10kV電網三相電壓不平衡分析與處理

鄭書煌

摘要：東南沿海地區受氣候及地形影響，10kV電網易發生三相電壓不平衡現象，但非短路故障按目前的保護裝置配置無法實現對故障的準確判斷隔離。文章總結了沿海縣城10kV配網電壓不平衡現象的類型、特征及異常電壓信號的分析與處理。

關鍵詞：10kV電網；電壓不平衡；故障處理；非短路故障；電力保護裝置；電力系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM83 文章編號：1009-2374（2016）31-0116-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.31.058

連江縣地處東南沿海，靠海多山，部分地區受臺風、雷雨等氣候災害影響嚴重，加之樹線矛盾、外力破壞等原因，10kV電網電壓三相不平衡情況時有發生。連江地區10kV電網采用的是小電流接地系統，非短路故障按目前的保護裝置配置無法實現對故障的準確判斷隔離，調度員只能通過對母線電壓變化的解讀和分析來判斷故障類型，確定處理方案。

1 三相電壓不平衡故障類型及影響

10kV電網發生三相電壓不平衡異常情況大致有四類；

1.1 測量回路故障

測量回路故障主要是電壓互感器一次或二次回路斷線。電壓互感器故障將影響繼電保護、測量和計量功能的正常使用，使調控員無法正常監控電網運行情況，對電網故障無法及時處理。

1.2 運行參數異常

運行參數異常，比如諧振故障。10kV系統發生諧振時，在諧振電壓和工頻電壓的作用下，會造成電壓互感器內部過電壓，持續時間過長將導致電壓互感器燒毀，甚至引起母線故障。

1.3 失地故障

1.3.1 單相失地故障，10kV配電網絡一般是中性點不接地系統，發生單相失地故障時，在故障點僅產生很小的電容電流，不影響系統各點對地電位變化，UA、UB、UC電壓三角形未變，不影響用戶用電，因此線路發生單相失地后，規程允許再繼續運行1～2小時。

1.3.2 兩相失地故障，兩相接地短路后，一般會導致開關保護動作，切除故障線路。

1.4 斷線故障

斷線故障，造成系統非全相運行，可能危及人身安全，一般不允許長期存在，調度應及時斷開故障線路。

2 三相電壓不平衡信號特征

發現10kV母線三相電壓不平衡時，調度員首先要了解各相電壓情況，然后根據電壓值變化情況，根據理論知識和工作經驗進行分析，判斷故障引起原因、種類，幫助現場人員尋找故障點。

經過多年對10kV電網發生三相電壓不平衡故障的現象的觀察記錄，并查詢了一些資料，三相不平衡故障大致有以下信號特征：

2.1 電壓互感器故障

2.1.1 PT高壓熔絲熔斷：熔斷相電壓為接近零，其他相不變，與故障相有關的線電壓接近相電壓，與故障無關的線電壓不變。

2.1.2 PT低壓熔絲熔斷：熔斷相電壓為零，其他相基本不變，與故障相有關的線電壓變為相電壓，與故障無關的線電壓不變。

2.1.3 PT高壓或低壓熔絲三相熔斷：三相電壓為零。

2.2 諧振引起

2.2.1 基波諧振：與失地信號相似，一相電壓降低但不為零，兩相電壓升高超過線電壓或兩相電壓降低但不為零，一相電壓升高。

2.2.2 分頻諧振：三相電壓依次輪流升高或同時升高不超過線電壓。

2.2.3 高頻諧振：三相電壓同時升高。

2.3 失地故障

2.3.1 10kV母線一相電壓接近零，另兩相電壓升高到線電壓，表示電壓為零相金屬性失地。

2.3.2 10kV母線一相電壓降低，但不為零，另兩相電壓升高但不相等，表示電壓降低相非金屬性失地。

2.3.3 10kV母線一相電壓升高不超過線電壓，兩相電壓降低但不相等，表示可能是升高相的下一相失地。

2.3.4 10kV母線一相電壓升高，最高到額定電壓的1.55倍，兩相電壓降低，最低為零，可能是某兩相失地（未跳閘）。

2.4 斷相故障

2.4.1 線路單相斷相：10kV母線電壓表現為一相升高、兩相降低或者一相降低、兩相升高。電壓值與斷相線路長度有關。

2.4.2 線路兩相斷相：10kV母線電壓表現為一相升高、兩相降低或者一相降低、兩相升高。電壓值與斷相線路長度有關。

2.4.3 線路斷相時，負荷端如果懸空，則負荷端的斷線相仍然有電壓，但三相電壓不平衡。

2.4.4 線路斷相與非金屬性失地電壓信號有時類似。

3 三相不平衡故障處理

當10kV母線電壓出現不平衡信號，首先要排除電壓互感器故障，其次排除運行參數異常，最后才考慮是否一次設備故障。

3.1 電壓互感器一次或二次回路故障

如果電壓互感器一次或二次回路故障，與故障相有關的線電壓值降低或者有關的有功功率突然大幅降低，也可判斷為電壓互感器故障。

一次設備故障與電壓互感器同時發生故障，首先隔離一次設備故障，然后處理電壓互感器故障。

3.1.1 高壓熔絲熔斷處理：（1）退出可能誤動的保護裝置；（2）將故障PT轉檢修；（3）更換高壓熔絲；（4）PT轉運行；（5）將已退出的保護投入。注意：變電站內具備PT二次并列條件的，調度員應先將PT二次并列運行再退出故障PT。

3.1.2 低壓熔絲熔斷處理：（1）退出可能誤動的保護裝置；（2）更換PT低壓熔絲或將空開合上；（3）檢查電壓是否正常；（4）將退出的保護投入。注意：變電站內具備二次并列條件的，詢問現場檢查具備并列能力和條件的，調度應將PT二次并列再更換熔絲，嚴禁將正常運行的PT二次并列至故障PT的二次。

3.1.3 電壓互感器發生異常情況（如冒煙、內部放電等），應先斷開該電壓互感器所在10kV母線的電源，再隔離故障電壓互感器。禁止直接拉開該電壓互感器的電源隔離開關，其二次側不得與正常運行的電壓互感器二次側并列。

3.2 諧振故障

對于10kV不接地系統，主要解決措施是投入消弧線圈和改變運行方式，調度員可結合實際情況處理，大致步驟如下：（1）分/合10kV母分開關；（2）投退電容器；（3）按規定的順序分/合10kV線路開關；（4）切除主變低壓側開關。

3.3 單相失地故障

單相失地故障，為防止擴大故障，保護應及時發出信號，以便調度員采取措施，及時排除故障。

尋找接地故障應按下列順序進行：（1）判明是否真正失地，首先檢查分路零序保護和小電流接地尋找裝置是否動作，消弧線圈動作及絕緣監視表計指示情況；（2）兩臺主變并列運行時，斷開母聯開關分割網絡；（3）試拉空載線路；（4）電網分割成電氣不相連的幾個部分；（5）用倒換母線的方法檢查母線上的互感器；（6）按拉負荷序位或調度規定的序位試拉饋線尋找故障點；（7）試拉線路后故障未消除，應立即合閘（注意：嚴禁在兩系統都有失地的情況下互相并列倒負荷）。

當逐條拉合后接地信號仍未消失，可考慮是同一母線上多條線路同相失地，調度員可按規定順序逐條選切線路，直到故障信號消失，再逐條合線路開關，以查找故障線路。

若母線上所有線路開關均斷開，失地信號仍存在，則可判斷是母線或母線所屬設備本身單相絕緣被擊穿。此時調度員需迅速安排故障母線上的10kV線路轉負荷，將故障母線空出，準備檢修人員搶修。

3.4 斷相故障

高壓斷相的情況：（1）高壓斷相處兩端導線懸空，沒斷線兩相通過負載與斷線導線負荷端相連，斷線點負荷端電壓為0.5倍相電壓，其他兩相不變；（2）高壓斷相，故障相未接觸地面或落在絕緣物體上，斷相相對地電容電流變小，對地電壓相對較高，正常相相對較低；（3）高壓斷相，故障相負荷側導線落在地上，正常相通過用戶變壓器與故障導線相連形成非金屬性接地。所以正常相電壓降低，故障相電壓升高。

斷相故障雖沒有短路故障后果嚴重，但對三相電機及系統運行和繼電保護有一定影響。調度員判斷為斷相故障后，通知供電所人員查詢線路上用戶的電器使用是否正常，電壓是否穩定，特別是有三相電機的用戶。

3.4.1 如果用戶反映高壓有缺相現象，變電站10kV母線電壓又出現三相電壓不平衡，說明斷線的線路較長。

3.4.2 如果三相電壓不平衡，卻無明顯失地特征時，應聯系故障線路末端用戶，如用戶用電正常，則可判斷為失地故障。

3.4.3 通過查詢某一用戶可大致確定斷相點范圍，缺相點前用戶電壓正常，缺相點后用戶電壓不正常，三相電動機不啟動。

3.5 多點失地故障

電網實際運行發生過以下情況：（1）一條10kV線路一相失地時正常相電壓升高導致本線路所屬同一母線上其他設備正常相的絕緣薄弱環節擊穿，造成兩點對地短路跳閘；（2）同一母線上的線路，不同相的兩個點依次失地，形成兩點對地短路，短路電流超過開關設定的整定值造成線路跳閘。

發生這種故障時按10kV線路跳閘處理。

3.6 三相電壓為零

但有時會發生一些特殊情況，比如電流互感器三相熔絲熔斷或兩相熔絲熔斷同時有線路單相（非PT熔絲熔斷相）失地，我們無法判斷是否有一次設備故障，調度員在接到10kV母線三相電壓為零的信號，需結合保護及自動化裝置信號進行分析，對照遠動系統圖上電壓和電流指示，判斷是電壓互感器故障還是一次設備故障。

如果是電流互感器故障按PT一次/二次三相熔絲熔斷處理，如果是一次設備故障，按照線路失地進行處理。

4 結語

10kV配電網絡三相電壓不平衡故障種類繁多，部分故障的特征相似，難以辨別，我們調度員只有努力學習理論知識，認真積累工作經驗，并勤于對處理好的故障進行分析總結，才能提高自己處理故障的能力。

參考文獻

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[2] 毛錦慶，趙自剛，馬杰，等.電力系統繼電保護實 用技術問答（第二版）[M].北京：中國電力出版 社，2000.