以正常時(shí)相電壓UC和故障相對(duì)地電壓UCd為已知條件，求第一次接地時(shí)計(jì)算值Uod1、UAd1、UBd1

第一次接地時(shí)表計(jì)顯示值：

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

觀察以上兩組數(shù)據(jù)，分別比較A、B 相表計(jì)顯示值與對(duì)應(yīng)的計(jì)算值，可以發(fā)現(xiàn)契合度很高，所以假設(shè)成立。

2.3 推算結(jié)論

假設(shè)成立，說明點(diǎn)d 位于C 相順時(shí)針側(cè)半圓上，這具有兩方面的含義。

（1）故障相不是對(duì)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(dòng)跟蹤補(bǔ)償?shù)?，系統(tǒng)卻處于欠補(bǔ)償狀態(tài)。

3 欠補(bǔ)償?shù)脑蚍治?/h2>

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地是小電流接地系統(tǒng)的一種方式，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，中性點(diǎn)對(duì)地產(chǎn)生電壓，這個(gè)電壓作用在消弧線圈上，得到電感電流：

式中，U 為中性點(diǎn)對(duì)地電壓，V；XL為消弧線圈的電抗，Ω。

中性點(diǎn)對(duì)地電壓即是中性點(diǎn)位移電壓，發(fā)生單相完全接地時(shí)，中性點(diǎn)位移電壓為相電壓，前文已經(jīng)計(jì)算過，兩次接地故障較高的的中性點(diǎn)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(dāng)Uod2=1.04kV 時(shí)

查閱消弧線圈說明書，在單相完全接地時(shí)，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(diǎn)位移電壓太低，自動(dòng)跟蹤的消弧線圈即使調(diào)整至最高檔（15 檔），獲得的電感電流還不及單相完全接地時(shí)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(tǒng)欠補(bǔ)償運(yùn)行。為了應(yīng)對(duì)系統(tǒng)單相不完全接地時(shí)，中性點(diǎn)位移電壓過低的特殊情況，我們先提高了3#消弧線圈預(yù)補(bǔ)償檔位，再用2#消弧線圈進(jìn)行自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償。

4 結(jié)語

小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生兩相電壓降低的單相接地故障時(shí)，對(duì)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(dòng)接地報(bào)警信號(hào)裝置；中性點(diǎn)位移電壓較低，自動(dòng)跟蹤的消弧線圈即使調(diào)整至很高檔位，系統(tǒng)可能仍然處于欠補(bǔ)償狀態(tài)。在遇到這些異?，F(xiàn)象時(shí)，要排除干擾，正確判斷，盡快找出故障線路，防止故障擴(kuò)大化。