35kV線路單相接地后母線電壓異常原因分析

朱春濤 陳棟 姚鵬 國網(wǎng)江蘇省電力有限公司鎮(zhèn)江供電分公司

小電流接地方式是電力系統(tǒng)配電網(wǎng)中常見的中性點(diǎn)接地方式。對于小電流接地系統(tǒng)，在其發(fā)生單相接地故障時，流過故障點(diǎn)的故障電流不大，對電力設(shè)備、人身造成的危害也較小，且三相之間的線電壓基本保持不變，不影響對負(fù)荷的供電，因此允許其在單相接地的情況下繼續(xù)運(yùn)行一段時間。對于小電流接地系統(tǒng)單相接地后的各種故障特征，各類文獻(xiàn)已經(jīng)做了較多的研究、分析，并給出了明確的說明。但在電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中，由于電力設(shè)備與理想模型存在差距，或設(shè)備安裝、維護(hù)水平的不同，在某些情況下，小電流接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地后，其故障特征并不與理論分析值完全相同，或存在明顯差異。本文將會對現(xiàn)實(shí)情況中的一次典型案例進(jìn)行分析，并對該案例中小電流系統(tǒng)發(fā)生單相接地后母線電壓出現(xiàn)異常情況的原因進(jìn)行分析。

一、35kV線路單相接地后母線電壓異常原因

（一）異常電壓類型多

在電網(wǎng)運(yùn)行中，電壓異常出現(xiàn)的頻率高，其主要原因有線路斷線、線路接地、PT故障、系統(tǒng)諧振4類。接地現(xiàn)象有可能是線路搭接異常、避雷器擊穿、支持瓷瓶擊穿等因素。PT故障類型有保險熔斷、底座銹蝕、螺絲松動等。系統(tǒng)諧振分為基頻諧振、分頻諧振、高頻諧振等。每種故障呈現(xiàn)出來的電壓各有特點(diǎn)，調(diào)度員需要根據(jù)近期設(shè)備運(yùn)行情況、電壓變動情況來判斷，平均用時10min。

（二）母線電壓不平衡

目前母線電壓不平衡的管理流程不完善.導(dǎo)致母線電壓不平衡治理T作較難開展.因此需要開展母線電壓不平衡的原因查找.直至母線電壓平衡，且對應(yīng)線損恢復(fù)正常。主要治理思路為：根據(jù)配電網(wǎng)參數(shù)和到戶用電量，通過線損理論計(jì)算軟件進(jìn)行三相不平衡治理.給出調(diào)整相位的用戶電表清單，進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)三相平衡最優(yōu)化。

（三）單相電壓升/降，另兩相降/升

如果發(fā)現(xiàn)配網(wǎng)系統(tǒng)中一相電壓急劇下降到0，其他兩相電壓則上升到線電壓，則能可能為單相接地故障，通常電壓急劇下降的相發(fā)生了單相接地，具體的接地故障又包括：金屬性接地與不完全接地。單相接地故障的成因：線路斷線、接地、瓷瓶擊穿或爆裂、電纜擊穿和樹枝干擾等。單相接地故障可以采取分區(qū)分析法：（1）一相電壓下降，另兩相電壓上升，電壓降低相發(fā)生了故障。（2）一相電壓上升，但未超過線電壓，其他兩相下降，電壓上升的相則出現(xiàn)故障。經(jīng)判斷與分析，若發(fā)現(xiàn)配網(wǎng)系統(tǒng)母線電壓的非常規(guī)狀態(tài)時，則能夠準(zhǔn)確地分析出發(fā)生接地故障的相，也能從中分析出接地的嚴(yán)重度。如果小電流系統(tǒng)配備了接地選線設(shè)備，同時也發(fā)出了動作，則需要及時向運(yùn)維人員發(fā)出報告，并及時巡查，也要及時地提供故障的關(guān)鍵數(shù)據(jù)、信息等，這樣才能為共組巡查與定位創(chuàng)造有利條件，更高效、快捷地查明故障。

（四）母線PT高、低壓熔斷器熔斷

PT高壓保險熔斷后的電壓分析：當(dāng)電壓互感器高壓側(cè)一相熔絲熔斷后，熔斷相電壓為零，其余未熔斷兩相繞組的端電壓是線電壓，每個線圈的端電壓應(yīng)該是1/2線電壓，這個結(jié)論是在不考慮電網(wǎng)系統(tǒng)對地電容的前提下可以認(rèn)為是正確的，但實(shí)際上，高壓配電系統(tǒng)中，各相對地電容及其所通過的電容電流是客觀存在和不可忽視的。因此熔斷器未熔斷兩相的相電壓基本保持正常相電壓。PT二次熔絲熔斷后，熔斷相的相電壓為零，非熔斷相的相電壓指示正常。高壓保險和低壓保險熔斷的最顯著區(qū)別在于高壓保險熔斷存在開口電壓，低壓保險熔斷開口電壓為零。

（五）PT故障導(dǎo)致的電壓異常

PT是母線電壓的測量裝置，因此當(dāng)PT本身故障也會導(dǎo)致電壓異常，而且這種故障比較常見。10kVPT高壓保險以上部分故障應(yīng)視為母線故障，按母線故障處理；高壓保險以下部分故障，故障電流會導(dǎo)致高壓保險或低壓保險熔斷，或低壓側(cè)空氣開關(guān)跳閘。PT斷線的現(xiàn)象、處理方法與低壓保險熔斷的一致。PT的種類及接線方式都會影響斷線時電壓讀數(shù)的變化。（1）當(dāng)單相PT接成Yo/Yo時，它們的磁系統(tǒng)形成單獨(dú)回路。如一次側(cè)A相保險熔斷，二次側(cè)a相無磁感應(yīng)電壓。雖然表Va無磁感應(yīng)電壓，但從Vab電壓表將串過b相電壓，結(jié)果使電壓表Vab、Va形成一串聯(lián)回路。它們所指示的電壓大小，正比于電壓表內(nèi)阻大?。磧?nèi)阻大則指示電壓高，內(nèi)阻小指示的電壓低）。當(dāng)二次側(cè)斷一相保險時，情況亦如此。（2）當(dāng)PT為三相電壓互感器時，它們的磁路系統(tǒng)互相連通。當(dāng)高壓側(cè)A相保險熔斷時，二次側(cè)a相能感應(yīng)一些電壓，Va與Vab電壓表的指示比上述第一點(diǎn)分析結(jié)果高一些。二次側(cè)斷一相保險時和上述第一點(diǎn)分析結(jié)果相同?？偠灾?，其現(xiàn)象可概括為：PT一次側(cè)三相保險熔斷，三相電壓值為零，開口三角電壓值也為零。PT一次側(cè)不對稱斷保險熔斷，不熔斷相電壓值正常，熔斷相電壓值明顯下降（或?yàn)榱悖?，開口三角電壓值明顯上升。PT二次側(cè)三相保險熔斷，三相電壓值為零，開口三角電壓值也為零。PT二次側(cè)不對稱熔斷，不熔斷相電壓值正常，熔斷相電壓值明顯下降（或?yàn)榱悖?，開口三角電壓值為零。結(jié)合前一節(jié)所述，從電壓變化來區(qū)分接地與PT故障，簡單地概括為：接地，沒有一相電壓是正常的。PT保險熔斷，要么三相電壓為零，要么至少有一相電壓正常。

二、35kV線路單相接地后母線電壓異常管理措施

（一）對于雙母線的變電站，重要用戶的線路不能停電時，可采用倒換母線的方法來尋找

（1）分析判斷后，值班調(diào)控員要將選線結(jié)果及電壓異常數(shù)值、選線前后負(fù)荷情況、選線后線路帶電情況準(zhǔn)確、及時地通知給配電網(wǎng)線路運(yùn)維人員或變電站值班運(yùn)維人員，以便快速處理；同時根據(jù)選線監(jiān)控信號，當(dāng)選線完成后出現(xiàn)“控制回路斷線”信號時，值班調(diào)控員還要一并通知變電站運(yùn)維人員，防止拉路后停電時間過長。（2）若通過上述處理后，接地仍不消失，值班調(diào)控員不能一味地認(rèn)為是配電網(wǎng)線路故障原因引起的接地，還應(yīng)考慮和檢查：①多條線路同時接地；②母線設(shè)備接地；③主變低壓側(cè)設(shè)備接地。（3）若一相電壓逐漸降低，另兩相電壓仍為相電壓，判斷為母線電壓互感器高壓一次熔斷器熔斷或二次熔斷器熔斷時，值班調(diào)控員應(yīng)及時、準(zhǔn)確地將現(xiàn)象通知給變電站值班員進(jìn)行檢查并更換熔斷器；另外當(dāng)發(fā)生TV斷線時，值班調(diào)控員此時要特別注意與電壓有關(guān)的繼電保護(hù)，必要時要采取防止繼電保護(hù)誤動的措施。（4）若根據(jù)電壓異常現(xiàn)象判斷為某相斷線時，值班調(diào)控員要特別注意三相的非全相運(yùn)行，根據(jù)具體情況作出相應(yīng)調(diào)整，或?qū)⒕€路轉(zhuǎn)檢修或進(jìn)行帶電作業(yè)處理，也可進(jìn)行斷線區(qū)段隔離，首先恢復(fù)其他非故障區(qū)供電。（5）若根據(jù)電壓異常現(xiàn)象判斷為諧振時，此時值班調(diào)控員要及時調(diào)整運(yùn)行方式，如投入備用線路，以改變系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，達(dá)到破壞諧振條件的目的從而消除諧振。

（二）接地故障防止PT燒毀的措施

系統(tǒng)單相接地有兩個過渡過程，分別為接地時和接地消失時。首先我們分析接地時，若系統(tǒng)某相接地，則該相直接與地接通，另兩相對地也有電源電路（如主變繞組）成為良好的金屬通道，因此接地時，三相對地電容的充放電路徑不會走PT高壓繞組，亦即此時，PT高壓繞組中不會產(chǎn)生涌流。接地消失時，固定的地電位消失，三相對地的金屬通道已無其他路可走，只有走PT高壓繞組，即此時三相對地電容3C0中存儲的電荷，將對三相PT高壓繞組電感L/3放電，對于接地相來說，相當(dāng)于一個空載變壓器突然合閘，疊加處更大的暫態(tài)涌流，極易燒毀高壓保險。

（三）單相接地故障的處理

單相接地故障是指配網(wǎng)系統(tǒng)中其中一相電壓極低，甚至達(dá)到0，對應(yīng)的另兩相電壓則急劇上升，升至線電壓的故障。遇到接地故障則需要調(diào)控人員具體參照接地的狀態(tài)，例如：接地相、信號、電壓狀態(tài)等來對應(yīng)做出處理，以便及時定位故障，并將其隔離與排除，具體的接地故障查找則可以從以下幾點(diǎn)入手：第一，接地選線設(shè)備裝配良好時，參照設(shè)備自身的狀態(tài)、反應(yīng)程度等來定位故障區(qū)域。第二，根據(jù)已經(jīng)形成的選線順序表格來對應(yīng)拉路選擇線路。第三，如果擁有一定的技術(shù)，則可以根據(jù)配網(wǎng)系統(tǒng)提供的接地定位來對應(yīng)對故障、問題等加以隔離與判斷。第四，劃分電網(wǎng)，成為若干個獨(dú)立的環(huán)節(jié)。如果兩個主變并列工作、運(yùn)轉(zhuǎn)，母聯(lián)斷路器工作狀態(tài)下，則需要對母聯(lián)斷路器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，成為熱備分割系統(tǒng)，以此為基礎(chǔ)再判斷其狀態(tài)。而且要切斷空載線路、電容器組。嘗試性地拉出一些地位相對次要的線路，例如：距離較長、多分支、負(fù)荷較輕、故障頻發(fā)的線路。然后，再拉分支較少、負(fù)荷相對較重的線路，到最后再切斷一些關(guān)鍵線路，前提是要向這些用戶發(fā)出信號，使他們做好準(zhǔn)備。第五，雙母線變電站的情況，如果一些十分關(guān)鍵的用戶，無法切斷線路時，則需要通過倒換母線的方法來解決。經(jīng)過調(diào)動人員、調(diào)控員全面地剖析，則需要把一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)，例如：電壓異常的數(shù)字、數(shù)值、選線前后具體的負(fù)荷大小、選線以后線路的帶電狀態(tài)等信息一致地上傳至配網(wǎng)運(yùn)維工作部門，此部門則全權(quán)負(fù)責(zé)分析數(shù)據(jù)并處理故障。當(dāng)上面的處理方法已然不能解除故障時，則需要運(yùn)維人員深入其他接地故障的檢查，例如：分析是否存在多條線路同步接地、母線設(shè)備是否接地等。

（四）加強(qiáng)各級調(diào)度業(yè)務(wù)溝通、擴(kuò)寬故障發(fā)現(xiàn)渠道

目前，網(wǎng)內(nèi)所有變電站均實(shí)現(xiàn)無人值守，無法第一時間進(jìn)行故障檢查，但是，80%營銷系統(tǒng)供電所就分布在變電站附近，距離輸變電設(shè)備相對距離近。在發(fā)現(xiàn)母線接地信號后，要進(jìn)行拉路選線，但是，由于部分線路所帶負(fù)荷為城網(wǎng)或重要用戶，前期通知用戶等準(zhǔn)備工作耗時較長。但是，在線路斷線或接地故障中，用戶是第一時間發(fā)現(xiàn)異常的，在故障點(diǎn)附近的工作人員或者用戶甚至可以先于調(diào)度人員發(fā)現(xiàn)故障。調(diào)控中心地調(diào)、配調(diào)與各縣調(diào)加強(qiáng)業(yè)務(wù)溝通聯(lián)系，開展聯(lián)動機(jī)制，在用戶或工作人員向分公司縣調(diào)反映線路故障后，縣調(diào)第一時間上報配調(diào)或地調(diào)，立即通知查線人員趕往故障點(diǎn)，縮短故障判斷及查線時間，嚴(yán)重情況可直接進(jìn)行拉路斷電，避免發(fā)生安全事故。

（五）諧振處理措施

通過以上分析，對有光伏接入的35kV系統(tǒng)，若發(fā)生類似接地現(xiàn)象的情況，首先考慮系統(tǒng)發(fā)生了諧振，應(yīng)及時改變35kV系統(tǒng)運(yùn)行方式，合理投入光伏SVG無功補(bǔ)償設(shè)備，調(diào)節(jié)光伏出力，及時消除系統(tǒng)諧振。若采取以上措施后接地現(xiàn)象仍然存在，則說明此時系統(tǒng)絕緣確實(shí)不良，應(yīng)進(jìn)行拉路。拉路時最好先將光伏線路斷開，使接地情況消失。通知光伏線路維護(hù)人員進(jìn)行巡線，若仍接地未消失，則繼續(xù)拉路，直至找到接地線路。隨著太陽能光伏電站的不斷接入系統(tǒng)，應(yīng)該對光伏電站加大諧波治理力度，防止產(chǎn)生諧波污染，造成系統(tǒng)諧振過電壓。

三、結(jié)語

配電網(wǎng)母線電壓經(jīng)常出現(xiàn)異常故障，為了維持整個配網(wǎng)系統(tǒng)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，最關(guān)鍵是要善于分析故障，應(yīng)該從不同故障的現(xiàn)象入手進(jìn)行科學(xué)、深入地分析，了解并掌握故障特征與成因，并針對性地采取控制對策和措施，來解除故障，讓配網(wǎng)母線回歸正常電壓，從而實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。