两相电压降低的单相接地故障异常现象分析

黄刚，黄硕，侯国双，白瑞

（1.中国石油辽阳石化分公司调度中心；2.中国昆仑工程公司辽宁分公司；3.中国石油辽阳石化分公司研究院；辽宁 辽阳 111003）

两相电压降低是小电流接地系统中单相接地故障的特殊类型，会有一些异常的现象相伴出现，虽然有一些专家学者进行过理论研究，但未能查到实际案例报告，将此案例分享出来，希望对同行们起到借鉴作用。

1 接地故障排查经过

1.1 系统运行方式简介

电厂6.0kV 系统为小电流接地系统，中性点经消弧线圈接地，东母线为工作母线，西母线为备用母线，正常运方式为6.0kV 东母Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段运行，分段开关612、623 均投入运行，母联开关610、620、630 断开备用。电厂6.0kV 系统负责对公司内6 个二级变电所供电，各变电所均为双回线供电，单母线分段运行，互为备用，母线分段开关断开，备用自投。6.0kV 系统共有三台消弧线圈，正常运行时，2#弧线圈自动跟踪补偿，设定过补偿10A，3#消弧线圈调至2 档预补偿，1#消弧线圈停电备用。

1.2 第一次接地报警

2018 年10 月26 日10:59 电厂6.0kV 系统绝缘监察装置发出了接地报警信号。以往的经验是在小电流接地系统中，发生单相接地故障时，只有一相对地电压降低，另两相对地电压升高，电压降低相为故障相。当班人员观察三相对地电压，发现了一个从没见过的现象，两相降低，一相升高，分别为A 相3.0kV，B 相4.0kV,C 相3.4kV。系统正常时的线电压为6.0kV，相电压三相平衡，3.46kV。各二级变电所都是同样现象，两相降低，一相升高，但是各二级变电所绝缘监察装置都没有发出接地报警信号。自动跟踪的2#弧线圈也有了异常动作，自动调整至从未达到过的档位——最高档15档。运行人员利用各二级变电所均是双回线供电的方式，进行不间断供电倒负荷，分别合上各二级变电所母线分段开关，轮流停进线电缆排查，未能找到故障点。随后采用分割电网法缩小排查范围。运行人员拉开Ⅰ、Ⅱ段分段开关612，发生意外变化，整个系统电压瞬间恢复正常。分析认为拉分段开关时流经接地故障点的电容电流发生突变，使对地放电通道遭到破坏，放电电流熄灭，系统绝缘恢复。

1.3 第二次接地报警

10 月27 日2:36 电厂6.0kV 系统再次发出接地报警，这次各二级变电所也都有了报警信号，系统对地电压仍然表现为两相降低，一相升高，但电压与前一天不同，分别为A相2.9kV，B 相4.5kV，C 相3.3kV。拉开6.0kV Ⅰ、Ⅱ段分段开关612，确定Ⅰ段母线电压不正常。B55 变电所Ⅰ段母线上有一条架空线——东井群线，将该线路停电后，报警解除，系统恢复正常。

1.4 接地报警差异性分析

在小电流接地系统中，利用电压互感器的开口三角，感应出零序电压，供给绝缘监察装置的电压继电器。当系统发生接地故障时，开口处会产生电压，发出声光报警信号。电压继电器的动作电压一般整定在15 ～30V，我公司电厂整定在15V，二级变电所整定在30V。10 月26 日10:59 电厂6.0kV 系统发生不完全接地故障时，电厂的接地报警电压继电器动作，而二级变电所的电压继电器没能起动，说明开口三角感应出的零序电压介于15V 和30V 之间。10 月27 日2:36 系统再次接地时，各变电所都有接地报警信号，说明开口三角的电压超过30V，各变电所接地报警的电压继电器都起动了。

1.5 查到故障点位于电压次高相C 相

东井群线经检查，找到了故障点，一只边缘破损，表面有放电灼烧痕迹的伞形绝缘子，该绝缘子位于对地电压次高相C 相，打破了我们以往的认知“对地电压最低相即是故障相”。接地故障发生时段辽阳市天气情况：10 月26 日小雨转多云，3 ～12℃；10 月27 日多云转小雨，3 ～9℃。零星的小雨，潮湿的空气，凌晨的低温易产生雾和露水，加上绝缘子表面有一定程度的脏污，各种条件相互作用，使绝缘子的绝缘性能进一步降低，最终在绝缘子表面沿面放电闪络，形成了对地放电通道，系统发生接地故障。更换新绝缘子后，线路送电正常。

2 应用相电压矢量图推算

2.1 理论依据——相电压矢量图

在小电流接地系统中，假设C 相经过渡电阻Rd接地，正常时C 相对地电压UC，相对地电容C0，三相相电压为，三相对地电压，中性点对地电压，则各相对地电压

其中A、B 相对地复导纳表示为：YA=jωC0，YB=jωC0

因为C 相经过渡电阻Rd接地，故对地复导纳表示为

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在中性点不接地系统以及欠补偿的中性点经消弧线圈接地系统，当Rd变化时，始端移动轨迹是以接地相的相电压为直径，位于其顺时针一侧的半圆（如图1）。

图1 欠补偿时C 相不完全接地相电压矢量图

中性点经消弧线圈接地过补偿的系统，当Rd变化时，始端的移动轨迹是以接地相的相电压为直径，位于其逆时针一侧的半圆（如图2）。

图2 过补偿时C 相不完全接地相电压矢量图

2.2 推算

已经实际确认电压次高相C 相为故障相，利用对地电压矢量图，以现有的两组对地电压值来进行理论计算，分析接地故障时系统的补偿状态以及相电压的关联性变化。

在尚未确定系统接地故障时系统的补偿状态前提下，系统有可能是欠补偿，也有可能是过补偿，与之相应d 点位置就有两种可能，先假设d 位于C 相顺时针侧半圆上（如图1）。

（1）以正常时相电压UC和故障相对地电压UCd为已知条件，求第一次接地时计算值Uod1、UAd1、UBd1

第一次接地时表计显示值：

（2）以正常时相电压UC和故障相对地电压UCd为已知条件，求第二次接地计算值Uod2、UAd2、UBd2

观察以上两组数据，分别比较A、B 相表计显示值与对应的计算值，可以发现契合度很高，所以假设成立。

2.3 推算结论

假设成立，说明点d 位于C 相顺时针侧半圆上，这具有两方面的含义。

（1）故障相不是对地电压最低相的A相，而是次高相C相。

（2）消弧线圈虽然是自动跟踪补偿的，系统却处于欠补偿状态。

3 欠补偿的原因分析

中性点经消弧线圈接地是小电流接地系统的一种方式，当系统出现单相接地故障时，中性点对地产生电压，这个电压作用在消弧线圈上，得到电感电流：

式中，U 为中性点对地电压，V；XL为消弧线圈的电抗，Ω。

中性点对地电压即是中性点位移电压，发生单相完全接地时，中性点位移电压为相电压，前文已经计算过，两次接地故障较高的的中性点位移电压：

以2#消弧线圈置于最高档为例说明：

最高档（15 档）感抗XL=39.1Ω

当Uod2=1.04kV 时

查阅消弧线圈说明书，在单相完全接地时，将2#消弧线圈置于1 档即可获得28A 电感电流。

由于本起接地故障中性点位移电压太低，自动跟踪的消弧线圈即使调整至最高档（15 档），获得的电感电流还不及单相完全接地时1 档的电流。2#、3#消弧线圈加在一起的电感电流仍小于接地电容电流，造成了系统欠补偿运行。为了应对系统单相不完全接地时，中性点位移电压过低的特殊情况，我们先提高了3#消弧线圈预补偿档位，再用2#消弧线圈进行自动跟踪补偿。

4 结语

小电流接地系统中发生两相电压降低的单相接地故障时，对地电压最低的不一定是故障相；开口三角电压较低，不一定能起动接地报警信号装置；中性点位移电压较低，自动跟踪的消弧线圈即使调整至很高档位，系统可能仍然处于欠补偿状态。在遇到这些异常现象时，要排除干扰，正确判断，尽快找出故障线路，防止故障扩大化。