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摘要：本文通过一个具体案例，介绍了电力系统中特殊运行方式下的单相接地现象，针对特殊运行方式下出现的电压监视“盲区”，设计了一种检测方案。此方案能够实现对“盲区”电压进行监测，当电压持续超过电压阀值2分钟后发出报警和信号后台推送。本检测系统已取得国家专利。
关键字：特殊运行方式；电压监视“盲区”；单相接地；辅助告警系统
1 引言
1.1 典型案例
2012年浙江某110kV变电站发生主变35kV开关热备用状态下，电缆接头和35kV过渡触头柜开关侧穿柜套管单相接地的情况。事后分析原因是由于电缆接头绝缘不良先击穿后现场无法及时告警，使得35kV过渡触头柜开关侧穿柜套管绝缘薄弱处击穿，跳主变，扩大了事故范围。以上案例是一种“特殊运行方式”下的单相接地现象。
目前，在电力生产过程中，由于35kV开关柜检修、技改等工程，或者调度安排常常要求主变处于特殊运行方式。以220kV变电站为例如图1所示，35kV侧比较普遍的电气连接为：变压器35kV套管——铜铝母排（或软母线、电缆）——主变35kV过渡触头——主变35kV开关——35kV母线——各馈线和母线压变等。“主变特殊运行方式”指220kV或110kV变压器35kV、10kV侧主变开关断开（热备用、冷备用或检修）的运行方式。
1.2电压监视盲区
在主变特殊运行方式下，由于主变开关处于热备用，35KV母线压变无法监视从主变35kV套管至35kV过渡触头之间的联络电缆、铜排等的电压，如果某一点发生单相接地，母线压变将无法告警，相当于如图1虚线所示这一小段连接线失去了保护。这一段线缆也就是特殊运行方式下的电压监视盲区。
1.3 接地危害
目前我国配电网均采用中性点不直接接地的方式，亦称为小电流接地系统。中性点非直接接地系统中，单相接地的后果，导致非故障相的电压升高，在金属性接地的情况下非故障相升高到额定相电压的 倍，虽然35kV及以下电网单相接地可以继续运行一段时间（运规2小时）[1]，但在没有告警装置告警的情况下，加上目前的无人值班模式，非故障相将长期承受较高电压，对绝缘造成破坏，最终造成两相短路接地，相当于主变35kV侧出口短路，后果严重。这种故障情况对连接线为35kV电缆的变电站更为严重，因为电缆的绝缘裕度没有瓷绝缘子来的高。
为了保证电力系统安全运行，针对这种特殊运行方式下导致的故障，我们决定开发一种辅助告警装置，它能够监视“盲区”电压，当发生单相接地时及时告警，通知调度和运行人员及时采取措施，避免事故发生。
2 设计技术方案
2.1 设计依据
因在发生单相接地故障时，非故障相电压会升为线电压，所以可以通过检验三项中任一相的电压，来判断是否有单相接地故障[2]。这里需要设定电压阀值和延时时间。
过电压阈值设定问题，可以根据设计或者实际运行经验来确定。按照相关标准，35kV以下系统每相电压最高运行电压为1.15倍的额定相电压[3]，另外一般单相接地非故障相电压均远远超过1.2倍额定相电压，我们认为设定1.2倍比较合理，即K=1.2；这样可以有很高的灵敏度
延时△t的问题，因35kV以下系统单相接地可以运行一段时间，如果电压一超过设定的电压阈值就立即告警容易导致误报，有时候电力系统出现震荡电压波动过大超过阈值一定时间也是有可能的[4]。但如
果电压持续超过阈值一段时间后还是没有恢复正常，我们就认为发生了单相接地，这个持续时间可以在时间继电器上任意设定（出厂设定），可以是几秒钟或几分钟，一定的延时可以在增加报警正确性的同时也兼顾系统运行可靠性。这里设定延时时间为2分钟。
根据以上分析可得，当相电压超过电压阀值的1.2倍，并持续两分钟，即可判断为永久性接地故障。
2.2 系统结构及原理
目前主变35kV（10kV）过渡触头柜中安装有带电显示装置，将带电显示装置进行改造，使其不仅能够显示电压的有无，而且能够实时监测“盲区”相电压是否超出电压阈值的1.2倍，超出并持续两分钟后发出报警指示。并将信号传到后台。
其系统原理图如下图2所示：
系统由高电压传感器、电信号比较器、报警灯、光电耦合器，延时电路和警铃组成。三相电压传感器安装在过渡触头柜下桩头，和主变35kV连接引线的一端相连，即使在主变35kV开关断开的情况下，也可以感知主变35kV侧的电压情况。系统的工作原理是通过浇注在高压传感器内部的高压电容芯棒从高压侧取出微弱电流信号，经电压比较器进行电压比较，判断出高压侧电压值，在相电压超出预定值时，装置面板上的报警灯发出亮灯报警。通过光电耦合器器接通延时电路，当相电压超出电压阈值持续2分钟，系统的告警接点动作，发出进一步的报警通知，并将信号传送至后台。
本报警装置已通过动作试验以及绝缘试验，已取得国家专利[5]并移交相关厂家进行产品的型式试验，以便于推广应用。
最后，我们想指出的是，这个单相接地告警装置只是用于主变特殊运行方式下，正常运行方式下还是由母线压变（产生零序电压3U0）来进行接地告警，所以其检测的精度和原理不能和电压互感器相比。在主变特殊运行方式下将其作为一种单相接地告警的辅助装置，为运行和调度人员的决策争取时间，减少负荷损失，避免设备损坏是检测系统所想要达到的目的。
3结束语
单相接地故障是电力系统中最最常见的运行故障。针对电力生产中特殊运行方式下的电压监视“盲区”出现的接地现象。本文设计了
辅助电压监测告警装置，能够很好的实现电压量的采集，超过电压阀值时警示以及持续超过阀值电压两分钟后的报警和信号后台推送，进一步完善了电力系统中的电压监测，对确保电力系统稳定运行效果显著。
参考文献：
[1]程刚，王军.浅析中性点不接地变压器单相接地故障的危害[J].南钢科技，2000，第2期
[2]刘崇德.新型高压带电显示装置设计[J].中国电力，1994，17-20.
[3]洪乐洲，谢超，叶林等.深圳换流站换流变阀侧电压监视告警分析[J]. 电工技术，2013，2：65-67.
[4]袁大陆. 《高压带电显示装置技术条件》简介 [J]. 电力标准化与计量，1994，4：14-16.
[5]吴英俊.一种单相接地故障检测电路、方法以及系统. 中国专利：103558502，2014.
作者简介：
姜炯挺，1985年生，浙江余姚人，工程师，从事绝缘监督工作.
论文作者:姜炯挺
论文发表刊物:《电力设备》2017年第6期
论文发表时间:2017/6/13
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