現(xiàn)階段10kV配網(wǎng)系統(tǒng)母線電壓異常判別及故障分析

張志軍

摘要:10kV配網(wǎng)系統(tǒng)母線電壓異常是電網(wǎng)運(yùn)行中的常見問題, 本文通過對(duì)電壓異?，F(xiàn)象進(jìn)行判別和故障分析,總結(jié)了10kV配網(wǎng)系統(tǒng)電壓異常的各種情況。并結(jié)合配網(wǎng)調(diào)度員實(shí)際工作指出了對(duì)故障的判斷及處理方法,從而提高調(diào)度員對(duì)電壓異常進(jìn)行快速分析、判斷和解決的能力。

關(guān)鍵詞：配網(wǎng)系統(tǒng)；電壓異常；判斷處理

中圖分類號(hào)： U472.42 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

0 引言

10kV配網(wǎng)系統(tǒng)電壓異?，F(xiàn)象在電網(wǎng)運(yùn)行中經(jīng)常遇到，但要想準(zhǔn)確及時(shí)地判斷處理并不是一件容易的事。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，引起10kV系統(tǒng)電壓異常最常見的是接地故障。由于我國(guó)3～66kV電力系統(tǒng)大多數(shù)采用中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的方式，即小電流接地系統(tǒng)。該系統(tǒng)最大優(yōu)點(diǎn)是發(fā)生單相接地故障時(shí)，不會(huì)破壞系統(tǒng)電壓的對(duì)稱性，并且故障電流值較小，不影響對(duì)用戶的連續(xù)供電，系統(tǒng)可連續(xù)運(yùn)行1～2 h。但長(zhǎng)期運(yùn)行由于非故障的兩相對(duì)地電壓升高至線電壓，可能引起電壓互感器燒化及電網(wǎng)的絕緣薄弱環(huán)節(jié)被擊穿，發(fā)展成為相間短路，使事故擴(kuò)大。

現(xiàn)有的10kV配網(wǎng)系統(tǒng)中，當(dāng)二次零序電壓超過絕緣監(jiān)測(cè)裝置的臨界值10～30V時(shí)就會(huì)發(fā)出接地告警信號(hào)。然而引起10kV系統(tǒng)電壓異常的因素非常多，可能是10kV系統(tǒng)設(shè)備故障，或是10kV電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)異常，均有可能造成系統(tǒng)發(fā)接地告警信號(hào)。對(duì)于目前大多數(shù)常規(guī)變電站無人值守改造后，必須依靠配網(wǎng)調(diào)度員在調(diào)度端對(duì)系統(tǒng)三個(gè)線電壓值、三個(gè)相電壓值及相關(guān)保護(hù)告警信息進(jìn)行分析判斷，盡快處理故障，消除電壓異常，恢復(fù)電網(wǎng)的正常運(yùn)行。

1 單相接地故障分析

單相接地是配電系統(tǒng)最常見的故障, 多發(fā)生在潮濕、雷雨天氣。按照接地類型,通?？煞譃榻饘傩越拥睾头墙饘傩越拥? 類。

(1)金屬性接地：接地相電壓為零，非故障的兩相電壓升為線電壓。原因主要有: 線路斷線接地、瓷瓶擊穿、電纜擊穿、線路避雷器擊穿、配電變壓器避雷器擊穿等。

(2)不完全接地：電壓顯示為一相升高、兩相降低；或者兩相升高、一相降低。原因主要有：線路斷線接地、瓷瓶爆裂、樹碰導(dǎo)線、配變燒毀等。電壓異常隨著接地電阻大小不同而不同，下面以中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)為例作簡(jiǎn)要分析：

圖1 簡(jiǎn)單三相配電網(wǎng)絡(luò)

圖1中，UA、UB、UC分別為該配網(wǎng)系統(tǒng)中各相電源相電壓，R為配網(wǎng)系統(tǒng)A相接地時(shí)的接地電阻。從圖中得知中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)存在對(duì)地絕緣電阻和電容，

則零序電壓（1）

式中UA為電網(wǎng)A相的電源相電壓；XC為電網(wǎng)單相對(duì)地電容容抗。

由此可以得出零序電壓有效值為：

（2）

U0與UA之間的相位角為180°—，其中，

= （3）

由以上（2）、（3）式我們可以知道隨接地電阻R變化接地電阻情況也不同，由此我們可以得知，絕緣電阻、對(duì)地電容和接地電阻對(duì)接地故障時(shí)零序電壓產(chǎn)生很大的影響。當(dāng)對(duì)地電容和絕緣電阻固定時(shí)，零序電壓U0隨接地電阻R變化的軌跡是以點(diǎn)為圓心，×為半徑的圓弧。當(dāng)R=0時(shí)，這些圓弧經(jīng)過（0，）點(diǎn)，即發(fā)生完全接地，此時(shí)有|Uo|=|UA|；當(dāng)R=∞時(shí)，圓弧經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)，即為正常運(yùn)行時(shí)|Uo|=0 。由此可以看出，當(dāng)r和C固定時(shí)，U0的相位角是隨R值變化的，在=60°時(shí)，故障相的對(duì)地電壓和滯后相的對(duì)地電壓大小相等；當(dāng)＜60°，故障相的對(duì)地電壓將小于其他兩相；當(dāng)＞60°時(shí)，故障相的對(duì)地電壓將大于滯后相的對(duì)地電壓。

由此可知，以正相序?yàn)榛鶞?zhǔn)，對(duì)地電壓最高相的滯后相為接地相；Uo超前Ua90°且|Ua|2+|Uo|2=|Uagq|2。

分三個(gè)區(qū)分析判斷：

A、兩相電壓升高，一相電壓降低，降低相為故障相（1區(qū)）

B、一相升高小于線電壓，兩相降低，電壓升高相的滯后相為故障相（2、3區(qū)）

圖2 A相接地時(shí)各相電壓變化規(guī)律

當(dāng)10kV配網(wǎng)系統(tǒng)母線電壓異常符合圖2所示的變化規(guī)律時(shí)，調(diào)度員可以通過上述分析判斷出接地相，并且能大概了解接地的程度。若小電流系統(tǒng)裝設(shè)有接地選線裝置且動(dòng)作，調(diào)度員可以立即通知線路運(yùn)維人員進(jìn)行巡線，并告知故障的相關(guān)信息，以方便巡線人員查找定位，更快速查出故障，縮短故障影響時(shí)間。

針對(duì)一些小電流系統(tǒng)沒有裝設(shè)選線裝置或選線正確率不高的情況，一般利用“瞬停法”逐一試?yán)伨€來查找接地故障的線路。在該母線上所有線路輪流拉路一遍后仍然沒有找到故障線路，則可能兩條及以上的線路同時(shí)發(fā)生單相接地，甚至是10kV母線或母線上設(shè)備發(fā)生單相接地。此時(shí)，必須將饋線逐一全部停下來，若接地故障仍然存在，則可判斷為母線或母線上設(shè)備接地；若接地信號(hào)復(fù)歸，則逐一試送饋線，以確定接地線路。對(duì)于多條線路同時(shí)接地的情況，調(diào)度員可通過線路的同桿架設(shè)及交叉跨越等情況來判斷可能的故障點(diǎn)，盡可能縮小查找范圍。

2 斷線故障分析

10kV配電網(wǎng)出現(xiàn)斷線故障的原因主要有線路斷線不接地，斷引線，過載或短路沖擊引起線路刀閘、電纜引線、線路接頭燒斷；斷路器非全相合閘導(dǎo)致缺相等。常見單相斷線，也可能發(fā)生兩相斷線。

（1）單相斷線：電源側(cè)斷線相電壓上升，小于1.5倍相電壓；其余兩相電壓下降且相等，大于0.866倍相電壓。電壓的幅度隨斷線位置的電氣距離不同而變化，對(duì)于末端線路斷線，其變化幅度不大。斷線點(diǎn)電源側(cè)線電壓不變，用戶不受影響。斷線點(diǎn)負(fù)荷側(cè)用戶缺相運(yùn)行，低壓側(cè)一相電壓不變，另外兩相電壓降低至0.5倍，不滿足三角形關(guān)系。

（2）兩相斷線：電源側(cè)一相電壓降低，其余兩相電壓升高。負(fù)荷側(cè)三相電壓降低。電壓的幅度隨斷線位置的電氣距離不同而變化，對(duì)于末端線路斷線，其變化幅度不大。

在單相斷線故障中，線路斷線除了觀察三相電壓的不對(duì)稱確定斷線長(zhǎng)度外，還可通過饋線電流是否減少來輔助判斷，如出線端斷線，則該相電流為0；線路中段或末段斷線，則各相電流減少程度各不同。另外，若斷線后電源側(cè)接地，調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)將發(fā)接地信號(hào)；若斷線后不接地或負(fù)荷側(cè)接地，系統(tǒng)一般情況下不發(fā)接地信號(hào)，但也有可能發(fā)接地信號(hào)。因此系統(tǒng)發(fā)接地信號(hào)未必證明電網(wǎng)一定存在接地故障，配網(wǎng)調(diào)度員應(yīng)充分利用故障信號(hào)及電壓、電流量判斷出斷線故障，給運(yùn)維人員提供較準(zhǔn)確的故障位置信息，達(dá)到快速?gòu)?fù)電的目的。

3 PT故障分析

PT高壓熔絲一相熔斷：電壓一般顯示為熔斷相降低，但不為0，其余兩相電壓不變。PT高壓熔絲兩相熔斷：電壓一般顯示為熔斷相電壓降低為0，非熔斷相電壓不變。

PT低壓熔絲一相熔斷：電壓一般顯示為熔斷相電壓為零，其余兩相電壓基本不變。PT低壓熔絲二相熔斷：電壓一般顯示為熔斷相電壓為零，正常相電壓基本不變。

PT高壓或低壓熔絲三相熔斷：三相電壓顯示為零。

PT或其二次回路故障造成系統(tǒng)電壓異常也在運(yùn)行中時(shí)有發(fā)生，且當(dāng)PT高壓熔絲一相或兩相熔斷時(shí)，二次回路的零序電壓數(shù)值可達(dá)100／3V，系統(tǒng)可能會(huì)誤發(fā)母線單相接地信號(hào)。因此調(diào)度員必須仔細(xì)分析電壓變化特點(diǎn)，如果只有PT故障發(fā)生，無論發(fā)生哪種類型故障，其三相電壓均不會(huì)超過相電壓。同時(shí)還需留意系統(tǒng)是否發(fā)出“PT斷線”信號(hào)，確認(rèn)故障，盡快通知人員處理。

4 多重故障分析

系統(tǒng)運(yùn)行中可能會(huì)出現(xiàn)一些異常的母線電壓及信號(hào)，造成難以判斷是線路故障還是PT故障，這時(shí)候需特別判斷系統(tǒng)是否出現(xiàn)多重故障。如PT三相或兩相熔絲熔斷且線路單相接地，由于熔斷相電壓為零, 無法判斷是否有接地故障, 可先按PT故障進(jìn)行檢查處理；若系統(tǒng)選線裝置曾發(fā)出線路接地信號(hào)，可認(rèn)為同時(shí)發(fā)生了接地故障，要一并處理。較常見的有PT一相高壓熔絲熔斷及線路單相接地同時(shí)發(fā)生，當(dāng)熔斷相與接地相是同一相時(shí),接地熔斷相可能升高,也可能降低,其余兩相升高。當(dāng)接地相與熔斷相是異相時(shí),接地相為零,熔斷相可能升高,也可能降低,另一相升高?？衫_接地線路并通知運(yùn)維人員巡線，同時(shí)通知巡檢人員盡快到變電站處理PT故障，恢復(fù)PT正常運(yùn)行及對(duì)母線電壓的監(jiān)視。

5 鐵磁諧振分析

配電系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振的原因較多, 除送空母線時(shí)母線對(duì)地電容和電壓互感器形成的諧振較易判斷并消除外, 其他的都較難判斷。小電流接地系統(tǒng)發(fā)生諧振能造成系統(tǒng)中的避雷器爆炸，電壓互感器高壓熔絲甚至燒壞等危害，因此要及時(shí)判斷處理。從整體上看, 鐵磁諧振一般表現(xiàn)為一相、兩相甚至三相對(duì)地電壓升高, 部分情況下電壓表會(huì)發(fā)生低頻擺動(dòng)。如果出現(xiàn)電壓異常升高, 且沒有任何一相電壓降低情況出現(xiàn), 則應(yīng)該考慮是否由鐵磁諧振所造成, 可通過投入或退出電容器、電抗器；投入空載線路或設(shè)備等方式改變系統(tǒng)參數(shù), 消除諧振。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文對(duì)10kV配網(wǎng)系統(tǒng)母線電壓在各種故障情況下的變化作了大致的分析，希望調(diào)度值班人員能夠?qū)Υ诉M(jìn)行參考，仔細(xì)觀察各相電壓的數(shù)據(jù)及特點(diǎn)，并進(jìn)行準(zhǔn)確判斷和處理。從而更快地查找故障、減少故障停電時(shí)間，防止事故擴(kuò)大，達(dá)到快速?gòu)?fù)電的目的，并保障配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] 蒙巖.10kV系統(tǒng)電壓異常的表現(xiàn)形式分析與判斷處理[J].中國(guó)科技信息, 2006,(5)：148

[2] 唐大勘，惠 民. 10 kV 系統(tǒng)單相接地故障分析[J].電氣時(shí)代, 2011,(6): 86-87.