核電廠6kV中壓廠用電系統三相電壓不平衡問題分析

查東健　陳本林

【摘 要】本文根據核電廠調試實踐和運行經驗，匯總分析了6kV中壓廠用電系統發生的三相電壓不平衡事故，總結了事故特點，造成事故的常見原因，提出了相應的預防及處理措施。

【關鍵詞】廠用電系統；三相電壓不平衡；假接地

核電廠廠用電系統為廠內生產設備提供電源，發電機、封閉母線、出口斷路器、主變、高廠變以及中壓配電裝置，完成電能在廠內部分的傳輸。核電廠在生產電力過程中，有大量的以電動機拖動的機械用以保證反應堆、汽輪機、發電機等主設備和輔助設備的正常運行。6kV中壓廠用電系統為中性點不接地系統，當電力系統正常運行時，平衡三相系統的中性點電位等于地的電位，三相導線對地電壓是相等的，均等于相電壓。當一相回路發生金屬性接地故障時，該相的電位即變為地的電位，中性點的電位升至相電壓，而另外兩非故障相導線對地電位升至系統線電壓，也即非故障相得絕緣將受到比正常電壓大√3倍的電壓。按照核電運行要求，6kV中壓廠用電發生三相電壓不平衡時，允許帶故障繼續運行2小時。

1 單相接地事故

發生單相接地事故原因主要有人體誤觸碰帶電體、電力電纜絕緣破損、回路接地等原因，由單相接地事故引起的三相電壓不平衡，常觸發單相接地故障報警，并且電壓不平衡偏差較大。發生單相接地事故先需判斷真、假接地現象，若確認真接地故障，可結合保護裝置報警信息和故障錄波波形分析確定的接地情況及查找定位故障回路。

單相接地事故分為金屬性和非金屬性接地。實際常發生非金屬性接地，尤其是電纜絕緣缺陷下的弧光接地。發生弧光接地時，故障相電壓不為零，由于零序電壓保護一般設定為15V，弧光接地初期一般探測不到，只有當事故擴大后，才觸發報警，此時不斷交替振蕩的弧光和過電壓將會引發電纜燒毀，導致兩相短路或三相短路跳閘。人體誤觸碰帶電體也會引起非金屬性接地，由于接地保護只報警，這種情況下對人身安全極其危險，易造成了重大人身傷亡。

為有效預防單相接地事故，送電前應檢查電力電纜絕緣情況。當對設備絕緣狀況有懷疑時，可進行5kV的絕緣電阻測試或交流耐壓試驗。單相接地事故發生在電纜較長時，一般采用單臂電橋法或使用智能定位儀查找故障點。另外，上下級零序保護應具備選擇性，特別是級數比較多時，應進行校核和試驗，避免發生越級跳閘。

2 假接地現象

電力電纜屏蔽層處理不當、開關導體接觸不良、PT觸頭接觸不到位等原因常引起假接地現象，同樣表現為三相電壓不平衡，但是偏差程度較小，不易觸發單相接地故障。假接地現象引發的三相電壓不平衡事故通常在送電時出現，常伴有放電異音或異味，通過測量回路絕緣電阻的方法無法及時發現問題，這時可逐級斷電的方式查找故障點。

電力電纜屏蔽層的處理應按照設計要求進行絕緣或接地，嚴禁屏蔽層懸空或搭接其他金屬物。此外，電纜頭金屬屏蔽層接地線與零序電流互感器穿線方式錯誤，易引起零序電流保護誤動，觸發虛假的單相接地報警。

3 鐵磁諧振事故

在中性點不接地系統中，由于電磁式電壓互感器激磁特性的非線性，易發生母線鐵磁諧振事故，造成三相電壓不平衡。在建核電機組多次發生中壓母線鐵磁諧振事故，而事故一般發生在通過變壓器降壓空充母線段。

鐵磁諧振表現現象為一相電壓降低、其他兩相電壓升高，出現零序電壓高觸發接地故障報警，這種接地常稱為虛幻接地。與真實的接地故障相比，兩者都會觸發接地故障報警，區別在于鐵磁諧振引發的虛幻接地一般發生在空充母線段，下游饋線負荷送電時不發生。發生鐵磁諧振時，配電盤裝設的微機消諧裝置會動作并報警。自激發的鐵磁諧振，是以系統電源電勢為諧振源，工頻為諧振頻率的系統固有諧振，微機消諧裝置無法作用，只能破壞諧振參數，通過采用增加系統電容值（投入電容器或電纜）的臨時措施。在設計、設備選型以及首次送電前，應驗算諧振參數，實地測試的方法可以獲得較正確的單相電容值。如果出現自激發鐵磁諧振風險較高時，可通過改變參數，增加阻尼消諧。

根據工程建設實踐統計，真實的接地故障通常發生在下游饋線負荷送電時，且饋線回路接地保護裝置動作報警。核電廠運行和維護人員應綜合以上情況判斷發生何種事故，便于采取措施有效應對。

4 負荷嚴重不平衡

不同于以上造成三相電壓不平衡現象是由設備或回路異常、事故引發，實際在中壓配電柜運行倒閘操作中，由于下游負荷減少及單相負荷不平衡，也會引起三相電壓不平衡，但三相電壓不平衡偏差程度較小，當單相負荷嚴重不平衡時，可能會觸發單相接地事故報警。這種情況下，可以逐步增加三相負荷，減輕負荷不平衡程度，三相電壓會逐步趨向平衡。

5 結論

在核電工程建設和運行中，熟知6kV中壓廠用電系統三相電壓不平衡引起的原因、特點和處理措施，不僅可以展開針對性的預防工作、監控措施和人因管理，避免人因失誤導致的事故發生，也有利于做好應急組織管理工作，積極有效、快速響應事故處理，保證核電廠廠用電系統安全穩定、可靠的運行。

【參考文獻】

[1]姚建新.6kV廠用電系統接地分析及處理[J].河北電力技術，2012，7，31，增刊.

[2]李書碩.馬成久.6kV系統電磁式電壓互感器引起的諧振過電壓及其防范措施[J].東北電力技術，2011（4）.

[責任編輯：楊玉潔]