关键词： 电力系统； 绝缘测量； 带电接地试验
Detection on Insulation of Floating Neutral Point
Power System-to-EarthSHEN Zhong-yao
(Sinopec Jinling Petrochemical Corporation，Nanjing 210037,China)
Abstract： Most of the discussion is focused on how to detect the insulation of floating neutral point system-to-earth when the system is energized and the insulation reduced.It is different from the conventional trouble-shooting on accidentally earthed power line. Calculation and study are also made here on the detected data collected from the purposed earthing test, so as to put forward a constructive thinking way and the points to be considered.
Keywords： power system； insulation detection； energized earthing test
在以高压电缆为主要馈线的6 kV小电流接地系统中，最常见的电气绝缘故障多为“单相接地”。而“单相接地”又可分为金属性单相接地和非金属性单相接地即高阻接地。当出现金属性单相接地时，接地相对地电压为零，其他两相对地电压将升高1.73倍，并可能产生瞬间过电压进而引起电气设备绝缘击穿或导致严重的短路事故。目前广泛采用的接地故障检测仪只能查找出产生金属性单相接地故障的线路，而在金属性单相接地故障发生前一般都有一个高阻接地的过程，因而如何去解决绝缘严重下降即出现单相高阻接地时的监测技术问题就显得尤其重要。为了解决这一问题，曾经进行带有一定危险性的试验，现就这一试验结果进行分析探讨。
1 6 kV系统单相高阻接地时的理论分析
在分析试验结果之前，先从理论上分析出现单相高阻接地时对系统的影响。
当系统某一线路单相对地绝缘严重下降时，相当于通过一个较大的电阻R引起高阻接地，便会在系统中产生一个微小的零序电流及零序电压分量，此零序电流与绝缘薄弱点形成回路，其等效零序电流回路如图1所示。
由图1可见，流入绝缘降低点的零序电流等于系统中所有不平衡电容电流的总和。并且绝缘降低线路的零序电流方向(流入)与正常线路的零序电流方向(流出)相反，IJD=IJD1+IJD2+IJD3+…+IJDN。故障线路的零序电流I′JD等于系统总不平衡电容电流IJD减去故障线路不平衡电容电流IJD3，IJD的大小还与绝缘降低的程度即R的大小有关。因此，掌握绝缘降低而引起的零序电流与零序电压之间的变化规律是要进一步讨论的问题。将图1简化成图2所示的等效电路，如果A相绝缘降低，这就相当于A相的对地电容Ca上并了一个等效电阻R。
IJD1，IJD2，IJD3，IJDN为各条线路流出的不平衡电容电流(零序电流)； IJD为流过故障点绝缘电阻R的零序电流； I′JD为流过故障线路的零序电流； R为绝缘薄弱点的绝缘电阻； C1，C2，C3为各条线路的对地电容
图1 高阻接地零序电流示意图
Ea，Eb，Ec为各相电动势； Ca，Cb，Cc为各相对地电容； Ir，Ia，Ib，Ic为各支路电容电流(其中-Ir=Ijd)
图2 等效电路
假设A相绝缘电阻已降到R=10 000 Ω，即电导YR=1×10-4S，各相容抗Xc=-j2 000 Ω，电纳Yca=Ycb=Ycc=Yc=1/Xc=1/(-j2 000) S，即Yc=j5×10-4 S，当三相平衡时，可近似地认为Ea=Eb=Ec=E，因此可计算出下列有关数据。
零序电压：
Ud0=∑E×Y/∑Y=Ea/(1+3Yc/Yr)=0.066 6E×e-j86.2(V)
各相对地电压：
Uad=Ea-Ud0=0.998 E×ej3.8(V)
Ubd=Eb-Ud0=0.946 E×e-j122.2(V)
Ucd=Ec-Ud0=1.123 E×ej118.4(V)
零序电流：
-Ijd=Ir=Uad/R=6.6×10-6E×ej3.8(A)
由计算结果可以看出，当A相绝缘下降时(即出现高阻接地时)，在中心点不接地的6 kV高压系统中，产生了零序电压和零序电流，并会引起中心点位移，各相对地电压也产生不平衡，但在高阻接地时相对地电压不平衡度较小，产生的零序电压和零序电流也较小。
还可以看出，由于零序电流Ijd(-Ir)的出现，各相电容电流也会产生不平衡，且零序电流Ijd的相位超前零序电压Ud0 90°，并与正常线路流出的不平衡电容电流方向相反。
2 6 kV带电人为接地试验
在上述理论分析的基础上，曾进行过6 kV中心点不接地系统带电运行中人为接地试验，试验分两类，金属性单相接地试验和非金属性单相接地即高阻接地试验。试验实测数据见表1。
表1 人为接地试验实测数据
零序电流Ijd=0.074 A，零序电压Ud0=49 V，各相对地电压Uad=3 726 V，Ubd=3 708 V，Ucd=3 730 V。
由此可以看出，实际测试结果与理论上的推导结果基本一致。
3 结论分析
论述了6 kV中心点不接地系统中在单相绝缘降低时存在着微小的零序电流及零序电压分量，并以定性和定量的两种方式入手，从理论计算到实际带电测试，对所产生的微小的零序电流及零序电压分量进行对比和分析，其初衷是为了让人们对单相绝缘降低即高阻接地现象能有进一步的了解，并希望业内人士引起足够的重视，找出单相绝缘降低时如何科学地解决对运行中单相绝缘降低时的绝缘值进行测量显示、预先报警的问题。真正做到防范于未然，提高供电的安全可靠性。
要解决单相绝缘降低时的绝缘值测量显示、预先报警的问题并不是一件轻而易举的事。首先，现有的零序电流互感器需提高其灵敏度，以达到收集其一次侧弱小的毫安级零序电流。这就需要设计一种用高导磁材料制成的新型零序电流互感器，以满足对灵敏度的要求。
其次，要提高在接受信号和检测信号时的抗干扰能力。由于安装环境的周围存在着较强的电磁场，必然会对高灵敏度零序电流互感器产生干扰影响。因此，不仅要对互感器本身采取屏蔽措施，还要对其二次侧电流信号引出线进行屏蔽处理。这样，才能保证其输出的电流信号不会失真。此外，零序电压信号可以从三相五柱电压互感器的二次开口三角形处方便地取出，但零序电压信号是含有奇次谐波叠加的正弦波，且奇次谐波以三次谐波为主。因此要对零序电压信号进行正弦滤波。
综合考虑以上原理及要求，再设计出全新的监测装置，以解决对运行中单相绝缘降低时绝缘值的测量显示、预先报警等问题。 作者单位：(金陵石化公司，江苏 南京 210037)
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