配網(wǎng)三相電壓不平衡分析與處理

儲(chǔ)卓皓

（蘇州供電公司，江蘇蘇州215021）

供電可靠性是指城市供電系統(tǒng)對(duì)用戶(hù)持續(xù)供電的能力[1]。隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人民生活水平不斷提高，人們對(duì)供電可靠性的要求越來(lái)越高。在滿(mǎn)足電力需求的同時(shí)，進(jìn)一步提高城市供電可靠性既是電力用戶(hù)的需要，也是供電企業(yè)自身發(fā)展的目標(biāo)。統(tǒng)計(jì)表明，用戶(hù)停電故障中80%以上由配網(wǎng)系統(tǒng)的故障引起，對(duì)用戶(hù)供電可靠性有很大影響[2]。配網(wǎng)中三相電壓不平衡現(xiàn)象是電網(wǎng)異常和故障的反映。調(diào)度員若能根據(jù)三相電壓不平衡現(xiàn)象準(zhǔn)確判斷故障，迅速發(fā)布調(diào)度指令，隔離故障，恢復(fù)運(yùn)方，可以大大提高對(duì)用戶(hù)的供電可靠性。反之，則可能導(dǎo)致配變燒毀、避雷器爆炸、線(xiàn)路短路，甚至大面積停電。

1 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地系統(tǒng)

目前蘇州配網(wǎng)有10kV、20kV2個(gè)電壓等級(jí)，主要以中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式運(yùn)行。配網(wǎng)在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障，消弧線(xiàn)圈所產(chǎn)生的感性電流將補(bǔ)償系統(tǒng)中的容性接地電流，降低了單相接地故障電流，從而抑制了接地電弧的產(chǎn)生。

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地時(shí)，由于接地點(diǎn)殘流很小，影響選線(xiàn)設(shè)備的靈敏度甚至無(wú)法選線(xiàn)；采用試?yán)€(xiàn)路的方法確定故障線(xiàn)路時(shí)，若故障為2條或2條以上線(xiàn)路同相接地時(shí)，調(diào)度員很難確定故障線(xiàn)路，容易誤判為母線(xiàn)故障；另外，消弧線(xiàn)圈若補(bǔ)償不當(dāng)會(huì)與系統(tǒng)對(duì)地電容發(fā)生串聯(lián)諧振，產(chǎn)生虛幻接地或諧振過(guò)電壓，造成調(diào)度員誤判。

2 三相電壓不平衡現(xiàn)象與處理

2.1 線(xiàn)路單相接地

線(xiàn)路正常運(yùn)行時(shí)導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地電容大致相等，線(xiàn)路對(duì)地為相電壓，2條線(xiàn)路間的電壓差為線(xiàn)電壓，在對(duì)地電容中流過(guò)三相平衡的充電電流，沒(méi)有零序電流流過(guò)，相量圖如圖1所示。小電流接地系統(tǒng)單條線(xiàn)路發(fā)生接地時(shí)，接地相與大地同相位，中性點(diǎn)電位發(fā)生偏移，其他兩相對(duì)地電壓升高，相量圖如圖2所示（A相金屬接地）。

此時(shí)三相電壓表現(xiàn)為故障相對(duì)地電壓降低，金屬性接地時(shí)降低為0；非故障相對(duì)地電壓升高，金屬性接地時(shí)升高為線(xiàn)電壓。電壓互感器（TV）開(kāi)口三角有電壓輸出，發(fā)出接地信號(hào)。

對(duì)于這種情況，線(xiàn)路接地不僅僅是指架空線(xiàn)路、電纜，也包括線(xiàn)路流變、隔離開(kāi)關(guān)、斷路器等變電站站內(nèi)設(shè)備，處理時(shí)首先應(yīng)對(duì)站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行巡視。檢查站內(nèi)設(shè)備正常后將接地母線(xiàn)出線(xiàn)斷路器逐一拉合，當(dāng)拉開(kāi)某條線(xiàn)路時(shí)接地消失則可判定故障點(diǎn)在該線(xiàn)路上。先試?yán)芸站€(xiàn)路多、負(fù)荷較輕且無(wú)重要用戶(hù)的線(xiàn)路，后拉負(fù)荷較重且有重要用戶(hù)的線(xiàn)路。

2.2 2條或2條以上線(xiàn)路接地

（1）同一母線(xiàn)的供電線(xiàn)路有時(shí)會(huì)發(fā)生2條或以上線(xiàn)路同時(shí)接地。若2條線(xiàn)路異名相同時(shí)接地，電流速切保護(hù)動(dòng)作，將其中一條線(xiàn)路切除。另一條線(xiàn)路接地，TV開(kāi)口三角有電壓輸出，發(fā)出接地信號(hào)。處理方法同單條線(xiàn)路單相接地。

（2）若2條線(xiàn)路同相接地，由于構(gòu)不成過(guò)流保護(hù)回路，電流速切保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。此時(shí)絕緣監(jiān)視顯示對(duì)地電壓指示不平衡，出現(xiàn)接地信號(hào)?，F(xiàn)象和原理同單條線(xiàn)路單相接地。但是，按照單條線(xiàn)路單相接地處理流程，將所有線(xiàn)路試?yán)院蠼拥匾恢贝嬖凇＿@種情況雖然比較少見(jiàn)，但是現(xiàn)場(chǎng)處理時(shí)很容易造成調(diào)度員的誤判，處理起來(lái)也十分復(fù)雜。處理這種三相電壓不平衡的一般流程：首先將接地母線(xiàn)上的斷路器逐一拉開(kāi)直到接地現(xiàn)象消失；然后將拉開(kāi)的線(xiàn)路逐一試送，當(dāng)試送某一條線(xiàn)路發(fā)生接地時(shí)立即將該線(xiàn)路拉開(kāi)直至將全部接地線(xiàn)路找到。這種方法雖然能找到接地線(xiàn)路但是會(huì)造成大范圍停電，而且對(duì)某些線(xiàn)路會(huì)造成二次停電，影響供電可靠性。當(dāng)接地母線(xiàn)所供負(fù)荷為中心負(fù)荷或所供區(qū)域內(nèi)有重要、敏感用戶(hù)時(shí)該方法的弊端很大。

（3）以2條線(xiàn)路同相接地為例，線(xiàn)路接地時(shí)并不是理論上的完全金屬接地，總是存在一定的接地阻抗。當(dāng)2條線(xiàn)路同相接地時(shí)零序阻抗圖如圖3所示。由于接地點(diǎn)位置、絕緣情況等因素不同，線(xiàn)路L1、L2的零序阻抗X01和X02也不會(huì)相同。因此拉開(kāi)線(xiàn)路L1時(shí)故障相和非故障相的電壓與拉開(kāi)線(xiàn)路L2時(shí)會(huì)有一定的差異。利用遙測(cè)、遙信工具或運(yùn)行值班人員現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視儀表，及時(shí)捕捉拉合斷路器時(shí)電壓的差異，往往能判斷出接地線(xiàn)路。

2.3 線(xiàn)路斷線(xiàn)

線(xiàn)路在雷雨、大風(fēng)、高寒和降雪天氣或受到外力破壞時(shí)，往往會(huì)發(fā)生線(xiàn)路斷線(xiàn)引發(fā)三相電壓不平衡，TV開(kāi)口三角有電壓輸出，發(fā)出接地信號(hào)。但與線(xiàn)路單相接地的區(qū)別是，此時(shí)三相電壓表現(xiàn)為一相升高（斷線(xiàn)相）另兩相（正常相）降低。電壓升高的幅度與斷線(xiàn)點(diǎn)和母線(xiàn)的距離有關(guān)。斷線(xiàn)處離母線(xiàn)越近電壓越高，離母線(xiàn)越遠(yuǎn)電壓越低，斷線(xiàn)發(fā)生在線(xiàn)路末端時(shí)，電壓變化很小甚至沒(méi)有變化。另外發(fā)生線(xiàn)路斷線(xiàn)時(shí)常常會(huì)接到配變?nèi)毕嗟膱?bào)告。

線(xiàn)路斷線(xiàn)發(fā)生后，由于導(dǎo)線(xiàn)懸掛在空中，在風(fēng)力作用下會(huì)和電線(xiàn)桿、大地或周?chē)臉?shù)木接觸，造成間歇性接地，甚至發(fā)展成為線(xiàn)路單相接地。此時(shí)，靠近接地處8 m以?xún)?nèi)即有可能因?yàn)榭绮诫妷涸斐捎|電，因此線(xiàn)路斷線(xiàn)對(duì)人員生命安全危險(xiǎn)很大，應(yīng)立即將故障線(xiàn)路切除。

2.4 TV自身故障

TV保險(xiǎn)絲熔斷也會(huì)造成三相電壓不平衡現(xiàn)象。TV高壓熔絲熔斷時(shí)三相電壓表現(xiàn)為非故障相電壓不升高，故障相電壓降低但不為0，開(kāi)口三角有電壓輸出，發(fā)出接地信號(hào)。TV低壓熔絲熔斷時(shí)三相電壓表現(xiàn)為非故障相電壓不升高，故障相電壓為0，不發(fā)出接地信號(hào)[3]。其原因在于TV高壓熔絲熔斷時(shí)，在低壓側(cè)存在感應(yīng)電壓，熔斷相電壓不為0。高壓側(cè)三相電壓不平衡會(huì)在開(kāi)口三角處產(chǎn)生零序電壓，啟動(dòng)接地裝置發(fā)出接地信號(hào)，相量圖如圖4所示（A相熔斷）。低壓熔絲熔斷時(shí)，由于沒(méi)有感應(yīng)電壓的存在，故障相電壓為0。一次三相電壓仍平衡，故開(kāi)口三角沒(méi)有電壓，不會(huì)發(fā)出接地信號(hào)。

對(duì)TV熔絲熔斷造成的三相電壓不平衡，應(yīng)首先將母聯(lián)備自投裝置停用，退出與該TV有關(guān)的保護(hù)。將TV改為冷備用后更換熔斷的熔絲，再將TV投入運(yùn)行，三相電壓不平衡即會(huì)消失。但是如果對(duì)TV自身故障造成的三相電壓平衡現(xiàn)象理解不準(zhǔn)確，誤判為線(xiàn)路接地或線(xiàn)路斷線(xiàn)，則往往會(huì)因?yàn)樵嚴(yán)€(xiàn)路造成不必要的對(duì)外停電，影響供電可靠性。同時(shí)由于處理時(shí)間上的延誤，TV長(zhǎng)時(shí)間在不平衡電壓下運(yùn)行容易引發(fā)TV損壞。

2.5 消弧線(xiàn)圈補(bǔ)償不當(dāng)

通常消弧線(xiàn)圈運(yùn)行在過(guò)補(bǔ)償狀態(tài)，補(bǔ)償后單相接地故障的電流應(yīng)小于10 A。并應(yīng)優(yōu)先采用自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線(xiàn)圈，對(duì)于非連續(xù)調(diào)節(jié)的自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線(xiàn)圈，其脫諧度應(yīng)小于5%，對(duì)于連續(xù)調(diào)節(jié)的自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線(xiàn)圈，其脫諧度應(yīng)小于2%[4]。

在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于發(fā)生故障或消弧線(xiàn)圈容量不夠等原因，有時(shí)會(huì)引起諧振。此時(shí)三相電壓表現(xiàn)為一相升高兩相降低或一相降低、兩相升高，且三相電壓往往不斷變化，有時(shí)侯還會(huì)出現(xiàn)很高的諧振過(guò)電壓。對(duì)這種情況一般將某條線(xiàn)路拉合一次破壞諧振條件后三相電壓即恢復(fù)正常，應(yīng)做好記錄，以便技術(shù)人員重新整定消弧線(xiàn)圈脫諧度。蘇州110kV婁門(mén)變?cè)霈F(xiàn)10kV I段母線(xiàn)三相電壓不平衡（Ua=7.3kV，Ub=5.0kV，Uc=5.5kV），現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備檢查無(wú)誤，將I段母線(xiàn)上115板涇線(xiàn)拉合一次后三相電壓恢復(fù)正常。

3 案例分析

蘇州地區(qū)葑門(mén)變10kV出線(xiàn)曾發(fā)生一起復(fù)雜的三相電壓不平衡事故。監(jiān)控中心匯報(bào)葑門(mén)變10kV II母線(xiàn)接地（Ua=0.9kV，Ub=10.7kV，Uc=11.3kV），121富華線(xiàn)拉開(kāi)后母線(xiàn)電壓（Ua=9.7kV，Ub=0.7kV，Uc=10kV），B相接地。合上121富華線(xiàn)開(kāi)關(guān)（Ua=0.9kV，Ub=10.7kV，Uc=11.3kV），A相接地。根據(jù)繼電保護(hù)配置和日常運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),初步判斷可能為以下3種情況的一種或幾種而導(dǎo)致三相電壓不平衡：（1）121富華線(xiàn)存在單相接地故障；（2）母線(xiàn)接地信號(hào)出錯(cuò)；（3）121富華線(xiàn)開(kāi)關(guān)存在異常。同時(shí)排除存在母線(xiàn)異相接地的可能（如異相接地，電流I段保護(hù)將動(dòng)作）。為作進(jìn)一步判斷，通知配電到星港街南環(huán)網(wǎng)室，將183富華線(xiàn)環(huán)出開(kāi)關(guān)由運(yùn)行改為冷備用，將121富華線(xiàn)架空線(xiàn)切除。架空線(xiàn)切除后，葑門(mén)變接地消失，Ua=6.0kV，Ub=6.0kV，Uc=6.0kV，確定121富華線(xiàn)存在接地故障并將其隔離，同時(shí)排除母線(xiàn)接地信號(hào)出錯(cuò)的可能。即找到121富華線(xiàn)拉開(kāi)后三相電壓不平衡的原因。令葑門(mén)變121富華線(xiàn)開(kāi)頭拉合一次，拉開(kāi)后Ua=9.7kV，Ub=0.7kV，Uc=10kV，合上后Ua=6.0kV，Ub=6.0kV，Uc=6.0kV，初步推測(cè)為開(kāi)關(guān)在分閘后存在問(wèn)題，拉開(kāi)后B相可能未完全拉開(kāi)。為了確定判斷，通知配電將百安居開(kāi)閉所184富華線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)由運(yùn)行改為冷備用，所有用戶(hù)切除，檢查184富華線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)線(xiàn)路側(cè)，發(fā)現(xiàn)B相帶電（帶電顯示器顯示），同時(shí)葑門(mén)變10kV II段母線(xiàn)電壓恢復(fù)正常Ua=6.0kV，Ub=6.0kV，Uc=6.0kV，判定為121富華線(xiàn)開(kāi)關(guān)B相未拉開(kāi)，之前B相接地信號(hào)應(yīng)確定為由用戶(hù)變低壓側(cè)返送至葑門(mén)變10kV II段母線(xiàn)引起。經(jīng)過(guò)檢查，確定121富華線(xiàn)B相開(kāi)關(guān)故障，配電巡線(xiàn)發(fā)現(xiàn)121富華線(xiàn)線(xiàn)路A相接地故障，驗(yàn)證了之前判斷的正確。事故處理期間，121富華線(xiàn)速切保護(hù)動(dòng)作重合未成功，經(jīng)檢查為121富華線(xiàn)一段電纜由于承受三相不平衡電壓，導(dǎo)致絕緣擊穿發(fā)展為相間短路，屬于接地故障的衍生。

4 結(jié)束語(yǔ)

由以上分析可以看出，引起配網(wǎng)三相電壓不平衡的原因很多，彼此之間又有很多相似之處。調(diào)度員對(duì)此首先要綜合各種信號(hào)、匯報(bào)，準(zhǔn)確區(qū)別各種原因產(chǎn)生的三相電壓不平衡現(xiàn)象上的差異，做到分析、判斷準(zhǔn)確。其次，要了解各種三相電壓不平衡現(xiàn)象機(jī)理和產(chǎn)生過(guò)程，針對(duì)不同的事故情況采用合理的解決辦法。最后，處理三相電壓不平衡情況時(shí)一定要沉著、冷靜、思路清晰，對(duì)處理步驟做到心中有數(shù)。這樣才能正確、及時(shí)的處理好事故，使電壓在最短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常，保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高供電可靠性。

[1] 國(guó)家電網(wǎng)公司.城市電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.

[2] 雷娜，周渝慧，王蓉蓉.貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜配電網(wǎng)可靠性評(píng)估［J］.電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2009，21（1）：108-112.

[3] 華東電業(yè)管理局.變電運(yùn)行技術(shù)問(wèn)答[M].北京：中國(guó)電力出版社，1999.

[4] 王立.城市配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的選擇[J].華北電力技術(shù)，2002，（12）：17-20.