現階段10kV配網系統母線電壓異常判別及故障分析

張志軍

摘要:10kV配網系統母線電壓異常是電網運行中的常見問題, 本文通過對電壓異常現象進行判別和故障分析,總結了10kV配網系統電壓異常的各種情況。并結合配網調度員實際工作指出了對故障的判斷及處理方法,從而提高調度員對電壓異常進行快速分析、判斷和解決的能力。

關鍵詞：配網系統；電壓異常；判斷處理

中圖分類號： U472.42 文獻標識碼： A

0 引言

10kV配網系統電壓異常現象在電網運行中經常遇到，但要想準確及時地判斷處理并不是一件容易的事。根據運行經驗表明，引起10kV系統電壓異常最常見的是接地故障。由于我國3～66kV電力系統大多數采用中性點不接地或經消弧線圈接地的方式，即小電流接地系統。該系統最大優點是發生單相接地故障時，不會破壞系統電壓的對稱性，并且故障電流值較小，不影響對用戶的連續供電，系統可連續運行1～2 h。但長期運行由于非故障的兩相對地電壓升高至線電壓，可能引起電壓互感器燒化及電網的絕緣薄弱環節被擊穿，發展成為相間短路，使事故擴大。

現有的10kV配網系統中，當二次零序電壓超過絕緣監測裝置的臨界值10～30V時就會發出接地告警信號。然而引起10kV系統電壓異常的因素非常多，可能是10kV系統設備故障，或是10kV電網運行參數異常，均有可能造成系統發接地告警信號。對于目前大多數常規變電站無人值守改造后，必須依靠配網調度員在調度端對系統三個線電壓值、三個相電壓值及相關保護告警信息進行分析判斷，盡快處理故障，消除電壓異常，恢復電網的正常運行。

1 單相接地故障分析

單相接地是配電系統最常見的故障, 多發生在潮濕、雷雨天氣。按照接地類型,通常可分為金屬性接地和非金屬性接地2 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，下面以中性點不接地系統為例作簡要分析：

圖1 簡單三相配電網絡

圖1中，UA、UB、UC分別為該配網系統中各相電源相電壓，R為配網系統A相接地時的接地電阻。從圖中得知中性點不接地系統存在對地絕緣電阻和電容，

則零序電壓（1）

式中UA為電網A相的電源相電壓；XC為電網單相對地電容容抗。

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、對地電容和接地電阻對接地故障時零序電壓產生很大的影響。當對地電容和絕緣電阻固定時，零序電壓U0隨接地電阻R變化的軌跡是以點為圓心，×為半徑的圓弧。當R=0時，這些圓弧經過（0，）點，即發生完全接地，此時有|Uo|=|UA|；當R=∞時，圓弧經過坐標原點，即為正常運行時|Uo|=0 。由此可以看出，當r和C固定時，U0的相位角是隨R值變化的，在=60°時，故障相的對地電壓和滯后相的對地電壓大小相等；當＜60°，故障相的對地電壓將小于其他兩相；當＞60°時，故障相的對地電壓將大于滯后相的對地電壓。

由此可知，以正相序為基準，對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。

分三個區分析判斷：

A、兩相電壓升高，一相電壓降低，降低相為故障相（1區）

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）

圖2 A相接地時各相電壓變化規律

當10kV配網系統母線電壓異常符合圖2所示的變化規律時，調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。若小電流系統裝設有接地選線裝置且動作，調度員可以立即通知線路運維人員進行巡線，并告知故障的相關信息，以方便巡線人員查找定位，更快速查出故障，縮短故障影響時間。

針對一些小電流系統沒有裝設選線裝置或選線正確率不高的情況，一般利用“瞬停法”逐一試拉饋線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發生單相接地，甚至是10kV母線或母線上設備發生單相接地。此時，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備接地；若接地信號復歸，則逐一試送饋線，以確定接地線路。對于多條線路同時接地的情況，調度員可通過線路的同桿架設及交叉跨越等情況來判斷可能的故障點，盡可能縮小查找范圍。

2 斷線故障分析

10kV配電網出現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致缺相等。常見單相斷線，也可能發生兩相斷線。

（1）單相斷線：電源側斷線相電壓上升，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，對于末端線路斷線，其變化幅度不大。斷線點電源側線電壓不變，用戶不受影響。斷線點負荷側用戶缺相運行，低壓側一相電壓不變，另外兩相電壓降低至0.5倍，不滿足三角形關系。

（2）兩相斷線：電源側一相電壓降低，其余兩相電壓升高。負荷側三相電壓降低。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稱確定斷線長度外，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，若斷線后電源側接地，調度自動化系統將發接地信號；若斷線后不接地或負荷側接地，系統一般情況下不發接地信號，但也有可能發接地信號。因此系統發接地信號未必證明電網一定存在接地故障，配網調度員應充分利用故障信號及電壓、電流量判斷出斷線故障，給運維人員提供較準確的故障位置信息，達到快速復電的目的。

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電壓異常也在運行中時有發生，且當PT高壓熔絲一相或兩相熔斷時，二次回路的零序電壓數值可達100／3V，系統可能會誤發母線單相接地信號。因此調度員必須仔細分析電壓變化特點，如果只有PT故障發生，無論發生哪種類型故障，其三相電壓均不會超過相電壓。同時還需留意系統是否發出“PT斷線”信號，確認故障，盡快通知人員處理。

4 多重故障分析

系統運行中可能會出現一些異常的母線電壓及信號，造成難以判斷是線路故障還是PT故障，這時候需特別判斷系統是否出現多重故障。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故障進行檢查處理；若系統選線裝置曾發出線路接地信號，可認為同時發生了接地故障，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發生，當熔斷相與接地相是同一相時,接地熔斷相可能升高,也可能降低,其余兩相升高。當接地相與熔斷相是異相時,接地相為零,熔斷相可能升高,也可能降低,另一相升高。可拉開接地線路并通知運維人員巡線，同時通知巡檢人員盡快到變電站處理PT故障，恢復PT正常運行及對母線電壓的監視。

5 鐵磁諧振分析

配電系統發生鐵磁諧振的原因較多, 除送空母線時母線對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。小電流接地系統發生諧振能造成系統中的避雷器爆炸，電壓互感器高壓熔絲甚至燒壞等危害，因此要及時判斷處理。從整體上看, 鐵磁諧振一般表現為一相、兩相甚至三相對地電壓升高, 部分情況下電壓表會發生低頻擺動。如果出現電壓異常升高, 且沒有任何一相電壓降低情況出現, 則應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；投入空載線路或設備等方式改變系統參數, 消除諧振。

6 結語

綜上所述，本文對10kV配網系統母線電壓在各種故障情況下的變化作了大致的分析，希望調度值班人員能夠對此進行參考，仔細觀察各相電壓的數據及特點，并進行準確判斷和處理。從而更快地查找故障、減少故障停電時間，防止事故擴大，達到快速復電的目的，并保障配電網的安全穩定運行。

參考文獻：

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