10kV電網(wǎng)三相電壓不平衡分析與處理

鄭書(shū)煌

摘要：東南沿海地區(qū)受氣候及地形影響，10kV電網(wǎng)易發(fā)生三相電壓不平衡現(xiàn)象，但非短路故障按目前的保護(hù)裝置配置無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的準(zhǔn)確判斷隔離。文章總結(jié)了沿?？h城10kV配網(wǎng)電壓不平衡現(xiàn)象的類(lèi)型、特征及異常電壓信號(hào)的分析與處理。

關(guān)鍵詞：10kV電網(wǎng)；電壓不平衡；故障處理；非短路故障；電力保護(hù)裝置；電力系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TM83 文章編號(hào)：1009-2374（2016）31-0116-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.31.058

連江縣地處東南沿海，靠海多山，部分地區(qū)受臺(tái)風(fēng)、雷雨等氣候?yàn)?zāi)害影響嚴(yán)重，加之樹(shù)線矛盾、外力破壞等原因，10kV電網(wǎng)電壓三相不平衡情況時(shí)有發(fā)生。連江地區(qū)10kV電網(wǎng)采用的是小電流接地系統(tǒng)，非短路故障按目前的保護(hù)裝置配置無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的準(zhǔn)確判斷隔離，調(diào)度員只能通過(guò)對(duì)母線電壓變化的解讀和分析來(lái)判斷故障類(lèi)型，確定處理方案。

1 三相電壓不平衡故障類(lèi)型及影響

10kV電網(wǎng)發(fā)生三相電壓不平衡異常情況大致有四類(lèi)；

1.1 測(cè)量回路故障

測(cè)量回路故障主要是電壓互感器一次或二次回路斷線。電壓互感器故障將影響繼電保護(hù)、測(cè)量和計(jì)量功能的正常使用，使調(diào)控員無(wú)法正常監(jiān)控電網(wǎng)運(yùn)行情況，對(duì)電網(wǎng)故障無(wú)法及時(shí)處理。

1.2 運(yùn)行參數(shù)異常

運(yùn)行參數(shù)異常，比如諧振故障。10kV系統(tǒng)發(fā)生諧振時(shí)，在諧振電壓和工頻電壓的作用下，會(huì)造成電壓互感器內(nèi)部過(guò)電壓，持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)將導(dǎo)致電壓互感器燒毀，甚至引起母線故障。

1.3 失地故障

1.3.1 單相失地故障，10kV配電網(wǎng)絡(luò)一般是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，發(fā)生單相失地故障時(shí)，在故障點(diǎn)僅產(chǎn)生很小的電容電流，不影響系統(tǒng)各點(diǎn)對(duì)地電位變化，UA、UB、UC電壓三角形未變，不影響用戶用電，因此線路發(fā)生單相失地后，規(guī)程允許再繼續(xù)運(yùn)行1～2小時(shí)。

1.3.2 兩相失地故障，兩相接地短路后，一般會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)保護(hù)動(dòng)作，切除故障線路。

1.4 斷線故障

斷線故障，造成系統(tǒng)非全相運(yùn)行，可能危及人身安全，一般不允許長(zhǎng)期存在，調(diào)度應(yīng)及時(shí)斷開(kāi)故障線路。

2 三相電壓不平衡信號(hào)特征

發(fā)現(xiàn)10kV母線三相電壓不平衡時(shí)，調(diào)度員首先要了解各相電壓情況，然后根據(jù)電壓值變化情況，根據(jù)理論知識(shí)和工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，判斷故障引起原因、種類(lèi)，幫助現(xiàn)場(chǎng)人員尋找故障點(diǎn)。

經(jīng)過(guò)多年對(duì)10kV電網(wǎng)發(fā)生三相電壓不平衡故障的現(xiàn)象的觀察記錄，并查詢了一些資料，三相不平衡故障大致有以下信號(hào)特征：

2.1 電壓互感器故障

2.1.1 PT高壓熔絲熔斷：熔斷相電壓為接近零，其他相不變，與故障相有關(guān)的線電壓接近相電壓，與故障無(wú)關(guān)的線電壓不變。

2.1.2 PT低壓熔絲熔斷：熔斷相電壓為零，其他相基本不變，與故障相有關(guān)的線電壓變?yōu)橄嚯妷海c故障無(wú)關(guān)的線電壓不變。

2.1.3 PT高壓或低壓熔絲三相熔斷：三相電壓為零。

2.2 諧振引起

2.2.1 基波諧振：與失地信號(hào)相似，一相電壓降低但不為零，兩相電壓升高超過(guò)線電壓或兩相電壓降低但不為零，一相電壓升高。

2.2.2 分頻諧振：三相電壓依次輪流升高或同時(shí)升高不超過(guò)線電壓。

2.2.3 高頻諧振：三相電壓同時(shí)升高。

2.3 失地故障

2.3.1 10kV母線一相電壓接近零，另兩相電壓升高到線電壓，表示電壓為零相金屬性失地。

2.3.2 10kV母線一相電壓降低，但不為零，另兩相電壓升高但不相等，表示電壓降低相非金屬性失地。

2.3.3 10kV母線一相電壓升高不超過(guò)線電壓，兩相電壓降低但不相等，表示可能是升高相的下一相失地。

2.3.4 10kV母線一相電壓升高，最高到額定電壓的1.55倍，兩相電壓降低，最低為零，可能是某兩相失地（未跳閘）。

2.4 斷相故障

2.4.1 線路單相斷相：10kV母線電壓表現(xiàn)為一相升高、兩相降低或者一相降低、兩相升高。電壓值與斷相線路長(zhǎng)度有關(guān)。

2.4.2 線路兩相斷相：10kV母線電壓表現(xiàn)為一相升高、兩相降低或者一相降低、兩相升高。電壓值與斷相線路長(zhǎng)度有關(guān)。

2.4.3 線路斷相時(shí)，負(fù)荷端如果懸空，則負(fù)荷端的斷線相仍然有電壓，但三相電壓不平衡。

2.4.4 線路斷相與非金屬性失地電壓信號(hào)有時(shí)類(lèi)似。

3 三相不平衡故障處理

當(dāng)10kV母線電壓出現(xiàn)不平衡信號(hào)，首先要排除電壓互感器故障，其次排除運(yùn)行參數(shù)異常，最后才考慮是否一次設(shè)備故障。

3.1 電壓互感器一次或二次回路故障

如果電壓互感器一次或二次回路故障，與故障相有關(guān)的線電壓值降低或者有關(guān)的有功功率突然大幅降低，也可判斷為電壓互感器故障。

一次設(shè)備故障與電壓互感器同時(shí)發(fā)生故障，首先隔離一次設(shè)備故障，然后處理電壓互感器故障。

3.1.1 高壓熔絲熔斷處理：（1）退出可能誤動(dòng)的保護(hù)裝置；（2）將故障PT轉(zhuǎn)檢修；（3）更換高壓熔絲；（4）PT轉(zhuǎn)運(yùn)行；（5）將已退出的保護(hù)投入。注意：變電站內(nèi)具備PT二次并列條件的，調(diào)度員應(yīng)先將PT二次并列運(yùn)行再退出故障PT。

3.1.2 低壓熔絲熔斷處理：（1）退出可能誤動(dòng)的保護(hù)裝置；（2）更換PT低壓熔絲或?qū)⒖臻_(kāi)合上；（3）檢查電壓是否正常；（4）將退出的保護(hù)投入。注意：變電站內(nèi)具備二次并列條件的，詢問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)檢查具備并列能力和條件的，調(diào)度應(yīng)將PT二次并列再更換熔絲，嚴(yán)禁將正常運(yùn)行的PT二次并列至故障PT的二次。

3.1.3 電壓互感器發(fā)生異常情況（如冒煙、內(nèi)部放電等），應(yīng)先斷開(kāi)該電壓互感器所在10kV母線的電源，再隔離故障電壓互感器。禁止直接拉開(kāi)該電壓互感器的電源隔離開(kāi)關(guān)，其二次側(cè)不得與正常運(yùn)行的電壓互感器二次側(cè)并列。

3.2 諧振故障

對(duì)于10kV不接地系統(tǒng)，主要解決措施是投入消弧線圈和改變運(yùn)行方式，調(diào)度員可結(jié)合實(shí)際情況處理，大致步驟如下：（1）分/合10kV母分開(kāi)關(guān)；（2）投退電容器；（3）按規(guī)定的順序分/合10kV線路開(kāi)關(guān)；（4）切除主變低壓側(cè)開(kāi)關(guān)。

3.3 單相失地故障

單相失地故障，為防止擴(kuò)大故障，保護(hù)應(yīng)及時(shí)發(fā)出信號(hào)，以便調(diào)度員采取措施，及時(shí)排除故障。

尋找接地故障應(yīng)按下列順序進(jìn)行：（1）判明是否真正失地，首先檢查分路零序保護(hù)和小電流接地尋找裝置是否動(dòng)作，消弧線圈動(dòng)作及絕緣監(jiān)視表計(jì)指示情況；（2）兩臺(tái)主變并列運(yùn)行時(shí)，斷開(kāi)母聯(lián)開(kāi)關(guān)分割網(wǎng)絡(luò)；（3）試?yán)蛰d線路；（4）電網(wǎng)分割成電氣不相連的幾個(gè)部分；（5）用倒換母線的方法檢查母線上的互感器；（6）按拉負(fù)荷序位或調(diào)度規(guī)定的序位試?yán)伨€尋找故障點(diǎn)；（7）試?yán)€路后故障未消除，應(yīng)立即合閘（注意：嚴(yán)禁在兩系統(tǒng)都有失地的情況下互相并列倒負(fù)荷）。

當(dāng)逐條拉合后接地信號(hào)仍未消失，可考慮是同一母線上多條線路同相失地，調(diào)度員可按規(guī)定順序逐條選切線路，直到故障信號(hào)消失，再逐條合線路開(kāi)關(guān)，以查找故障線路。

若母線上所有線路開(kāi)關(guān)均斷開(kāi)，失地信號(hào)仍存在，則可判斷是母線或母線所屬設(shè)備本身單相絕緣被擊穿。此時(shí)調(diào)度員需迅速安排故障母線上的10kV線路轉(zhuǎn)負(fù)荷，將故障母線空出，準(zhǔn)備檢修人員搶修。

3.4 斷相故障

高壓斷相的情況：（1）高壓斷相處兩端導(dǎo)線懸空，沒(méi)斷線兩相通過(guò)負(fù)載與斷線導(dǎo)線負(fù)荷端相連，斷線點(diǎn)負(fù)荷端電壓為0.5倍相電壓，其他兩相不變；（2）高壓斷相，故障相未接觸地面或落在絕緣物體上，斷相相對(duì)地電容電流變小，對(duì)地電壓相對(duì)較高，正常相相對(duì)較低；（3）高壓斷相，故障相負(fù)荷側(cè)導(dǎo)線落在地上，正常相通過(guò)用戶變壓器與故障導(dǎo)線相連形成非金屬性接地。所以正常相電壓降低，故障相電壓升高。

斷相故障雖沒(méi)有短路故障后果嚴(yán)重，但對(duì)三相電機(jī)及系統(tǒng)運(yùn)行和繼電保護(hù)有一定影響。調(diào)度員判斷為斷相故障后，通知供電所人員查詢線路上用戶的電器使用是否正常，電壓是否穩(wěn)定，特別是有三相電機(jī)的用戶。

3.4.1 如果用戶反映高壓有缺相現(xiàn)象，變電站10kV母線電壓又出現(xiàn)三相電壓不平衡，說(shuō)明斷線的線路較長(zhǎng)。

3.4.2 如果三相電壓不平衡，卻無(wú)明顯失地特征時(shí)，應(yīng)聯(lián)系故障線路末端用戶，如用戶用電正常，則可判斷為失地故障。

3.4.3 通過(guò)查詢某一用戶可大致確定斷相點(diǎn)范圍，缺相點(diǎn)前用戶電壓正常，缺相點(diǎn)后用戶電壓不正常，三相電動(dòng)機(jī)不啟動(dòng)。

3.5 多點(diǎn)失地故障

電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行發(fā)生過(guò)以下情況：（1）一條10kV線路一相失地時(shí)正常相電壓升高導(dǎo)致本線路所屬同一母線上其他設(shè)備正常相的絕緣薄弱環(huán)節(jié)擊穿，造成兩點(diǎn)對(duì)地短路跳閘；（2）同一母線上的線路，不同相的兩個(gè)點(diǎn)依次失地，形成兩點(diǎn)對(duì)地短路，短路電流超過(guò)開(kāi)關(guān)設(shè)定的整定值造成線路跳閘。

發(fā)生這種故障時(shí)按10kV線路跳閘處理。

3.6 三相電壓為零

但有時(shí)會(huì)發(fā)生一些特殊情況，比如電流互感器三相熔絲熔斷或兩相熔絲熔斷同時(shí)有線路單相（非PT熔絲熔斷相）失地，我們無(wú)法判斷是否有一次設(shè)備故障，調(diào)度員在接到10kV母線三相電壓為零的信號(hào)，需結(jié)合保護(hù)及自動(dòng)化裝置信號(hào)進(jìn)行分析，對(duì)照遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)圖上電壓和電流指示，判斷是電壓互感器故障還是一次設(shè)備故障。

如果是電流互感器故障按PT一次/二次三相熔絲熔斷處理，如果是一次設(shè)備故障，按照線路失地進(jìn)行處理。

4 結(jié)語(yǔ)

10kV配電網(wǎng)絡(luò)三相電壓不平衡故障種類(lèi)繁多，部分故障的特征相似，難以辨別，我們調(diào)度員只有努力學(xué)習(xí)理論知識(shí)，認(rèn)真積累工作經(jīng)驗(yàn)，并勤于對(duì)處理好的故障進(jìn)行分析總結(jié)，才能提高自己處理故障的能力。

參考文獻(xiàn)

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