小電流接地系統(tǒng)三相電壓不平衡分析與處理

林卿生

摘 要：小電流接地系統(tǒng)三相電壓不平衡現(xiàn)象是電網(wǎng)異常和故障的反應(yīng)，其產(chǎn)生原因和事故現(xiàn)象多種多樣，本文分別對(duì)線路單相失地、兩條及以上線路同時(shí)失地、PT高壓熔絲熔斷、PT低壓熔絲熔斷、線路斷線、系統(tǒng)鐵磁諧振、系統(tǒng)電壓不平衡以及其它故障等多種電壓不平衡現(xiàn)象的原因進(jìn)行分析并提供了處理方法，為調(diào)度員迅速、準(zhǔn)確、處理三相電壓不平衡提供了參考和依據(jù)，對(duì)運(yùn)行中的電網(wǎng)異常分析具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：小電流接地系統(tǒng)；電壓三相不平衡；分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.137

0 引言

為保證對(duì)用戶供電的可靠性，在我國(guó)現(xiàn)的10～35kV系統(tǒng)中，一般采用小電流系統(tǒng)系統(tǒng)。并且在小電流接地系統(tǒng)安裝有絕緣監(jiān)測(cè)裝置，可根據(jù)二次零序電壓值進(jìn)行報(bào)警。通常報(bào)警值設(shè)置為10～30V，當(dāng)零序電壓大于此整定值時(shí)便發(fā)出接地告警信號(hào)。

然而，由于系統(tǒng)電壓不平衡的原因很多，調(diào)度員難以精準(zhǔn)的依據(jù)系統(tǒng)二次電壓判斷故障情況。在實(shí)際運(yùn)行中，電壓異常由多種因素造成，包括：線路單相失地、兩條及以上線路同相失地、PT高壓熔絲熔斷、PT低壓熔絲熔斷、二次系統(tǒng)接地、負(fù)載不對(duì)稱、電壓互感器伏安特性不一致、系統(tǒng)鐵磁諧振等。

三相電壓不平衡現(xiàn)象可以反應(yīng)小電流接地系統(tǒng)的電網(wǎng)異常情況，調(diào)度員若能準(zhǔn)確地根據(jù)電壓不平衡現(xiàn)象進(jìn)行故障判斷，迅速隔離故障，恢復(fù)系統(tǒng)原運(yùn)行方式，以提高用戶的供電可靠性，反之，則可能擴(kuò)大事故范圍，甚至造成大面積停電。

1 小電流接地系統(tǒng)

目前，安溪電網(wǎng)的小電流接地系統(tǒng)有10kV、35kV兩個(gè)電壓等級(jí)，其中35kV系統(tǒng)采用經(jīng)消弧線圈接地，10kV系統(tǒng)采用中性點(diǎn)不接地。部分變電站的10kV系統(tǒng)因電容電流偏大，便在10kV母線的某個(gè)間隔安裝接地變，人為引入中性點(diǎn)，加裝消弧裝置。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相失地時(shí)，消弧線圈產(chǎn)生的電感電流補(bǔ)償其電容電流，從而降低單相接地故障電流，抑制接地電弧的產(chǎn)生。

當(dāng)發(fā)生單相失地時(shí)，接地點(diǎn)殘流小，會(huì)影響接地選線裝置的靈敏性，甚至造成無(wú)法選線。采用“試?yán)ā辈檎沂У鼐€路時(shí)，若兩條或兩條以上線路同相失地，調(diào)度員便很難確定失地線路，易誤判為母線故障。此外，若消弧線圈補(bǔ)償度不當(dāng)，會(huì)與系統(tǒng)電容電流諧振，產(chǎn)生諧振過(guò)電壓或虛幻接地，給調(diào)度員的故障判別造成一定困難。

2 小電流接地系統(tǒng)三相電壓不平衡分析與處理

2.1 線路單相失地

系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，三相對(duì)地電容電流大致相等，對(duì)地電容電流中流過(guò)平衡的三相充電電流，無(wú)零序電流。由于系統(tǒng)的絕緣電阻與對(duì)地電容電流相對(duì)固定，當(dāng)接地電阻變化時(shí)，系統(tǒng)電壓也將隨著變化。

當(dāng)系統(tǒng)失地為金屬性接地時(shí)，接地電阻為零，故障相電壓為零，非故障相升為線電壓，系統(tǒng)中性點(diǎn)電壓發(fā)生偏移，PT開(kāi)口電壓增大，發(fā)出失地信號(hào)；當(dāng)系統(tǒng)失地為非金屬性接地時(shí)，故障相便會(huì)電壓降低，不為零，其它兩相非故障相電壓升為線電壓，PT開(kāi)口電壓增大，發(fā)出失地信號(hào)。

由此可見(jiàn)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，故障特征較為明顯，可以準(zhǔn)確地判斷出故障類型，一般可以用“試?yán)ā眮?lái)準(zhǔn)確判斷故障線。對(duì)于裝有接地選線裝置并正常投入運(yùn)行的變電站，尋找和隔離故障的一般方法為：

（1）依據(jù)接地選線裝置對(duì)選出的接地線路進(jìn)行試?yán)?，如接地未消失，即?yīng)當(dāng)恢復(fù)本線路運(yùn)行。

（2）此后，再依據(jù)選線裝置的選線結(jié)果進(jìn)行逐條試?yán)?，繼續(xù)查找到接地的線路。

（3）對(duì)于試?yán)^(guò)程中出現(xiàn)選線裝置異常的情況，應(yīng)當(dāng)及時(shí)恢復(fù)已試?yán)木€路運(yùn)行。

對(duì)于接地選線裝置不正常運(yùn)行或選線結(jié)果明顯錯(cuò)誤的情況，調(diào)度員應(yīng)當(dāng)按照未裝設(shè)接地選線裝置查找接地故障的處理原則進(jìn)行。

（1）將并列運(yùn)行的母線進(jìn)行系統(tǒng)解列，判別所在母線段。

（2）試?yán)睾祥l成功、老舊線路、運(yùn)行環(huán)境差等有故障跡象（含外破信息）的線路（包括全電纜線路）。

（3）試?yán)蛰d線路。

（4）試?yán)€路長(zhǎng)、分支多、負(fù)荷輕、無(wú)重要用戶或無(wú)高危行業(yè)用戶的線路。

（5）試?yán)€路走廊途經(jīng)山區(qū)林木多、雷擊區(qū)域多的線路。

（6）試?yán)娎|線路。

（7）最后試?yán)?fù)荷較重、含重要用戶或高危行業(yè)用戶的線路。

在實(shí)際處理中，還應(yīng)根據(jù)度調(diào)度SCADA系統(tǒng)上的電流異常變化、配網(wǎng)故障定位系統(tǒng)的故障指示、用戶反應(yīng)（包括95598）等信息來(lái)源判斷失地線路。找到引起接地故障的原因后，在隔離故障前不再恢復(fù)該饋線運(yùn)行。

2.2 兩條及以上線路同時(shí)失地

（1）若失地為兩條線路異名相失地，此時(shí)系統(tǒng)相當(dāng)于發(fā)生兩相接地故障，線路的電流保護(hù)將迅速動(dòng)作，切除其中一條失地線路。因還有另一條線路失地，PT開(kāi)口電壓增大，發(fā)出失地信號(hào)。此種情況的處理方法同線路單相失地。

（2）若兩條失地線路為同相失地，由于未形成電流回路，線路的三段式電流保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。此時(shí)PT開(kāi)口電壓增大，發(fā)出失地信號(hào)，現(xiàn)象同單條線路單相失地。此時(shí)，若按照單條線路失地的處理方法，逐條試?yán)€路，逐條試送，第一遍對(duì)饋線逐條試?yán)髮o(wú)法查找出失地線路。此種情況易給調(diào)度員造成誤判斷，處理也相對(duì)麻煩。這種情況的處理方法為：逐條對(duì)10kV饋線線路進(jìn)行試?yán)?，且試?yán)蟛辉倩謴?fù)送電，直至失地消失為止（最后一條線路即為故障線路之一），然后再將之前所拉線路逐條試送，若失地再次出現(xiàn)，則試送線路即為其它同時(shí)失地的線路。這種方法可以找到故障線路，但會(huì)造成多條線路的短時(shí)停電，某些線路會(huì)二次停電，對(duì)供電可靠性有一定影響。

2.3 線路斷線

在外力破壞、臺(tái)風(fēng)、雷雨等惡劣天氣時(shí)，容易發(fā)生線路斷線造成三相電壓不平衡，PT開(kāi)口電壓會(huì)增大，發(fā)出失地信號(hào)。此時(shí)三相電壓為一相升高、兩相降低、或者一相降低、兩相升高。斷線的長(zhǎng)度與電壓的變化幅度成正比，母線離斷線處越遠(yuǎn)，電壓越低，母線離斷線處越近，電壓越高。當(dāng)斷線發(fā)生在線路末端時(shí)，電壓變化幅度很小，甚至沒(méi)變化。此外，發(fā)生線路斷線時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致配變?nèi)毕?。線路斷線的處理方法一般也是采用“試?yán)ā眮?lái)判斷斷線線路。

2.4 PT高壓熔絲熔斷

當(dāng)PT高壓熔絲熔斷時(shí)，由于熔絲熔斷發(fā)生在PT高壓側(cè)，低壓側(cè)會(huì)有感應(yīng)電壓，熔斷相電壓降低，不為零，其他兩相電壓正常或稍微降低。PT低壓側(cè)將出現(xiàn)零序電壓，其值通常大于接地信號(hào)限值，發(fā)出失地信號(hào)。

2.5 PT低壓熔絲熔斷

當(dāng)PT低壓熔絲熔斷時(shí)，由于熔絲熔斷發(fā)生在低壓側(cè)，沒(méi)有感應(yīng)電壓，只有某一個(gè)繞組的電壓受到影響，PT低壓熔絲熔斷相電壓為零，一次系統(tǒng)三相電壓仍平衡，零序電壓值不變，不會(huì)發(fā)出失地信號(hào)。

2.6 系統(tǒng)鐵磁諧振

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振時(shí)，其電壓一般表現(xiàn)為為一相、兩相甚至三相對(duì)地電壓升高。若出現(xiàn)電壓異常升高，沒(méi)有任何一相電壓降低，應(yīng)考慮為鐵磁諧振，此時(shí)可將并列運(yùn)行的母線進(jìn)行系統(tǒng)解列，斷開(kāi)某條線路（空載線路優(yōu)先）等方法來(lái)改變系統(tǒng)參數(shù)，破壞諧振條件。

2.7 其他故障分析

對(duì)于由于互感器接線錯(cuò)誤、三相負(fù)載不對(duì)稱、PT三相伏安特性不一致等造成的二次回路電壓異常，一般會(huì)在新設(shè)備投運(yùn)時(shí)候得到反映。在變電站新設(shè)備啟動(dòng)送電有這些情況發(fā)生時(shí)，應(yīng)逐步排查，直至正常。

3 結(jié)束語(yǔ)

由以上分析可以看出，造成小電流接地系統(tǒng)三相電壓不平衡的原因很多，又有相似之處。調(diào)度員應(yīng)掌握電壓不平衡的各種現(xiàn)象、產(chǎn)生機(jī)理和處理方法，結(jié)合各類信號(hào)，做到思路清晰、分析判斷準(zhǔn)確，及時(shí)處理電網(wǎng)的各種異常及事故，保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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